第六章 电力变压器的保护

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3、相间短路的后备保护。 相间短路的后备保护用于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（或电流速断保护）的后备保护，其动作 时限按电流保护的阶梯形原则来整定，延时动 作于跳开变压器各电源侧断路器。 (1)过电流保护 (2)复合电压起动的过电流保护 (3)低电压启动的过电流 4、过负荷保护（不正常运行） 对于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， 其动作时限较长，延时动作于发信号。 5
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5、原理： 理论上正常或外部短路流入差动继电器的电流为零 内部故障流入差动继电器的电流不等于零
' ' Ir I 1 I 2
6、特点：保护具有绝对选择性，无须延时
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7 、动作值： Ir>Iset（外部短路时的最大不平衡电 流）
I1 I 2 nT I1 I 2 nT nTA1 I1 / / I r I1 I 2 (1 ) nTA1 nTA2 nTA2 nTA2 nTA1
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1.电流互感器的计算变比与实际变比不同
变压器的变比、电流互感器的变比都是根据产品目录来选 择的标准变比，很难满足
克服措施：对不平衡电流进行补偿
' ' ' I r I 1 I 2 nI 1 0
nTA 2 nT nTA1
nTA 2 nT nTA1 / 3
第六章 电力变压器的保护 教学要求： （1）熟悉变压器保护的配置原则； （2）了解瓦斯保护工作原理； （3）掌握变压器纵差保护工作原理及整定计算 方法； （4）掌握变压器相间短路后备保护工作原理及 整定计算方法； （5）熟悉变压器接地保护工作原理； （6）理解三绕组变压器后备保护及过负荷保护 配置。
5、接地短路的零序保护: 对于中性点直接接地系统中的变压器， 应装设零序保护，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。 6、过励磁保护：防御变压器过励磁,高压 侧电压为500KV及以上的变压器，对频 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。 7、温度保护（不正常运行） 上层油温监视，自动启动冷却风扇
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铁芯是否饱和以及饱和的程度，除了与电流互感 器的磁化曲线和一次电流有关外，还与二次负载 有关。
I 1 j
Z1 I 1 j L1 Z1 1 L1 Z1 1 I 1
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在一次电流大小一定的情况下，二次负载越大 （即负载阻抗越大），励磁回路的分流越大，铁 芯越容易饱和。磁化曲线是由电流互感器铁芯材 料和截面积决定的，电流互感器生产厂家根据产 品的磁化曲线会提供所谓的10％误差曲线，即电 流互感器误差达到10％时，一次电流与二次负载 阻抗之间的关系曲线。
区外故障时变压器两侧的一次电流为 I 1 I 2 （折算到二次侧），故由电流互感器传变误差引 起的不平衡电流为

/ I1 I1 I1 / I 2 I2 I 2


I unb
/ / I1 I 2 I 2 I1

不平衡电流实际上就是两个电流互感器励磁电流 之差。
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暂态情况下的不平衡电流： 1、暂态非周期分量的影响。 2、励磁涌流的影响。

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1、变压器接线组别的影响 （1）原因：变压器接线形式通常采用Y/Δ -11 原、副边电流相位差300
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（2）采取措施：通过改变纵差保护的接线方式消 除这个电流,Y侧TA接成Δ ，Δ 侧TA接成Y
/ / / I Ar ( IYA IYB ) I dA / / / I Br ( IYB IYC ) I dB
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a. 通常采用同型系数Kst来表示互感器型号对不 平衡电流的影响,提高保护动作电流
Iunb Kst I 1
同型——Kst=0.5 不同型——Kst=1 对变压器的纵差保护，两侧电流互感器的型号肯 定不同，故取Kst ＝1
ຫໍສະໝຸດ Baidu
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励磁电流的大小取决于电流互感器铁芯是否饱和 以及饱和的程度。
两侧额定电流： I1N=31.5MVA/ √3 *10.5KV=1730A I2N=31.5MVA/ √3 *115KV=158A
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选择LH变比：I1N=1730A
I2N=158A
低压侧：nTA2=2000/5=400
高压侧：nTA1= √3 *158/5≈300/5=60
两臂电流：i1=1730/400=4.32A
r T 1 2

等因素，流过继电器的电流不等于零，该电流叫 作不平衡电流。
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为了保证保护动作的选择性，继电器的动作电流 应躲开外部故障时出现的最大不平衡电流来整定。 不平衡电流越大，继电器动作电流越大，保护的 灵敏度越低。因此减小不平衡电流及其对保护的 影响就是实现纵差动保护的主要问题。

Ik.max——为区外故障 时最大的穿越电流
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3、变压器分接头改变的影响 （1）原因：调整分接头实际上就是改变变压器的 变比，其结果必然将破坏电流互感器二次电流的 平衡关系，产生了新的不平衡电流。 （2）采取措施：引入相对误差系数提高Iset
Iunb.max UI k .max

式中Δ U为由变压器分接头改变引起的相对误差， 考虑到电压可以正负两个方向调节，一般取调整 范围的一半
I 1 j
Z1 I 1 j L1 Z1 1 I 1
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1 L1 Z1
电流互感器生产厂家根据产品的磁化曲线会提供 所谓的10％误差曲线，即电流互感器误差达到10 ％时，一次电流与二次负载阻抗之间的关系曲线。 为了保证纵差保护的正确工作，通常是根据电流 互感器的10％误差曲线来选择电流互感器的型号。
即两侧电流互感器变比的选择应该满足
nT nTA2 3 nTA1 Y接LH变比——nTA1（Y）= √3 INY/5 Δ 侧LH变比——nTA2（Δ ）=INd/5 INY－变压器绕组接成星形侧的额定电流 INd－变压器绕组接成三角形侧的额定电流 实际上选一个接近和稍大于计算值的标准变比 即高压侧电流互感变比应加大√3倍. 该项不平衡电流已消除.。
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（3）变比选择： Y 侧采用Y,d11的接线方式，将两 相电流差接入差动继电器内，该侧流入差动继电 器的电流增大了√3倍，该侧电流互感器的变比也 要相应地增大√3倍，而d侧采用Y,Y12的接线方式, 将各相电流直接接入差动继电器内，
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以后，在电流互感器三角形侧的每个差动臂中， 电流又增大为 3 倍，此时为了保证在正常运行(等 于二次额定电流5A)及外部故障情况下连接臂中电 流相等，故需进行数值补偿，即使星形侧的电流 互感器的变比按增大到 3 倍选择。
i2=158/60=4.55A 不平衡电流: Iunb=i2-i1 =4.55-4.32 =0.23A
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（2）采取措施： 令变比差系数为
nTA1nT f za 1 nTA2
I n I n n I Iunb T 1 2 (1 T TA1 ) 1 nTA2 nTA2 nTA1 nT I1 I2 f za I1 nTA2 nTA1
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4、电流互感器传变误差产生的不平衡电流 电流互感器的等效电路如图所示 电流互感器的二次电 流为 /

I1 I1 I 1
电流互感器的传变误差 为励磁电流Iµ1
I 1 j Z1 I 1 j L1 Z1 1 I 1
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1 L1 Z1
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若选择电流互感器的变比，使之满足
nTA2 I 2 nT nTA1 I1
即：按相实现的纵差动保护，其电流互感器变 比的选择原则是两侧TA变比的比值等于变压器 的变比 则

I n I T 1 2 Ir nTA2
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正常运行和外部短路时，流过差动继电器的电流 为 I n I I 0 ，由于电流互感器特性、变比
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§6-1 电力变压器的故障类型和保护措施 一、故障
变压器的内部故障可分为油箱内故障和油箱 外故障两类
1 、油箱内部故障：绕组相间短路、单相匝间短路、 单相接地短路等
油箱内故障主要包括绕组的相间短路、匝间短 路、接地短路，以及铁芯烧毁等。变压器油 箱内的故障十分危险，由于油箱内充满了变 压器油，故障后强大的短路电流使变压器油 急剧的分解气化，可能产生大量的可燃性气 体（瓦斯），很容易引起油箱爆炸。
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第二节 变压器差动保护
一、变压器纵差保护原理
电流差动原理应用于变压器就构成了变压器差动保护。 必须适当选择两侧电流互感器的变比，使正常运
行及外部故障时，流过差动继电器的电流为0。
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一、差动保护工作原理 1、适用：2000kVA及以上变压器 保护变压器绕组内部故障及其引出线的相间短 路，与重瓦斯配合作为主保护 2、方式：环流法和均压法（少用） 3、环流法：比较流过被保护元件两端电流 4、接线： 被保护元件两端安装 变比不同的TA； KD并接于两TA连线间
' I 1
nTA1
' I 2
KD
nT
n (1
nTA1nT ) nTA 2
数字式保护
'' I 1
'' I 2 nTA2
中间变流器＋平衡线圈＋整定
电磁式保护
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2、TA实际变比和计算变比不同时的影响 （1）原因： 例： 一台31.5MVA，两侧电压分别为10.5KV（Δ ）和 115KV（Y），Y/Δ -11接线的变压器
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变压器星形侧按三角形接线时电流互感器的变比 为
K TA( Y )
3I TN( Y ) 5
变压器三角形侧按星形接线时电流互感器的变比 为
K TA (△ )
I TN (△ ) 5
这样，通过电流互感器的适当连接及变比选择， 消除了由于变压器两侧接线方式不同而使电流相 位不同所产生的不平衡电流。 21
2、纵联差动保护或电流速断保护（故障） 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， 其过电流保护的动作时限应大于0.5s。 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。 纵差保护用于反应电力变压器绕组、套管及引出线发 生的短路故障，其保护动作于跳开变压器各电源侧断 路器。作为引出线、套管及油箱内故障主保护
如果将变压器两侧的电流都折算到电流互感器的 二次侧，并忽略不为零的影响，则区外故障时变 压器两侧电流大小相等，即I=I2=nTI1，但方向相 反，I称为区外故障时变压器的穿越电流。 26

由电流互感器和变压器变比不一致产生的最大不 平衡电流Iunb.max为
Iunb.max f za I k .max
2、油箱外部故障：绝缘套管及引出线上的多相短路、 单相接地短路等
2
二、不正常运行情况 1、油箱渗漏造成油面降低 2、外部短路引起的过电流 3、过负荷 三、变压器应设置的保护 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，均应 装设瓦斯保护。反映油箱内部故障和油面降低 重瓦斯保护用来反应变压器油箱内部的短 路故障以及油面降低，其中重瓦斯保护动作于 跳开变压器各电源侧断路器，轻瓦斯保护动作 3 于发出信号。
n I I 0 I r T 1 2
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变压器内部故障时，流入差动继电器的差动电流 等于故障点电流（变换到电流互感器二次侧）， 只要该电流大于KD的动作电流时，KD动作。
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二、变压器差动保护的特点 （不平衡电流产生的因素及其防止措施） 稳态情况下的不平衡电流： 1、由变压器两侧电流相位不同而产生的不平衡电 流。 2、由计算变比与实际变比不同而产生的不平衡电 流 3、由两侧电流互感器型号不同而产生的不平衡电 流 4、由变压器带负荷调整分接头而产生的不平衡电 流