220kV变压器保护设计毕业设计

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1、 本科毕业设计（论文）题目 220kV变压器保护设计学 院 : 电气工程与自动化学院 专业名称： 电气工程及其自动化 年级班级： 电气08-1班 学生姓名: 指导老师: 河南理工大学毕业设计（论文）任务书专业班级 学生姓名 一、题目 二、起止日期 年 月 日至 年 月 日三、主要任务与要求 指导教师 职称 学院领导 签字（盖章）年 月 日河南理工大学毕业设计（论文）评阅人评语题目 评 阅 人 职称 工作单位 年 月 日河南理工大学毕业设计（论文）评定书题目 指导教师 职称 年 月 日河南理工大学毕业设计（论文）答辩许可证答辩前向毕业设计答辩委员会（小组）提交了如下资料：1、设计（论文）说明 共

2、 页2、图纸 共 张3、指导教师意见 共 页4、评阅人意见 共 页经审查， 专业 班 同学所提交的毕业设计（论文），符合学校本科生毕业设计（论文）的相关规定，达到毕业设计（论文）任务书的要求，根据学校教学管理的有关规定，同意参加毕业设计（论文）答辩。 指导教师 签字（盖章）年 月 日根据审查，准予参加答辩。答辩委员会主席（组长） 签字（盖章）年 月 日河南理工大学毕业设计（论文）答辩委员会（小组）决议 学院 专业 班 同学的毕业设计（论文）于 年 月 日进行了答辩。根据学生所提供的毕业设计（论文）材料、指导教师和评阅人意见以及在答辩过程中学生回答问题的情况，毕业设计（论文）答辩委员会（小组）做

3、出如下决议。一、毕业设计（论文）的总评语二、毕业设计（论文）的总评成绩： 三、答辩组组长签名：答辩组成员签名：答辩委员会主席： 签字（盖章）年 月 日摘要变压器是电力系统的重要组成部分。它的正常与否直接关系到电力系统的安全和经济运行。本次设计是220kV变压器保护的初步设计，主要包括：变压器保护的配置；由变压器的原始数据，选择变压器微机保护的型号；变压器各种继电保护的原理与整定计算。根据继电保护及安全自动装置反事故措施要点实施细则的规定，220kV变压器的保护应有两套保护。本设计选择了瓦斯保护和纵联差动保护作为变压器的主保护，以保护变压器油箱内发生故障和变压器内部和引出线套管的故障；选择复合电

4、压启动的过电流保护作为变压器纵联差动保护的后备保护，以保护外部相间短路引起的变压器过电流；由于本设计要保护的变压器是处在中性点直接接地的电力系统中，所以采用零序过电流作为变压器接地的后备保护；在本次设计中，过负荷保护还作为变压器的后备保护。关键词：变压器、变压器保护、微机保护、整定计算XIAbstractThe transformer is an important part of the power system. The normal of it is directly related to the economic operation of the electric power syst

5、em security. This is the preliminary design of 220kV transformer protection. This design include the configuration protection; the choice of microcomputer models of transformer protection according to the original data by transformer; all kinds of transformers relay principle protection and setting

6、. According to the regulation of the detailed rules for implementation of anti-accident measures points about relay protection and safety automatic device, 220 kV transformer protection should have two sets of protection. In order to protect the fault caused by transformer tank and inter of transfor

7、mer and pipe sleeve outgoing line , I chose the gas protection and transformer longitudinal differential protection as the main protection of transformer. And I chose the protection of the compound voltage start over current protection as the backup protection of transformer protection , in order to

8、 protect the transformer of over current has caused by external short circuit between two phase . In this design, the one of transformer is in the power of system which the neutral point is directly connected with ground , so I also chose the zero sequence current protection as a backup protection.

9、And I chose a load of transformer protection as the backup protection, too .Keywords: transformer; transformer protection; microcomputer protection; setting calculation目录1 绪论11.1变压器保护的历史现状11.2 变压器保护的发展趋势21.3 设计的原始资料31.3.1 电气一次部分基本情况31.3.2 220KV系统阻抗32 变压器保护配置42.1 变压器的故障类型及保护措施42.1.1 变压器故障及不正常运行状态42.1

10、.2 变压器继电保护的配置42.2 220kV变压器微机型保护双重化52.2.1 220kV 变电站主变保护双重化保护技术配置原则62.2.2 变电所主变各侧TA 的设置62.2.3 双主双后主变保护电流回路接入方式72.3 针对220kV主变压器保护的配置92.3.1 220kV变压器保护配置的原则92.3.1.1 主保护92.3.1.2 后备保护92.3.1.3 非电量保护102.3.1.4 电源112.3.1.5 其他技术要求112.3.2 两套主保护装置的特点112.3.3 变压器保护的二次接线122.3.3.1 两套保护采用独立的交流电流和电压回路122.3.3.2 电流互感器二次绕

11、组的保护配置132.3.3.3 失灵启动回路132.3.3.4 变压器跳闸出口132.3.3.5 非全相保护142.4 变压器保护原理142.4.1 瓦斯保护142.4.1.1 气体继电器构成和动作原理142.4.1.2 瓦斯保护的原理及接线162.4.2 变压器纵联差动保护162.4.3 变压器相间短路的后备保护192.4.3.1 过电流保护202.4.3.2低电压起动的过电流保护212.4.3.3 复合电压起动的过电流保护222.4.4 变压器接地短路的后备保护242.4.4.1变电所单台变压器的零序电流保护242.4.4.2 多台变压器并联运行时的接地后备保护252.4.5 过负荷保护2

12、72.4.6 变压器的温度保护273 短路电流计算与整定293.1 短路电流计算293.2 变压器保护的整定计算原则313.2.1 变压器主保护313.2.2 220kV侧后备保护313.2.2.1 220kV侧相间后备保护313.2.2.2 220kV侧零序后备保护323.2.2.3 220kV侧零序过电压保护和间隙零序电流保护323.2.3 110kV侧后备保护323.2.3.1 110kV侧相间后备保护323.2.3.2 110kV侧零序后备保护323.1.3.3 110kV侧零序过电压保护和间隙零序电流保护333.2.4 10kV侧后备保护333.3 220kV主变压器保护整定计算过程

13、333.3.1 变压器瓦斯保护333.3.2 变压器纵差保护343.2.2.1 对220kV变压器纵差保护的技术要求343.3.2.2 纵差保护整定计算内容353.3.2.3 纵差保护的整定计算353.3.3 变压器相间短路后备保护403.3.3.1 电流继电器的整定403.3.3.2 低电压继电器的整定计算413.3.3.3 负序电压继电器的整定423.3.3.4 相间故障后备保护方向元件的整定433.3.3.5 相间故障后备保护动作时间的整定433.3.4 变压器接地短路的后备保护433.3.4.1 零序电流433.3.4.2 变压器不接地运行时的后备保护443.3.5 变压器过负荷保护4

14、5总结46致谢47参考文献48附录491 绪论1.1变压器保护的历史现状追溯变压器保护的发展历史，以1931年 R.E.Cordray提出比率差动的变压器保护标志着差动保护作为变压器主保护时代的到来。电流差动保护也以其原理简单、选择性好、可靠性高的特点在变压器保护中获得了极其成功的应用。但由此带来的技术难题是如何将变压器的励磁涌流与内部故障区分开来。变压器保护的发展史也自此成为一部变压器励磁涌流鉴别技术发展史。1941年，C.D.Hayward 首次提出了利用谐波制动的差动保护，将谐波分析引入到变压器差动保护中，并逐渐成为国外研究励磁涌流制动方法的主要方向。1958 年，R.L.Sharp 和

15、 W.E.GlassBurn 提出了利用二次谐波鉴别变压器励磁涌流的方法，并在模拟式保护中加以实现，同时，还提出了差动加速的方案，以差动加速、比率差动、二次谐波制动来构成整个谐波制动式保护的主体，并一直延续至今。微机变压器保护的研究开始于60年代末70年代初。1969年，Rockerfelter首次提出数字式变压器保护的概念，揭开了数字式变压器保护研究的序幕，之后，O.P.Malik9和 Degens对变压器保护的数字处理和数字滤波做出了研究；1972年，Skyes 发表了计算机变压器谐波制动保护方案，使得微机式变压器保护的发展向实用化方向迈进。变压器保护在进入数字微机时代后，利用微机强大的运

16、算和处理能力，不断提出新的励磁涌流鉴别方法，在国内外形成研究热潮。间断角原理从分析励磁涌流波形本质出发，为励磁涌流的鉴别提供了新思路，沿着这个思路，波形比较法、波形对称法和积分型波形对称法相继被提出。现在实用的微机变压器保护中识别励磁通流的方法也主要是：二次谐波闭锁、间断角闭锁、波形对称原理等。实践表明，在过去几十年间，上述原理基本上能达到继电保护要求。然而，随着电力系统以及变压器制造技术的日益发展，利用涌流特征的各种判据在实用中均遇到了一些无法协调的矛盾。在高压电力系统中，由于 TA 饱和、补偿电容或长线分布电容等因素的影响，内部故障时差流中的二次谐波分量显著增大，造成保护误闭锁和延时动作。

17、另一方面，现代大型变压器多采用冷轧硅钢片，饱和磁密较低而剩磁可能较小，使得变压器励磁涌流中的二次谐波和间断角均明显变小。不断出现的问题推动了研究的不断深入，文献13提出的“虚拟三次谐波制动法”从理论上可在半周的时间使保护动作，而且采用奇次谐波鉴别使其对对称性励磁涌流的鉴别能力大大强于二次谐波制动。文献14提出的采样值差动原理与励磁涌流波形无关，减少了计算量，提高了保护速度。近年来，新器件、新技术的应用为变压器保护的研究与发展提供了一个广阔的天地。数字信号处理器 DSP（Digital Signal Processor）的出现，不但可以提高微机保护数据采样与计算的速度和精度，甚至可能改变往常微机

18、保护装置的设计思想，使得复杂的算法得以在保护装置中实现。现代数学工具如：模糊控制，神经网络专家系统，小波分析等开始越来越多的融入到变压器保护的研究领域，一方面为传统的变压器保护方法提供了更有效的工具，另一方面，采用多个信息量，可提高变压器保护的“智能化”程度，改善可靠性和适应性。随着新的传感元件和测量元件的出现，故障诊断及预测充分利用各种现代数学分析手段对变压器的各个运行状态量进行监测与分析，越来越融入到变压器保护中。它实质上是传统变压器保护中电量与非电量保护的一个扩展，它的研究与发展，为变压器保护的研究与发展提供了一个新的思路。对于变压器后备保护，以前的观点是认为其原理相对简单、应用比较成熟

19、，因此学者更为关注其在实现技术方面的研究。但是近年来，随着越来越多的电力变压器投入使用以及电网电压等级的不断提高，实际运行中由变压器后备保护配置不合理引起的事故已不少见。目前，已经有部分学者对变压器相间后备保护配置的合理性以及变压器零序过流保护整定计算中的特殊问题进行了分析和探讨，并提出了相应的改进方法。变压器后备保护作为主保护的有益补充，为有效地保护变压器设备及电网运行安全发挥了巨大的作用，对变压器后备保护的进一步研究已经引起了人们的重视。1.2 变压器保护的发展趋势随着计算机技术的飞速发展，新的保护原理和方案不断被应用到计算机继电保护中。不少学者把以模糊理论、人工神经网络、专家系统等非线性

20、科学为主导的智能技术引入到电力系统中，在电力变压器的继电保护中得到应用。智能技术发展迅速，分支众多，除了模糊逻辑、人工神经网络、专家系统等技术被应用于继电保护中，更有吸引力的研究是将具有不同特性的智能技术结合起来应用到继电保护中，例如：模糊神经网络、小波神经网络、模糊专家系统等，这些结合使得保护的性能得到了有意义的提高。大型电力变压器的继电保护已经从电磁型、整流型、晶体管型、集成电路型发展到了微机时代。计算机技术的飞速发展，通讯技术、计算机网络的功能日益加强，为微机保护的进一步发展提供了广阔的空间。信号处理、人工智能等相关科学的不断进步、新的测试手段、测量技术的应用，将不断提高电力变压器的保护

21、水平。国内的变压器保护领域应当及时加强新原理和新技术的吸收和应用，并在实践中不断总结和发展变压器保护的实用技术，以提高防范变压器事故的能力。1.3 设计的原始资料1.3.1 电气一次部分基本情况工程规模：本变电站220kV侧及110kV侧均采用双母接线的方式，10KV侧则采用单母线分段。该变电站有6回220kV架空进线，10回110kV出线。该变电站主变压器为两台额定容量为120MVA的变压器，可带负荷调压的三绕组变压器。变压器的主要参数如下表1-1所示：表1-1 变电站主变型号型号SFPSZ7SFPSZ7额定容量120/120/120MVA120/120/60MVA额定电压22081.25%

22、/ 121/10.5kV 22081.25%/ 121/10.5kV 额定电流315/572.6/6598.3A315/572.6/3299A冷却方式强迫油循环风冷强迫油循环风冷连接组别号 负载损耗高-中457.8kW423.3kW高-低 523.7kW132.4kW中-低351.4kW90.5kW空载电流0.29%0.309%空载损耗122.1kW113.7kW短路阻抗高-中13.8%13.9%高-低22.4%22.5%中-低33.14%7.23%1.3.2 220KV系统阻抗（1） 最大运行方式：正序电抗j0.009 。零序电抗j0.01461（2） 最小运行方式：正序电抗j0.03189

23、。 零序电抗j0.048782 变压器保护配置 2.1 变压器的故障类型及保护措施2.1.1 变压器故障及不正常运行状态 电力变压器是电力系统中非常重要的供电元件，它的安全运行对于保证电力系统的正常运行和对供电的可靠性，以及电能质量起着决定性的作用。由于大容量电力变压器的造价十分昂贵，因此，必须根据变压器的容量和重要程度来考虑装设性能的良好、工作可靠地继电保护装置。本节针对电力变压器可能发生的故障和不正常的运行状态进行分析，然后重点研究应装设的继电保护装置，以及保护装置的整定计算。变压器的内部故障可分为油箱内故障和油箱外故障两类。油箱内故障主要包括绕组的相间短路、匝间短路、接地短路及经铁芯烧毁

24、等。对变压器来讲，这些故障都是十分危险，因为变压器内充满了变压器油，故障时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，很容易引起油箱爆炸。因此，这些故障应该尽快切除。油箱外故障主要是套管和引出线上发生的相间短路和接地短路。电力变压器不正常和运行状态主要有：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，此外，对大容量变压器，由于其额定工作时的磁通密度相当接近于铁心的饱和磁通密度，因此在过电压或低频率等异常运行方式下，还会发生变压器的过砺磁故障等。2.1.2 变压器继电保护的配置 为了保证电力变压器的安全运行，根据继电

25、保护与安全自动装置的运行条例，针对变压器的上述故障和不正常运行状态，电力变压器应装设以下保护： (1)瓦斯保护。800kVA及以上的油浸式变压器的400kVA以上的车间内油浸式变压器，均应装设瓦斯保护。瓦斯保护用来反映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，其过电流保护的动作时限应大于0

26、.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。纵差保护或电流速断保护用于反映电力变压器绕组、套管及引出线发生的故障，其保护动作于跳开变压器各电源侧断路器相间短路的后备保护。相间短路的后备保护用于反映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。 (3)外部相间短路时的保护。对于外部相间短路引起的变压器过电流，应采用以下保护： a过电流保护，一般用于降压变压器，保护装置的整定值应考虑事故状态下可能出现的过负荷电流； b复合电压启动的过电流保护，一般用

27、于升压变压器及过电流保护灵敏性不满足要求的降压变压器上； c负序电流及单项式低电压启动的过电流保护，一般用于大容量升压变压器和系统联络变压器； d阻抗保护，对于升压变压器和系统联络变压器，当采用b、c的保护不能满足灵敏性和选择性要求时，可采用阻抗保护。 (4)外部接地短路时的保护。对于中性点直接接地电力网，由于外部接地短路引起过电流时，如变压器变压器中性点接地运行应该设零序电流保护。对自耦变压器和高、中低侧中性点都直接接地的三绕组变压器，当有选择性要求时，应增设零序方向元件。当电力网中部分变压器中性点接地运行，为防止发生接地短路时，中性点接地的变压器跳开后，中性点不接地的变压器（低压侧有电源）

28、仍带接地故障继续运行，应根据具体情况，设置专用的保护装置，如零序过压保护、中性点装放电间隙加零序电流保护。 (5)过负荷保护。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，应装高过负荷保护。过负荷保护通常只装设在一相其动作进限较长。延时动作于发出信号。 (6)其他保护。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砺磁电流升高，应装设变压器过砺磁保护。对变压器温度和油箱内压力升高，以及冷却系统故障，按变压器现行标准要求，应装设相应的保护装置。2.2 220kV变压器微机型保护双重化 在220kV 变电站主变保护系统中，双重化保护有着

29、重大的作用,如果双重化保护一旦出现技术问题影响将非常大。由于后备保护原理上的缺陷难以实施有效保护，因此，必须要高度重视变电站的主变保护。所以，必须对220kV变电站进行主变保护双重化保护,以确保220kV 变电站主变保护双重化保护系统安全高效、平稳运行，确保电力系统的万无一失。 目前，在新建或改建的220kV主变压器保护的配置均按双重化配置，并均采用微机保护；220kV主变保护的每套微机保护也均采用主、后一体化配置，即在一套保护中包含的主保护、各侧全部后背保护的新一代主变微机型保护。2.2.1 220kV 变电站主变保护双重化保护技术配置原则在选择可靠的主变保护运行方式方面，在实际使用中可根据

30、电网实际运行情况,除非电量保护必须投跳外,应选择合理、可靠的主变保护运行方式。要严格执行继电保护及安全自动装置反事故措施要点实施细则中有关保护规定,提高保护抗干扰能力。提供大量实验数据，并可和多种控制装置构成闭环系统，协助科研人员进行新装置的测试，从而为研究智能保护及灵活输电系统的控制策略提供了一流的实验条件。坚持智能化与科学化原则，集中监测与远方调度功能，220kV 变电站主变保护双重化保护系统的数据采集与控制单元直接安装于开关柜内，采用交流采样从电流或电压互感器直接进行测量，省掉电量变送器，有些还可以省掉开关柜上的指示仪表。220kV 主变压器应采用两套独立的主保护,每套主保护均应配置完整

31、的后备保护,同时必须保证两套主、后备保护在交、直流回路上的独立性。正常运行方式下,两套独立的主保护宜同时投入。2.2.2 变电所主变各侧TA 的设置 220 kV 侧和110 kV 侧TA 一般在断路器处独立设置。220 kV 侧TA 一般有4 至5 组二次绕组,其中, 老变电所220 kV 侧TA 一般有4 组二次绕组,新建变电所220 kV 侧TA 一般有5 组二次绕组;110 kV 侧TA 一般有3 至4 组二次绕组, 其中, 老变电所110 kV 侧TA 一般有3 组二次绕组, 新建变电所110 kV 侧TA 一般有4 组二次绕组; 另外, 还在主变220 kV 侧和110 kV 侧套

32、管处设置套管TA,套管TA 一般有3 组二次绕组; 对带旁路接线的旁路开关, 在旁路开关处设置独立的旁路TA。35 kV侧TA 的设置一般在35 kV 开关室外至主变之间,或在断路器处设置独立( 此时, 由于35 kV 侧负荷较轻, 一般不考虑35 kV 开关停、旁路开关带) , 该TA一般有3 至4 组二次绕组。2.2.3 双主双后主变保护电流回路接入方式图1-1 单套主变压器保护电流互感器次级配置图采用双主保护与双后备保护的主变压器保护后，如何接入电流互感器的二次回路，这将是需要考虑的问题。对于主保护与后备保护分开的保护，常常主保护与后备保护分别接一组电流互感器的次级，差动保护接独立电流互

33、感器，后备保护接主变压器套管电流互感器的次级，如图1-1所示。在双母带旁路主接线方式下，旁路开关代主变压器开关时，差动保护的电流回路进行相应切换，后备保护的电流回路不用切换。图1-2 双重化主变压器保护电流互感器次级配置图图1-1中看出，差动保护的保护范围包括主变压器的独立电流互感器至套管的引线，当旁代时则包括旁路母线。采用双主保护与双后备保护的主变压器保护一般将第一套保护接原差动保护电流互感器次级，即接独立电流互感器，旁代时需切换；第二套保护接原后备保护电流互感器次级，即接套管电流互感器，旁代时不需切换，但对降压变压器的高压侧来说，无论是差动保护还是该侧的后备保护，其保护范围不包括开关电流互

34、感器到变压器套管的引线；对低压侧来说，其后备保护的保护范围指向非电源侧，所以引线故障将由后备保护切除。电流具体接入见图1-2。在独立电流互感器次级足够时，可将第二套保护也接入独立电流互感器，旁代时切套管电流互感器，这可确保正常运行时两套保护均有足够的保护范围，当第一套保护因故退出时，不至于因第二套保护存在死区而影响主变压器的正常运行。但电流二次回路的切换较麻烦，因操作不当会引起差动保护误动的情况时有发生，故保护方式满足要求时，不建议过多进行电流回路的切换。因此，该回路在设计及施工时可接好，运行时旁代只切第一套，当第一套保护因故退出时，将第二套保护的电流回路切至独立电流互感器。为避免电流回路的切

35、换，可两套保护均使用套管电流互感器，在降压变压器的高压侧增设简单电流保护，接独立电流互感器作引线的保护，当旁代时停用该保护，启用旁路保护作引线及旁路母线的保护，这样保护配置较复杂，该电流保护或旁路保护整定时要考虑励磁涌流的影响。如何取舍取决于各地的运行习惯。2.3 针对220kV主变压器保护的配置2.3.1 220kV变压器保护配置的原则2.3.1.1 主保护 （1）差电流速断保护；（2）比例制动保护差动采用二次谐波制动原理；（3）比例制动保护差动采用间断角闭锁原理；（4）设有CT二次回路断线检查告警信号或闭锁差动保护（不包括差流速断）的功能。主保护瞬时启动跳3侧开关。2.3.1.2 后备保护

36、A 220kV侧a复合电压闭锁方向电流保护（方向原件可指向母线，也可指向变压器，方向原件的改变可用控制字实现），I段2级时限，第1级时限动作跳本侧母联断路器，第2级时限动作跳本侧断路器；b复合电压闭锁过流保护，I段1级时限，动作后跳3侧断路器；c零序电压闭锁零序方向电流保护（方向原件可指向母线，也可指向变压器，方向原件的改变可用控制字实现）分2段，每段2级时限，1、2段第1级时限动作跳本侧母联断路器，1、2段第2级时限动作跳本侧断路器；d零序电压闭锁零序过流保护，1段2级时限，第1时限动作跳3侧断路器，第2级时限留作备用；e间隙过流保护，1段1级时限，跳3侧断路器；f间隙过电压保护，1段1级时

37、限，跳3侧断路器；g过负荷保护，发信号；h设置过负荷联切110kV以及35kV线路启动回路；i设断路器失灵启动回路；j设置非全相保护。B 110kV侧a复合电压闭锁方向电流保护（方向原件可指向母线，也可指向变压器，方向原件的改变可用控制字实现），1段2级时限，第1级时限动作跳本侧母联断路器，第2级时限动作跳本侧断路器；b复合电压闭锁过流保护，1段1级时限，动作后跳3侧断路器；c零序电压闭锁零序方向电流保护（方向原件可指向母线，也可指向变压器，方向原件的改变可用控制字实现），分2段，每段2级时限，1、2段第1级时限动作跳本侧母联断路器，1、2段第2级时限动作跳本侧断路器；d零序电压闭锁零序过流保

38、护，1段2级时限，第1级时限动作跳3侧断路器，第2级时限留作备用；e间隙过流保护，1段1级时限，跳3侧断路器；f间隙过电压保护，1段1级时限，跳3侧断路器；g过负荷保护，发信号。C 10kV侧a复合电压闭锁过电流保护，1段2级时限，第1级时限动作跳本侧母联断路器，第2级时限动作跳本侧断路器； b过负荷保护，发信号；c设低周减载保护电流启动回路。2.3.1.3 非电量保护（1）重瓦斯引入接点，发出信号并顺时跳3侧断路器；（2）轻瓦斯引入接点，瞬时动作于信号；（3）温度引入接点，瞬时动作于信号；（4）风冷消失引入接点，动作于信号且经常延时动作于跳闸；（5）压力释放保护引入接点，动作于信号且延时动作

39、跳3侧断路器；（6）非电量保护引入接点均为强电220V开关量空接点。2.3.1.4 电源（1）差动保护装置均独立设置电源。（2）后备保护装置均独立设置电源。2.3.1.5 其他技术要求（1）高、中、低3侧的复合电压并联，以保证高、中压侧灵敏度，并可采用连接片投退其中任何一侧复合电压。（2）高（中）压侧的复合电压闭锁方向过流保护中方向元件电压交叉引线，方向元件投退靠控制字实现。（3）根据“反措”，要求装置各保护段时限都可用硬压板控制投退。（4）本保护直流工作电源为220V，当工作电源消失、保护装置应闭锁跳闸出口，并发出报警信号。（5）保护装置的主、后备保护应分别经熔断器接入独立电源。（6）保护装

40、置应有足够的输出接点用于跳闸、远动、故录、报警等回路，并备用接点。（7）装置的跳闸出口继电器应有自保持，并有监视手段，使用人工复归，出口继电器应为强电220V.（8）本体非电量保护引入本装置的接点可以再扩充，引入接点均为强电220V开关量空接点。2.3.2 两套主保护装置的特点A、 WBZ-1201型（二次谐波原理）差动主保护（含主、后备保护）特点（1）该保护的最大特点是在变压器空投内部故障时，保护动作可以不受非故障相励磁涌流影响；（2）装置整体配置采用多CPU分层式结构，主保护、后备保护以及监控管理都由独立CPU的模件完成，每个模件都可独立完成一种或多种功能。（3）监控管理与各保护模件联系采

41、用串行通讯模式。（4）监控管理单元完成人机对话、信息收集、事件记录、时钟校对、对各保护单元巡检等功能，同时设有一个RS-232C接口，与监控系统或其他就地管理系统相联，可实现保护的就地或异地管理。（5）设有CT二次回路断线检查告警信号或闭锁差动保护功能。B、WBZ-04型（间断角原理）差动主保护特点（1）采用间断角原理，对于主变各种状况下发生的内部故障均能快速可靠切除。（2）采用高性能模数转换器，采样频率高达2400Hz（每周48点），保证其具有很高间断角测量精度。（3）采用多微处理器并行工作结构，有3个相互独立的微处理器系统分别完成三相保护，灵一微处理系统完成人机界面、监控管理等功能。（4）

42、装置提供2个串行通讯接口，第1串口按EISASRS-232C或RS422/485标准接口方式，用于和综合化系统或RTU通讯。第2串口按EISARS-232C标准接口，可使用PC机进行定制整定、调试和故障分析。（5）设有CT二次回路断线检查告警信号或闭锁差动保护的功能。2.3.3 变压器保护的二次接线2.3.3.1 两套保护采用独立的交流电流和电压回路220kV主变保护双主、双后配置是基于任何一套保护退出运行，均不影响主变的正常工作而设置的。因此25项中明确规定，两套保护的交流电流回路应相互独立，目前对采用不同的电流互感器二次绕组是没有任何异议的，但对电压回路的相互独立性却存在不同的意见。（1）

43、是否取自不同的电压互感器二次绕组由于变压器过电流保护的复合电压闭锁原件均取自各侧复合电压的“或”逻辑，因此保护要求两套完全独立的交流电压输入似乎不是非常必要，即使设置，可能对变压器而言提供两套完全独立的10kV交流电压回路，应该还稍重要些。这是由于其他侧母线电压对10kV故障的反应灵敏度较差。由于220kV线路保护均为双主、双后的配置，因此在同样的交流电压相互独立的要求下，对220kV母线电压互感器可选用带四个二次绕组的设备，即：三个星型绕组，一个开口三角绕组。对220kV变压器保护而言，三个星型绕组中除一个专供计量外，一个供保护一，一个经不同的空气开关后供保护二和测量回路。旧有母线电压互感器

44、，由于只有两个星型绕组，因此两套保护的交流电压均取自同一个绕组，此时应注意两组电压需经不同的分支开关。（2）电压切换箱是否双配置过去工程设计中变压器各侧一般均采用单套电压配置的方法，这样当切换箱故障时，变压器后被保护功能将不再完整。因此对于目前从源头上已有两套交流电压提供的前提下，可通过增加分相操作箱中电压切换插件的方式使变压器220kV侧具备双电压切换回路。但对于220kV侧有旁路的接线形式，我认为需在保护屏已有的三套电压切换回路的情况下再增加一套，且旁路代路方式不是经常出现，因此可以不考虑。2.3.3.2 电流互感器二次绕组的保护配置双母线接线方式：对于目前普遍采用的高、中压侧双母接线形式

45、，在变压器的电流互感器二次绕组保护配置中应注意一下几个问题：（1）220kV侧断路器失灵保护于母线保护的范围应交叉，这主要是考虑对任意点故障均能保证快速切除；（2）高、中压侧间隙保护和零序保护的电流互感器二次绕组均采用双配置，这样做不仅可以满足两套保护交流电流回路完全独立的要求，且工程实际中也较易实现；（3）主保护范围应将10kV断路器包括在内，既：10kV电流互感器应安装在断路器和母线侧刀闸之间。这点在过去的工程中畅饮开关柜结构的问题或选型时没注意而未实现，从而造成当10kV断路器与电流互感器间故障或10kV开关失灵时，故障切除时间太长，严重损害变压器。（4）两套保护的10kV侧的电流回路接

46、开关柜内的电流互感器，从而尽量扩大差动保护范围。2.3.3.3 失灵启动回路虽然继电保护和安全自动装置技术规程中规定：“一般不考虑由变压器保护启动断路器失灵保护。如变压器保护启动断路器失灵保护时，也必须设有相电流原件，并不允许由瓦斯保护动作启动失灵保护。”但考虑到目前变压器高压侧断路器很多都采用的事电气三项联动，而非机械三项联动方式，故障几率与220kV线断路器均等，因此变压器电气量保护仍需启动断路器失灵保护。在启动变压器高压侧断路器失灵的回路中，只需注意本体保护出口接点不并入失灵启动即可达到以上目的。2.3.3.4 变压器跳闸出口25项中规定主变的两套保护应同时作用于220kV侧断路器的两个

47、线圈，这样的规定可能是考虑到即使在任意一套保护和一套跳闸线圈重复故障的情况下，仍能保证故障的顺利切除。但首先是这样将增加大量跳闸出口压板，如交叉跳220kV变高断路器、母联断路器、分段断路器，不仅使保护接线复杂，运行检修中压板投退繁琐，且这种刚好发生于两套保护跳闸系统中各一个环节的交叉故障的几率很小，因此仍采用两套保护分别作用于断路器两套跳闸线圈的方式。2.3.3.5 非全相保护对于旧有断路器，若本身没有自带非全相保护，则需依靠变压器保护中的非全相保护功能。为了接线方便设计中采用由断路器操作箱中TWJ和HWJ的组合接点启动非全相保护的方式，而根据反措要求扩展后的触点只能作为信号触点，不能作为保

48、护的判据，更不能采用该类触点作为非全相保护和失灵保护的判据。在实际应用中确实也出现过因非全相取断路器位置监视继电器辅助触点为判据，加上区外故障，导致断路器误跳闸的事故。因此非全相保护的启动接点应直接取断路器辅助触点，并注意日常维护2.4 变压器保护原理2.4.1 瓦斯保护在变压器油箱内常见的故障有绕组匝间或层间绝缘破坏造成的短路，或高压绕组对地绝缘破坏引起的单相接地。变压器油箱内发生的任何一个故障时，由于短路电流和短路点电弧的作用，将使变压器油及其他绝缘材料因受热而分解产生气体，因气体比较轻，它们就要从油箱里流向油枕的上部，当故障严重时，油会迅速膨胀并有大量的气体产生，此时，回游强烈的油流和气

49、体冲向油枕的上部。利用油箱内部的故障时的这一特点，可以构成反映气体变化的保护装置，称之为瓦斯保护。2.4.1.1 气体继电器构成和动作原理 瓦斯保护是变压器内部故障的基本保护，它的主要器件是瓦斯继电器，安装的位置在油箱与油枕之间的联接管道中。为了能使该变压器内部积聚的气体经过与瓦斯继电器联接的管道，并顺利流入油枕，根据变压器安装的相关规程规定，应当把变压器靠油枕一侧的位置垫高，使变压器的大盖沿瓦斯继电器的方向上高出有115的升高坡度，另一个是变压器油箱到油枕联接管的坡度为24(这个坡度是由厂家制造好的)。变压器大盖坡度要求在安装变压器时从底部垫好。这2个坡度都是为了防止在变压器内贮存空气以及故

50、障时，便于使气体迅速可靠地冲人瓦斯继电器，保证瓦斯继电器灵敏的动作。见变压器安装示意图2-l。 图2-1 气体及电器安装示意图1气体继电器；2油枕当变压器油箱内部发生相间、层间或匝间短路故障时，伴随有电弧产生，或某些部件严重发热，导致油箱内绝缘油和其他绝缘材料受热分解并产生挥发性气体(即瓦斯)。因为气体比油轻，气体就会很快上升到变压器的最高部分一油枕内。在严重故障时，大量气体会产生很大的压力，使油迅速向油枕流动。根据这一特性，我们可以通过变压器油箱内的气体或油，向油枕方向流动的情况，来判断变压器内部故障的状态。利用这些性质构成的变压器保护称为瓦斯保护，在瓦斯保护装置中，反应这些特性的基本器件是

51、瓦斯继电器。在变压器正常工作时，瓦斯继电器的容器内一般是充满变压器油的，它的两对灵敏水银触点是断开的。如果变压器内部出现轻微故障，则因油分解而产生的气体聚集在容器的上部时，此时迫使油面下降，使上面一对水银触点闭合，接通信号回路，发出报警信号，即继电器轻瓦斯动作。如果正压器内部发生严重故障，将会产生强烈的气体，并出现变压器油的涌浪，迫使油猛烈地由油箱进入油枕，通过联接管道的时候，要经过瓦斯继电器，这时强大的油流冲击瓦斯继电器的挡板，使下面一对水银触点闭合，接通跳闸回路，切断与变压器连接的所有电源，从而起到保护变压器的作用，即继电器重瓦斯动作。线路如图2-2所示。特别要注意，在新装或大修的变压器在

52、加油滤油时将空气带入变压器内部，不能及时排出，当变压器运行后油温逐渐上升，形成油的对流，内部贮存的空气逐渐排出，有可能使瓦斯继电器动作。瓦斯继电器动作的次数与变压器内部贮存的气体多少有关。遇到上述情况时应根据变压器的音响、温度、油面以及加油、滤油工作情况来综合分析，如变压器运行正常可以判断为进入空气所造成的。否则要取气做点燃试验，进一步判断变压器内部是否有故障。运行经验证明，瓦斯继电器比差动继电器能更灵敏地反映变压器内部故障，特别对于匝闯短路，其灵敏度高于其它任何保护。但瓦斯保护不宜整定得过于灵敏，避免误动作。图2-2瓦斯保护原理接线图2.4.1.2 瓦斯保护的原理及接线图中2-2为瓦斯继电器

53、，上面的触点为轻瓦斯保护，它由上浮筒或上开口杯控制，动作后仅给出信号；下面的触点为重瓦斯保护，由挡板或下开口杯控制，动作后经信号继电器2给出信号，同时启动出口继电器4，继电器4的触点闭合，并通过本身的电流线圈自保持，知道断路器跳闸为止。考虑到瓦斯继电器的下触点在不稳定油流的冲击下可能发生振动，或短时闭合的状况，所以加上了自保持回路，以保证在这种情况下也能可靠的动作与跳闸。跳闸完毕后，由断路器的辅助触点将自保持回路切断。转换开关3是用来将重瓦斯保护转换到仅动作与信号的位置。2.4.2 变压器纵联差动保护变压器的纵联差动保护用来反映变压器绕组、引出线及套管上的各种短路保护故障，是变压器的主保护。

54、变压器纵联差动保护原理;变压器的纵联差动保护用来反映变压器绕组、引出线及套管上的各种短路保护故障，是变压器的主保护。纵差保护在发电机上的应用比较简单，但是作为变压器内部故障的主保护，纵差保护将有许多特点和困难。变压器具有两个或更多个电压等级，构成纵差保护，所用电流互感器的额定参数各不相同，由此产生的纵差保护不平衡电流将很大，纵差保护是利用比较被保护元件各端电流的幅值和相位的原理构成的，根据KCL基本定理，即当被保护设备无故障时恒有：，即各流入电流之和必等于各流出电流之和。当被保护设备内部本身发生故障时，短路点成为一个新的端子，此时，但是实际上在外部发生短路时还存在一个不平衡电流，所以纵差保护的

55、动作判据应改写为： （2-1） 式中差动回路的差动电流； 总差保护的最大不平衡电流。 对于双绕组和三绕组变压器，实现纵差保护的原理接线图如图2-3所示：图2-3 双绕组变压器接线图以双绕组变压器为例说明纵差保护原理。由于变压器高压侧和低压侧的额定电流不同，因此为了保证纵差保护的正确工作，就必须适当选择两侧电流互感器的变比，使得在正常运行和外部故障时，两个二次电流相等例如在图2-3中应使： （2-2） 或 （2-3） 式中：高压侧电流互感器的变比 低压侧电流互感器的变比 变压器的变比 变压器高压侧一次电流 变压器低压侧一次电流 高压侧电流互感器二次电流 低压侧电流互感器二次电流 纵差保护动作判断

56、用下式表示： （2-4） 式中：纵差保护动作整定电流。当变压器正常运行及故障时，。即： 此时差电流小于动作整定电流，保护不动作。当变压器内部故障时，继电器反应两侧电流之和，此时差电流大于动作整定电流。保护动作对于纵差保护动作判据中的 ，要按躲过外部短路时最大短路电流对应的最大不平衡电流整定，这时数值较大，如图3-4中直线1所示，直线以下为制动区，直线以上为动作区。如果内部短路电流较小，则差动电流的值小于最大不平衡电流， 该点处于直线1以下(制动区)，保护不动作，这时保护的灵敏度不能满足要求。由于变压器纵差保护的不平衡电流随一次穿越电流的增大而增大，因此，利用该穿越电流产生制动作用使动作电流随制

57、动电流而变化，这样在任何内部短路情况下动作电流都大于相应的不平衡电流，同时又具有较高的灵敏度。基于此，人们提出了带有制动特性的纵差保护，如图2-4：曲线2所示曲线以上为动作区，曲线以下为制动区。动作特性曲线2与直线1相比，图中阴影部分能够正确动作。图2-4 纵差保护动作曲线事实上，外部发生短路故障时，因为外部短路电流大，特别是暂态过程中含有非周期分量，电流使电流互感器的励磁电流急剧增大，而呈饱和状态，使得变压器两侧互感器的传变特性很难保持一致，而出现较大的不平衡电流。因此采用带制动特性的原理，外部短路电流越大，制动电流也越大，继电器能够可靠制动。一般地运用纵差保护原理能可靠地区分区内外故障，并

58、有相当高的灵敏度，这也是电力系统主元件往往采用纵差保护的原因。但对变压器来说情况有一些特殊性，在变压器合闸时，在变压器的一侧产生很大的电流，使得空载电流增加到正常状态的6-8倍，形成所谓的励磁涌流，励磁涌流属于正常工况下的电流，保护装置不应动作，但它却是差电流，因此在变压器保护中必须鉴别出励磁涌流的状况，防止在这种情况下保护误动，这是变压器保护的重点和难点所在。另外，由于纵差保护的构成原理是基于比较变压器各侧电流的大小和相位，受变压器各侧电流互感器以及诸多因素影响，变压器在正常运行和外部故障时，其动差保护回路中有不平衡电流，使纵差保护处于不利的工作条件下。为保证变压器纵差保护的正确灵敏动作，必须对其回路中的不平衡电流进行分析，找出产生的原因，采取措施予以消除。2.4.3 变压器相间短路的后备保护变压器的主保护通常采用差动保护和瓦斯保护。除了主保护外，变压器还应装设相间短路和接地短路的后备保护。后背保护的作用是为了防止由外部故障一起的变压器绕组过电流，并作为相邻元件（母线或线路）保护的后背以及在可能的条件下作为变压器内部故障是主保护的后背。变压器相邻短路后背保护通常采用过电流保护、低电压启动的过电流保护、复合电压启动的过电流保护以及负序过电流保护等，也有采用阻抗保护作为后背保护的情况。2.4.3.1 过电流保护保护