第六章电力变压器的继电保护

（要求大于1.2）
四、负序电流及单相式低压起动的过电流保护
对于大容量的发电机变压器组，由于额 定电流大，电流元件往往不能满足远后备灵 敏度的要求，可采用负序电流保护。负序电 流元件和反应对称短路故障的单相式低压过 电流保护组成。 负序电流保护灵敏度较高，且在星、三角 接线的变压器另一侧发生不对称短路故障时， 灵敏度不受影响，接线也较简单。
2、气体继电器的工作原理
a)变压器正常运行时
上下两对触点都断开，
不发出信号
b)变压器油箱内部发 生轻微故障 上触点接通信号回路， 发出音响和灯光信号， 这称之为“轻瓦斯动作”
c)变压器油箱内部 发生严重故障 下触点接通跳闸回路， 使断路器跳闸，同时发 出音响和灯光信号，这
称之为“重瓦斯动作”
d)变压器油箱漏油 上触点接通，发出报警 信号； 下触点接通，使断路器 跳闸，同时发出跳闸信 号。
电流互感器励磁电流的大小与二次负载 的大小及励磁阻抗有关，励磁阻抗又与 铁芯饱和程度有关。 一次电流较小时，磁路不会饱和，励磁 回路电感很大，励磁电流很小； 饱和时，励磁回路电感减小，励磁电流 迅速增大； 二次负载阻抗越大，铁芯越容易饱和。
对于电流互感器误差的影响因素，可采 用的减小不平衡电流的措施： 1、采用D级电流互感器； 2、减小二次负载 3、采用铁芯气隙小的电流互感器
一、瓦斯保护：反应变压器油箱内部气体量的多少 和油流速度而动作的保护，保护变压器油箱内各种 短路故障，特别是对绕组的相间短路和匝间短路。 并且是变压器铁芯烧损的唯一保护方式。 由于短路点电弧的作用，将使变压器油和其他绝缘 材料分解，产生气体。气体从油箱经连通管流向油 枕，利用气体的数量及流速构成瓦斯保护。
第6章 电力变压器的继电保护
6.1 电力变压器的故障类型及其保护 变压器的内部故障可分为油箱内故障 和油箱外故障两类。 内部：绕组的相间短路、匝间短路、 接地短路，以及铁芯烧毁等。 外部故障：套管和引出线上发生的 相间短路和接地短路。
不正常的运行状态：外部相间短路、接地短路 引起的相间过电流和零序过电流，负荷超过其 额定容量引起的过负荷、油箱漏油引起的油面 降低，以及过电压、过励磁等。
3、气体继电器的安装
安装在油箱与油枕
之间的连接管道上。
为什么变压器是斜着的？ 为了不妨碍气体的流通，变压器安装时 应使顶盖沿瓦斯继电器的方向与水平面具有 1％～1.5％的升高坡度，通往继电器的连接 管具有2％～4％的升高坡度。
变压器油有热胀冷缩的物理现象，加装 油枕热胀不致使油从变压器中溢出，冷 缩不致使油不足，同时有了油枕绝缘油 和空气的接触面大大减小，因而使变压 器内不易受到潮气的侵入，避免油变质。
1.构成变压器纵差保护的基本原则: Ir>0
两侧电流互感器的变比关系:
nTA 2 nT nTA1
2.变压器纵差保护的特点（稳态情况下的不平 衡电流产生的原因和消除方法）
稳态不平衡电流 减轻和消除方法 的产生原因 1变压器正常运行时励磁 1、2%~5%IN,值较小， 电流的影响 可忽略 2、互感器的接法变换或 2变压器两侧电流相位不 软件计算实现 同 3、误差小用整定计算^f 3两侧电流互感器计算变 相对误差系数、误差大于 f f 比与实际变比不同 5%则采用UT或Wb补偿 4两侧电流互感器型号不 4、整定计算中引入电流 同 互感器的同型系数Kst 5变压器带负荷调整分接 5、整定计算^U调压引 头 起的相对误差
1.2具有磁力制动的差动继电器的整 定 当采用无制动特性的差动继电器时， 动作电流按以下条件整定
①躲开变压器最大励磁涌流
I set K rel K I N
K rel K
IN
可靠系数，取1.3～1.5；
励磁涌流的最大倍数； 变压器额定电流；
②躲开变压器电流互感器二次侧断线产生的电流
I set K rel I L.max
5、确定基本侧差动绕组和平衡绕组的接 法、差动绕组匝数。 6、其他侧平衡绕组计算匝数。 7、计算由差动继电器实选匝数与计算匝 数不等而产生的相对误差。 8、确定制动系数。应采用最大可能的制 动系数，使不平衡电流不超过带制动情 况下的动作电流。
9、计算制动绕组匝数； 10、灵敏度校验。
6.5 变压器的电流和电压保护
四、对瓦斯保护的评价： 主要优点：
动作迅速、灵敏度高、安装接线简单、能反应 油箱内部发生的各种故障。
主要缺点： 不能反应油箱以外的套管及引出线等部位上发生 的故障。
因此瓦斯保护可作为变压器的主保护之一，与 纵差动保护相互配合、相互补充，实现快速而灵敏 地切除变压器油箱内、外及引出线上发生的各种故 障。
纵差保护或电流速断保护：反应电力 变压器绕组、套管及引出线发生的短路 故障。 （3）相间短路的后备保护 作用：反应外部相间短路引起的变压器 过电流，同时作为瓦斯保护和纵差保护 的后备保护，其动作时限按阶梯形原则 来整定。
（4）接地短路的零序保护 作用：零序保护用于反应变压器高压侧 （或中压侧），以及外部元件的接地短 路。
K rel
I L.max
可靠系数，取1.3 最大负荷电流
为了避免由于电流互感器二次回路断线时可 能引起的差动保护误动作。
③躲开变压器保护范围外部短路时的最大不平衡电流
I set K rel I unb.max
K rel
I unb.max
可靠系数，取1.3； 最大负荷电流，其计算式为；
I unb.max (f za U 10%K np K st ) I k .max
变压器相间短路的后备保护，既是变压 器主保护的后备保护，又可作为相邻母线或 线路的后备保护。 一、相间短路的过电流保护 1、使用条件 过电流保护宜用于降压变压器。 2、安装地点：电源侧。
3、保护的整定计算
动作电流：
I act K rel I L.max K re
最大负荷电流 I L. max 确定： 对于并列运行的变压器：
1、速饱和变流器是利用非故障 时励磁涌流中含有的大量非周期分 量来磁化速饱和变流器的导磁体， 提高其饱和程度。 在直流磁通的作用下导磁体将 迅速饱和，大大降低了导磁率。这 就恶化了工作绕组与二次绕组间的 电磁感应条件，因而显著增大了继 电器的动作电流，从而避开励磁涌 流及非周期电流分量的影响。
2、 差动绕组：接于电流差动回路中。 3、平衡（I、II）绕组的作用是减小不 平衡电流的影响。 4、制动绕组的作用是外部短路增加动作 安匝，内部短路时无制动作用。 5、工作绕组的作用是达到动作电流启动 保护动作。
负序电压元件： U 2.act (0.06 ~ 0.12)U N .T
灵敏度：
电流元件：
K sen
I k . min I act
U act U k . max
U ( 2 ) k . min U 2.act
（要求大于1.2） （要求大于1.2）
低电压元件： K sen
负序电压元件：
K sen
采用磁力制动特性的差动继电器，
动作电流随着制动电流的不同而改 变，但动作电流的最大值不超过无 制动特性的差动继电器的动作电流， 因此，其灵敏度将高于无制动特性 的差动保护，并且不会误动。
3、BCH-1型差动保护整定计算原 则
1、变压器各侧额定电流计算； 2、计算变压器各侧外部短路时归算到基 本侧的最大短路电流； 3、确定差动继电器制动绕组的接入方式； 4、确定保护装置在无制动情况下的一次 动作电流；
4两侧电流互感器型号不同
纵差保护的核心问题是不平衡电流。 输电线路纵差保护不平衡电流产生的最 本质原因与电流互感器铁芯是否饱和及 其饱和程度有关。 对于变压器纵差保护也存在同样问 题，由两侧电流互感器励磁电流之差所 引起的不平衡电流。
当被保护变压器两侧电流互感器型号不 同、变比不同、二次负载阻抗及短路电 流倍数不同时，都会使两侧电流互感器 励磁电流之差增大。
三、复合电压起动的过电流保护
为提高不对称短路时电压元件 的灵敏性，并简化保护接线，在低 电压启动的过电流保护中，将三个 低电压继电器改由一个负序电压继 电器和低电压继电器构成复合电压 起动的过电流保护。提高了短路时 电压元件的灵敏度。
1、保护原理接线图
+
2QF KM T
电压回路 断线信号 信号 跳 2QF 跳 1QF
6.3 变压器的电流速断保护 对于容量较小的变压器，当灵敏系数 满足要求时，可在电源侧装设电流速断保 护，它与瓦斯保护配合，以反应变压器绕 组及变压器电源侧的引出线套管上的各种 故障。
一、变压器电流速断保护原理接线图
信号
二、电流速断保护的整定计算：
（１）按躲过变压器负荷侧母线短路时流过保护 的最大短路电流整定：
变压器中性点直接接地运行，应装设零序电流 保护；变压器中性点可能接地或不接地运行时， 应装设零序电流、电压保护。
（5）过负荷保护
400KVA以上的变压器，当数台并列运行或 单独运行并作为其他负荷的备用电源时，应装 设过负荷保护。过负荷保护通常只装在一相， 延时动作于发信号。
（6）其他保护
高压侧电压为500KV及以上的变压器，因频率降低 和电压升高而引起的变压器励磁电流升高，应装设 变压器过励磁保护。对变压器温度和油箱内压力升 高，以及冷却系统故障，应装设相应的保护装置。
+ _
KT
+
+
KS
KCO
+
I
I I
+
U2> U2过 滤器 KVN
U KVU
TA
1QF
~
a b c
2、保护的整定计算 动作值
电流元件：
I act K rel I L.max K re
低电压元件： U act 0.7U N .T
火电厂升压变压器： U act (0.5 ~ 0.6)U N .T
（1）瓦斯保护
800KVA及以上的油浸式变压器和400KVA以上的 车间内油浸式变压器，应装设瓦斯保护。瓦斯保 护可反应变压器油箱内部的短路故障以及油面降 低，重瓦斯保护动作于跳开变压器各电源侧断路 器，轻瓦斯保护动作于发出信号。
（2）纵差保护或电流速断保护
6300KVA及以上并列运行的变压器， 10000KVA及以上单独运行的变压器， 发电厂厂用工作变压器和工业企业中 6300KVA及以上重要的变压器，应装设 纵差保护。 10000KVA及以下的电力变压器，应装 设电流速断保护。对于2000KVA以上 的变压器，当电流速断保护灵敏度不 能满足要求时，也应装设纵差保护。
I L.max m I N .T m 1
对于降压变压器：
I L.max K ss I N .T
保护灵敏度
K sen I k . min I act
（要求大于）1.2
保护原理接线图
信号
二、低电压启动的过电流保护
在电动机自启动时低电压元件 不动作，因此电流元件整定时不考 虑自启动电流的影响，提高了电流 元件的灵敏性。
暂态情况下的不平衡电流及减小 其影响的方法
1、暂态过程中短路电流非周期分量的影 响 a.速饱和变流器； 2、励磁涌流 a.速饱和铁芯的差动继电器； b.波形鉴别； c.二次谐波制动;
带制动特Fra Baidu bibliotek的差动保护
一、具有磁力制动的差动保护 1.1继电器的结构和工作原理 BCH-1型差动继电器由执行元件 电磁式继电器、制动绕组、一个 中间快速饱和变流器组成。
f za U 0.1 K np
K st
变比、匝数引起的相对误差； 带负荷调压引起的相对误差；
电流互感器容许的最大相对误差； 非周期分量系数；
电流互感器的同型系数，取为1；
直线1，不平衡电流与外部短路电流的关 系； 直线2，无制动差动继电器的动作电流； 直线3，采用磁力制动特性的差动继
电器，最大制动电流等于最大外部 短路电流。选择一条适当的制动特 性曲线，使其通过a点，并位于直线 1上边。
6.2 电力变压器的瓦斯保 护
二、构成和工作原理 1、气体继电器的结构
1—罩；2—顶针；3—气塞； 4—永久磁铁；5—开口杯； 6—重捶；7—探针；8—开口销； 9—弹簧；10—挡板； 11—永久磁铁；12—螺杆； 13—干簧触点（重）； 14—调节杆； 15—干簧触点（轻）； 16—套管；17—排气口
I act K rel I k 2.max
I act (3 ~ 5) ITN
（2）躲过变压器空载投入时的励磁涌流
选择其中的较大者作为保护的动作值 灵敏系数：
K sen. min
I
( 2) k 1. min
要求 K sen . min 大于等于2。
I act
6.4
电力变压器的纵联差动保护