电力系统继电保护第9章变压器保护课件

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1、第9章 变压器保护7/11/20231第9章 变压器保护9.1 电力变压器的故障不正常运行状态 及其相应的保护方式变压器的故障类型油箱内部故障：绕组匝间，绕组相间，中性点接地侧的接地短路。油箱外部故障：套管和引出线上发生的相间短路和接地短路。7/11/20232第9章 变压器保护变压器的不正常工作情况外部短路引起的过电流；外部短路引起的中性点过压；过负荷；油面降低；油温升高；过励磁。7/11/20233第9章 变压器保护变压器应装设的继电保护装置一般装设以下保护：1.瓦斯保护 2.纵差动保护或电流速断保护3.相间后备保护4.接地后备保护5.过负荷保护6.过励磁保护7.其他保护，如冷却器故障、压

2、力释放等7/11/20234第9章 变压器保护瓦斯保护瓦斯保护是变压器的主保护之一。瓦斯保护的主要元件是瓦斯（气体）继电器，安装位置在油箱与油枕的连接导管中。9.2 变压器的瓦斯保护 瓦斯继电器油枕7/11/20235第9章 变压器保护下开口杯 上开口杯 干簧触点 干簧触点 平衡锤 放气阀 探针 支架 挡板 进油挡板 永久磁铁 永久磁铁 FJ3-80型气体继电器的结构图 7/11/20236第9章 变压器保护QJ1-80型气体继电器结构图 罩 顶针 气塞 磁铁 开口杯 重锤 探针 开口销 弹簧 挡板 磁铁 螺杆 干簧触点 调节杆 干簧触点 套管 排气口 7/11/20237第9章 变压器保护轻

3、瓦斯动作于信号轻瓦斯动作后应检查变压器油样，判别故障类型、程度重瓦斯动作于跳闸，同时发出信号通常气体容积的整定范围为250300CM3 一般油流流速整定范围为0.61.5m/s 7/11/20238第9章 变压器保护 瓦斯保护的主要优点是结构简单，灵敏性高，能反应变压器油箱内的各种故障。特别是能反应轻微匝间短路。它也是油箱漏油或绕组、铁芯烧损的唯一保护。瓦斯保护不能反应变压器套管和引出线的故障，需与纵差动保护一起作为变压器的主保护。7/11/20239第9章 变压器保护9.3 变压器的差动保护KD 变压器纵差动保护与输电线路纵联差动保护的基本原理相同。TA2TA1一、变压器纵差动保护的原理 核

4、心问题仍是不平衡电流问题7/11/202310第9章 变压器保护二、不平衡电流及相应措施分析不平衡电流形成原因计算不平衡电流大小整定差动保护动作值躲过不平衡电流影响减小不平衡电流采取技术措施降低动作值，提高灵敏度7/11/202311第9章 变压器保护变压器差动保护不平衡电流产生的原因有：TA励磁特性不一致变压器各侧电流不同相TA变比标准化调整分接头励磁电流及励磁涌流差动保护共同问题变压器差动保护特殊问题7/11/202312第9章 变压器保护TA励磁特性不一致TA励磁电流TA误差TA励磁电流差异差动保护不平衡电流不平衡电流经验公式同型系数TA误差10一次电流TA变比取1变压器差动保护特点为：

5、TA同型系数取17/11/202313第9章 变压器保护变压器各侧电流不同相 对于Y，d11型变压器，正常运行时d侧电流超前Y侧电流300，形成不平衡电流。方法1.“外转角”变压器Y侧电流互感器的二次绕组接成三角形，d侧的三个电流互感器接成星形。对策：相位补偿在保护外将相位补偿过来将变压器各侧二次电流调整为同相7/11/202314第9章 变压器保护cbaCBAKD1KD2KD3外转角接线一次电流二次电流一次电流二次电流7/11/202315第9章 变压器保护 一次电流纵差动保护电流相量图二次电流同相Y侧侧不同相7/11/202316第9章 变压器保护采用相位补偿接线后，对于TA接成三角形的一

6、侧，流入差动臂的电流增加了，应对该侧的TA变比进行修正。变压器星形侧电流互感器变比 变压器三角形侧电流互感器变比 7/11/202317第9章 变压器保护方法2.“内转角”在保护内部采用软件算法进行相位补偿变压器各侧电流互感器均接成星形。PST1200采用RCS978采用主变Y侧主变侧主变Y侧主变侧不变换7/11/202318第9章 变压器保护！无论哪种相位补偿方式应保证差动电流中不含零序成分外部发生接地故障时，零序电流仅流过变压器高压侧，不去除零序电流则会产生差动电流，导致保护误动变压器高压侧发生接地故障时，尽管差动电流中不含零序电流，但由于有正序、负序故障电流，差动保护可以动作，灵敏度有所

7、降低。为提高接地故障灵敏度，联络变可设专门的零序电流差动保护（简称零差）。7/11/202319第9章 变压器保护TA变比标准化观察算例：7/11/202320第9章 变压器保护TA变比标准化问题解决方法：老式电磁型差动继电器（如BCH、DCD系列）：使用平衡绕组Wbal,同时在整定时考虑fI1，f为平衡线圈选取误差，取0.05微机型变压器保护：软件算法中引入补偿系数平衡二次电流采样值电流二次回路串入自耦变流器，微调二次电流7/11/202321第9章 变压器保护调整分接头变压器调整分接头时一侧额定电流改变，而另一侧电流不变，产生不平衡电流解决方法：计算变压器额定电流以中间的分接头为准，整定动

8、作电流时考虑调压范围的一半。调压范围的一半最大外部故障电流7/11/202322第9章 变压器保护励磁电流及励磁涌流励磁电流属于不平衡电流。励磁电流较小，210额定电流，整定时很容易躲过。变压器空载合闸或外部故障切除时，电压突变，变压器产生励磁涌流，对差动保护影响很大。如何躲避励磁涌流影响，是研究变压器差动保护面临的主要难点之一。7/11/202323第9章 变压器保护励磁涌流产生的原因根据能量守恒定律，铁芯中的磁通不能突变。+m-m suruperaperT/2Tt t,u变压器.m=2 m+surper+aper+surper周期分量稳态磁通aper非周期分量暂态磁通sur剩磁当电压突变时

9、7/11/202324第9章 变压器保护tt .mimiim tt.m半周波后磁通达到最大由于铁芯饱和电流激增im7/11/202325第9章 变压器保护励磁涌流录波（空载合闸）7/11/202326第9章 变压器保护必须研究励磁涌流与短路电流的波形区别，利用电流波形识别励磁涌流，当发生励磁涌流时闭锁差动保护，防止误动。励磁涌流幅值可达5-10倍额定电流，与短路电流相当。励磁涌流随着磁通中非周期分量一起衰减，最后消失，励磁电流回到正常值，涌流衰减时间为秒级。差动保护以动作电流躲过，会导致内部故障拒动差动保护以动作时间躲过，故障切除时间过长7/11/202327第9章 变压器保护励磁涌流的波形特

10、点3.波形存在间断角。2.含有大量高次谐波，其中以二次谐波成分为主。1.含有较大的非周期分量；波形偏于时间轴一侧，严重不对称。7/11/202328第9章 变压器保护防止励磁涌流引起纵差保护误动的措施2.波形不对称识别1.采用带速饱和变流器的差动继电器BCH、DCD系列老式电磁型继电器，当差动电流中直流分量含量较高时自动提高动作电流（即具有“直流助磁”特性），防止保护误动。4.波形间断角鉴别微机保护可以识别差动电流的正负半周是否对称，当电流波形严重不对称时判为励磁涌流情况，闭锁差动保护。3.二次谐波闭锁（制动）差动电流中二次谐波含量较高时闭锁差动保护；或自动提高动作电流，二次谐波越大，动作电流

11、提高越多。差动电流波形中间断角达到一定值（如600）以上时，闭锁差动保护。7/11/202329第9章 变压器保护励磁涌流产生原因励磁涌流波形特点防止励磁涌流影响方法电压突变，磁通不能突变，产生暂态磁通，铁芯严重饱和，励磁电流激增含有很大非周期分量，波形严重不对称含有较大二次谐波分量波形具有间断角直流助磁，识别波形不对称二次谐波闭锁（制动）间断角鉴别识别波形不对称空载合闸或外部故障切除时，7/11/202330第9章 变压器保护不平衡电流产生原因TA励磁特性不一致变压器各侧电流不同相TA变比标准化调整分接头励磁电流及励磁涌流技术措施整定计算考虑比率制动相位补偿系数补偿（平衡线圈）0.051调压

12、范围一半波形不对称识别二次谐波间断角综上所述，整定用平衡线圈匝数必须为整数引起的误差，微机保护可不考虑7/11/202331第9章 变压器保护电磁型差动继电器以前苏联BCH系列（国产对应型号为DCD）为代表笨重、灵敏度低、内部故障时延时较多、调试复杂共同特点：带有速饱和铁芯的变流器变流器：差动电流不直接流入继电器线圈，经过变流器可以滤除差动电流中非周期分量7/11/202332第9章 变压器保护速饱和铁芯：变流器铁芯容易饱和。差动电流中非周期分量不能变换至二次侧，全部用于铁芯励磁，使铁芯迅速饱和。减小电流变送比，相当于提高动作电流。直流助磁特性：差动电流中直流分量较大时自动提高动作电流1o动作

13、电流倍数直流分量含量7/11/202333第9章 变压器保护直流助磁特性作用：躲避励磁涌流发生励磁涌流时，由于差动电流中直流分量较大，动作电流提高很多，躲过了励磁涌流。直流助磁特性缺点：发生内部故障时，由于短路初瞬直流分量可能较大，动作电流提高很多，差动保护无法动作，要等到非周期分量衰减后、动作电流回落，保护才动作。7/11/202334第9章 变压器保护BCH-2型继电器特点：带有短路线圈Wk短路线圈Wk使直流助磁曲线更陡，加强了躲避励磁涌流的能力。同时改变短路线圈Wk抽头位置，可以调节直流助磁特性。1o无短路线圈Wk为A1-A2B1-B2C1-C2D1-D2WKWK7/11/202335第

14、9章 变压器保护BCH系列继电器均带有2个平衡线圈Wbal平衡线圈Wbal串入二次电流较小的一侧，可以减小TA变比标准化形成的不平衡电流平衡线圈Wbal还可以与差动线圈串联、构成工作线圈，调整差动保护动作电流。BCH-1型继电器均带有1组制动线圈Wbrk，动作电流具有制动特性，躲避外部故障穿越电流形成的不平衡电流能力较强。制动特性作用同线路纵联差动保护。BCH-4型继电器均带有4组制动线圈Wbrk，可用于三卷变压器。7/11/202336第9章 变压器保护部件作用BCH-1BCH-2BCH-4速饱和铁芯变流器直流助磁特性，躲避励磁涌流差动线圈产生动作磁势（安匝）二次线圈驱动执行元件平衡线圈减小

15、TA变比标准化形成的不平衡电流，改变动作电流2个2个2个短路线圈加强直流助磁特性，躲避励磁涌流无无制动线圈躲避外部故障穿越电流形成的不平衡电流1个无4个BCH系列继电器小结7/11/202337第9章 变压器保护差动保护整定方法与差动继电器（元件）类型有很大关系，各有特点。BCH-2型继电器构成差动保护整定步骤确定TA接线形式，变比，计算各侧二次额定电流确定差动保护动作电流（一次）计算值确定差动保护动作电流（二次）计算值确定差动继电器工作线圈匝数，二次动作电流确定差动继电器平衡线圈匝数，校验误差确定短路线圈匝数校验灵敏度按变压器容量选：容量大，直流助磁曲线应平缓些，选A1-A2或B1-B2；反

16、之选C1-C2或D1-D2躲过TA二次断线、励磁涌流、外部故障电流影响7/11/202338第9章 变压器保护比率制动问题比率制动为差动保护通常采用的技术措施，目的是克服外部故障穿越性电流形成的不平衡电流。第7章纵联保护中已经介绍了线路差动保护采用的比率制动特性。线路差动、变压器差动、发电机纵差（第10章）、母线差动（第11章）中采用的比率制动原理是一样的。目前几乎所有的线路、变压器、发电机、母线差动保护均具有比率制动特性。7/11/202339第9章 变压器保护差动电流正常运行及外部故障时，内部故障时，动作条件：外部故障时不误动线路纵差变压器纵差共同的差动原理7/11/202340第9章 变

17、压器保护讨论外部故障情况无比率制动时整定过程有比率制动时整定过程动作区动作区7/11/202341第9章 变压器保护制动特性：动作电流不是常数，与制动电流有关思路：取短路电流为制动量，当短路电流增加时，不平衡电流增大，但因为制动电流增加、动作电流提高，可以使动作电流始终高于不平衡电流，防止差动保护误动。各种比率制动方法区别在于制动电流的选取及制动特性曲线。7/11/202342第9章 变压器保护以一个实例进行讨论，取某一侧电流为制动电流，特性为IactKbrk且IactIact.0。注意外部故障与内部故障情况下7/11/202343第9章 变压器保护外部故障时，内部故障时，折线段动作特性灵敏度

18、较低，很难满足要求，实际应用较少7/11/202353第9章 变压器保护过电流保护过电流保护7/11/202354第9章 变压器保护9.4.2 9.4.2 低电压起动过电流保护低电压起动过电流保护保护原理U加设了电压元件，电流保护部分动作值较过电流保护低，灵敏度有所提高7/11/202355第9章 变压器保护低电压起动过电流保护低电压起动过电流保护7/11/202356第9章 变压器保护9.4.3 9.4.3 复合电压起动过电流保护复合电压起动过电流保护保护原理 电流保护部分与低电压起动过电流保护相同。电压部分由2部分组成：负序过电压，反应不对称故障单相式低电压，反应对称故障与低电压起动过电流

19、保护相比，电流部分动作值、灵敏度一样；电压部分灵敏度提高7/11/202357第9章 变压器保护复合电压起动过电流保护复合电压起动过电流保护7/11/202358第9章 变压器保护9.4.4 9.4.4 负序电流保护负序电流保护对于大容量变压器，采用复合电压起动过电流保护，保护的灵敏系数可能不满足要求。可采用负序电流保护。该保护由两部分组成：负序电流部分：反应不对称故障；低电压起动过电流部分：反应对称故障。7/11/202359第9章 变压器保护负序电流保护负序电流保护7/11/202360第9章 变压器保护更大型的升压变压器和系统联络变压器还可采用低阻抗保护，类似Z9.4.5 9.4.5 过

20、负荷保护过负荷保护过负荷时三相对称，过负荷保护只需反应某一相电流。过负荷保护经延时5-10s动作于信号。7/11/202361第9章 变压器保护9.5 变压器零序电流、电压保护 外部接地故障对变压器的危害：中性点接地变压器：过流中性点及高压侧绕组流过故障电流 中性点不接地变压器：中性点过压中性点对地电压为高压母线处零序电压7/11/202362第9章 变压器保护除500kV、自耦变，变压器中性点可接地运行也可不接地运行。变压器中性点是否接地（运行方式）取决于：变压器中性点的绝缘水平 绝缘水平较低的变压器中性点必须接地运行 如500kV主变 变压器结构 如自耦变中性点必须接地运行电网结构 变压器

21、中性点接地设置应保证接地故障时健全相电压不过压、零序电流水平适当及相对稳定 7/11/202363第9章 变压器保护变压器接地后备保护判据中性点接地运行变压器 零序过电流 3I0中性点不接地运行变压器 零序过电压 3U0 放电间隙过流为保护变压器中性点，一般在中性点装设放电间隙中性点必须接地运行的变压器 配置零序过电流 3I0中性点可接地或不接地运行的变压器 配置零序过电流，零序过电压，放电间隙过流7/11/202364第9章 变压器保护注意缩小故障范围 变压器后备保护动作首先切除母联、分段。注意选跳顺序全级绝缘变压器、中性点带放电间隙的分级绝缘变压器中性点耐压能力较好先切除中性点接地运行主变

22、，再切除中性点不接地运行主变中性点不带放电间隙的分级绝缘变压器中性点耐压能力较差先切除中性点不接地运行主变，再切除中性点接地运行主变7/11/202365第9章 变压器保护9.5.1中性点直接接地运行变压器的接地保护配置两段零序电流保护，分别与线路零序、段配合每段设置两个延时，短延时t1、t3切除母联、分段，长延时t2、t4跳主变 相邻线路零序段最长动作时间7/11/202366第9章 变压器保护3I0II3I0It10t30t40T1T3T4QF1母联解列（跳QF）跳主变（跳QF1、2）QFQF1TAQET2t20QF2防止主变未并列时因高压侧接地误跳母联7/11/202367第9章 变压器

23、保护零序段起动电流按与相邻元件零序电流段配合整定，即 配合系数，取1.11.2；零序电流分支系数相邻元件零序电流I段起动电流零序电流分支系数等于最大运行方式下在相邻元件I段保护范围末端发生单相接地短路时，流过本线路的零序电流与流过相邻元件的零序电流之比 7/11/202368第9章 变压器保护零序段起动电流按与相邻元件零序电流段配合整定，即 配合系数，取1.11.2；零序电流分支系数相邻元件零序电流段起动电流零序电流分支系数等于最大运行方式下在相邻元件段保护范围末端发生单相接地短路时，流过本线路的零序电流与流过相邻元件的零序电流之比 7/11/202369第9章 变压器保护9.5.2中性点可接

24、地或不接地运行时变压器接地保护1.全级绝缘变压器零序电流保护，配置与中性点直接接地变压器相同零序电压保护，动作电压较高，180-200V仅当中性点接地变压器切除后，零序电压升高，才能动作。可见：先切除中性点接地运行变压器，再切除中性点不接地变压器7/11/202370第9章 变压器保护0.3-0.5s抗干扰7/11/202371第9章 变压器保护2.中性点装设放电间隙的分级绝缘变压器保护配置：在全级绝缘变压器接地保护上增加了一个放电间隙保护当放电间隙击穿，放电电流超过100A时，则不需要等中性点接地运行主变跳闸，直接跳开中性点不接地变压器。除放电间隙保护，零序电流、电压保护与全级绝缘的变压器接

25、地保护相同。7/11/202372第9章 变压器保护跳主变跳主变放电间隙保护7/11/202373第9章 变压器保护9.6 微机型变压器保护主要配置：差动保护相间后备保护接地后备保护非电量保护 瓦斯、油温异常、冷却故障等*220kV断路器三相不一致保护差动速断保护*220kV断路器失灵保护*自耦变公共绕组过负荷根据具体情况还有*过激磁保护7/11/202374第9章 变压器保护7/11/202375第9章 变压器保护PST12007/11/202376第9章 变压器保护第一层：PST-1210三侧操作箱及本体保护第二层：PST-1203A二次谐波差动保护第三层：PST-1204C三侧后备保护保

26、护第四层：PSR-651变压器综合测控单元110kV主变保护一般配1面柜配置实例7/11/202377第9章 变压器保护220kV主变保护一般配2面柜主保护双重化配置实例A柜B柜PST-1202A二次谐波原理主保护、后备保护一体PST-1222高压侧操作箱打印机PST-1202B波形对称原理的差动打印机PST-1210中低操作箱及非电气量保护7/11/202378第9章 变压器保护差动保护二次谐波差动保护波形对称差动保护稳态差动保护工频变化量差动保护零序电流差动保护间断角鉴别差动保护差动速断保护灵敏度高，能反应轻微匝间短路用于联络变，提高接地故障灵敏度动作电流大，不带励磁涌流闭锁，防止内部故障

27、电流过大使TA严重饱和，电流畸变导致差动保护误闭锁而拒动7/11/202379第9章 变压器保护五次谐波与二次谐波一样也用于励磁涌流鉴别7/11/202380第9章 变压器保护五次谐波与二次谐波一样也用于励磁涌流鉴别7/11/202381第9章 变压器保护变压器后备保护应当注意出口方式，并不是所有的后备保护均动作于跳变压器各侧。例如三卷变低压侧后备保护动作应先跳开低压侧母联或分段开关，再跳开变压器低压侧断路器，变压器高压侧、中压侧继续运行。变压器后备保护配置方案、出口跳闸逻辑均需要针对变压器、一次主接线具体情况进行设计。详细设计内容十分复杂，可在课程设计、毕业设计环节深入地学习。7/11/202382第9章 变压器保护配置例17/11/202383第9章 变压器保护配置例27/11/202384第9章 变压器保护配置例37/11/202385第9章 变压器保护