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变压器运行,江苏省电力公司生产技能培训中心2010年8月,2,第一部分 变压器的基本原理与结构第二部分 变压器的异常运行状态第三部分 变压器的保护配置第四部分 变压器保护的基本原理第五部分 变压器故障案例分析,3,第一部分 变压器的基本原理与结构,4,一、变压器的基本原理与结构,一、油浸式变压器类型和结构1、三相和单相型式：110（66）kV330kV电压等级变压器一般采用三相共体式，500kV电压等级变压器受运输条件的限制多采用单相式。三相共体变压器比单相变压器在节省材料和降低损耗方面有一定优势，但制造难度增加用。对于三相变压器与单相变压器要注意零序磁通的通路问题。2、芯式和壳式结构变压器一般采用芯式结构，500（330）kV变压器或电抗器也可采用壳式结构。考虑到部分500kV壳式变压器在运行10年后出现油流放电故障的实际情况，在进一步总结制造和运行经验教训的同时，目前阶段如选用壳式变压器，宜采用非强迫油循环冷却方式。,5,一、变压器的基本原理与结构,3、多绕组和自耦型式 自耦变压器在节省材料和降低损耗方面比多绕组变压器有优势，但固定的中性点接地方式，会带来电网单相短路接地电流的增大，应根据电网的统一规划，确定变压器采用多绕组或自耦型式。4、变压器的全星形接线和稳定绕组一般不宜采用无三角形绕组的全星形接线。当电网运行需要全星形接线变压器时，应设立单独的三角形接线的稳定绕组。稳定绕组的额定电压一般应稍低于相邻绕组的额定电压，额定容量一般不超过一次额定容量的50%，其绝缘水平还应考虑其它绕组的传递过电压。平衡绕组一般选用15千伏、25变压器额定容量。,6,一、变压器的基本原理与结构,自耦变压器的第三绕组如是三角接线即为平衡绕组，如是Y接线，则不是平衡绕组，需要再增加一个三角接线的绕组（稳定绕组）即为平衡绕组，主要是降低系统的零序阻抗。全星接线的变压器对于零序电流来说，变压器表现为低阻抗（属短路阻抗性质），当系统出现接地故障时，角接绕组内的环流提供补偿安匝，角接第三绕组或稳定绕组的承受短路能力应能满足最大的感应零序电流。,7,一、变压器的基本原理与结构,5、无励磁和有载调压变压器无励磁调压变压器比有载调压变压器简单可靠，可根据电网情况，确定合理的调压方式。为保证的电压质量，110（66）kV变压器通常采用有载调压变压器。在满足电网电压变化范围的情况下，500（330）kV变压器优先选用无励磁调压变压器。,8,一、变压器的基本原理与结构,二、油浸式变压器的冷却方式对于油浸式变压器，用四个字母顺序代号标示其冷却方式。第一字母表示与绕组接触的内部冷却介质：O矿物油或燃点不大于300的合成绝缘液体；K燃点大于300的绝缘液体；L燃点不可测出的绝缘液体。第二字母表示内部冷却介质的循环方式：N油流是自然的热对流循环；F冷却设备中的油流是强迫循环，流经绕组内部的油流是热对流循环；D冷却设备中的油流是强迫循环，（至少）在主要绕组内部的油流是强迫导向循环。第三字母表示外部冷却介质：A空气；W水。第四字母表示外部冷却介质的循环方式：N自然对流；F强迫循环（风扇、泵等）。,9,一、变压器的基本原理与结构,2.常见的冷却方式有自然冷却（ONAN）、自然油循环风冷（ONAF）和强迫油循环风冷或水冷（OFAF、OFWF、ODAF、ODWF）等冷却方式。为了适应不同负荷、不同运行环境等情况，一台变压器可同时具有多种冷却方式。自然冷却（ONAN）100容量；自然冷却（ONAN）67及以上容量，自然油循环风冷（ONAF）100容量；如大部分国产风冷变压器。自然冷却（ONAN）60容量，自然油循环风冷（ONAF）80容量，强油循环风冷（OFAF、ODAF）100容量；如日本三菱变压器。无自然冷却能力,强迫油循环风冷或水冷（OFAF、ODAF）100容量。,10,一、变压器的基本原理与结构,考虑到变压器运行维护的简化，110（66）kV220kV变压器一般采用自然或自然油循环风冷冷却方式，220kV500（330）kV采用以上一种、两种或三种冷却方式。对于具有多种冷却方式的变压器，应根据负荷和油温，制定安全和合理的冷却系统的控制策略，并在控制回路中予以实现。,11,一、变压器的基本原理与结构,三、油浸式变压器的额定温升在额定使用条件和额定负荷下的温升称为额定温升。我国规定变压器的额定使用条件为：最高气温+40，最高月平均气温+30，最高年平均气温+20，最低气温-25（对户外）或-5（对户内）。变压器各部分温升不得超过表中数值。自然油循环自冷、风冷 迫油循环风冷 导向强迫油循环风冷绕组对环境的平均温升（）65 65 70 绕组对油的平均温升（）21 30 30 油对环境的平均温升（）44 35 40 顶层油对环境的温升（）55 45 45,12,一、变压器的基本原理与结构,四、变压器的绝缘老化1.绝缘老化现象（1）绝缘老化 变压器在长期运行中，由于受到大气条件和其他物理化学作用的影响，其绝缘材料的机械强度和电气强度逐渐衰退的现象，称为绝缘老化。（2）绝缘老化的判据 绝缘老化程度不能只按电气强度来判断，必须考虑机械强度的降低程度，而且主要由机械强度的降低程度来确定。（3）影响绝缘老化的因素 变压器的绝缘老化，主要是由于温度、湿度、氧气和油中的某些分解物所引起的化学反应的影响，其中高温是促成老化的直接原因。,13,一、变压器的基本原理与结构,2.变压器的热老化定律：绕组热点温度每增加6（每增加1），老化加倍，即预期寿命缩短一半，此即热老化定律（或称绝缘老化的6规则）。据上式可计算各温度下的老化率，如表所示。各温度下的老化率 h()80 86 92 98 104 110 116 122 128 134 140-3-2-1 0 1 2 3 4 5 6 7 2n 0.125 0.25 0.5 1 2 4 8 16 32 64 128 8 4 2 1 1/2 1/4 1/8 1/16 1/32 1/64 1/128,14,一、变压器的基本原理与结构,五、变压器的过负荷运行1变压器的负荷能力 变压器的负荷能力是指，变压器在短时间内所能输送的容量，在一定条件下，它可能超过额定容量。负荷能力的大小和持续时间受下述条件限制：（1）变压器的电流不得超过规定的限值（2）温度(热点温度及与绝缘材料接触的金属部件的温度)不得超过规定的限值；（3）在整个运行期间，变压器的绝缘老化不得超过正常值。,15,一、变压器的基本原理与结构,2负荷状态分类（1）正常周期性负荷。指遵循等值老化原则的负荷。（2）长期急救周期性负荷。这是由于系统中部分变压器长时间（数周或数月）退出运行而引起，将导致运行变压器的老化加速，但不直接危及绝缘的安全。（3）短期急救负荷。这是由于系统中发生了事故，导致变压器短时间内严重过载。运行变压器绕组热点温度可能达到危险的程度，并可能导致绝缘强度暂时下降。这种负荷的持续时间一般应小于0.5h。对于过负荷能力的计算可参照变压器运行规程及有关厂家说明，对于现场规程中应当进行明确。,16,一、变压器的基本原理与结构,六、自耦变压器的特点和运行方式：1特点 高、中压侧共用一部分绕组。即高、中压绕组之间，不仅有电磁联系，更有电路上的直接联系。故此，自耦变压器的损耗低，传输效率高。2缺点（1）高压侧的电压易于传递到中压电路，所以中压电路的绝缘必须按较高电压设计；（2）高、中压绕组之间的漏磁场较小，电抗较小，短路电流及其效应比普通双绕组变压器大；,17,一、变压器的基本原理与结构,（3）高、中压侧的三相连接方式必须相同，即均为Y或D型（常用Y型）；（4）运行方式多样化，继电保护整定较困难；（5）在有分接头调压的情况下，很难取得绕组间的电磁平衡，有时造成轴向作用力的增加。3容量和标准容量（1）电压、电流关系,18,一、变压器的基本原理与结构,：（2）容量传输关系 2 2称自耦变压器的通过容量；22称自耦变压器的额定通过容量。传输功率由两部分组成：一部分 2 212（即 2 1）为经串联绕组由电路直接传输的功率；另一部分 2 2 1112（即 2）为经公共绕组由电磁感应作用传输的功率。由电磁感应作用传输的最大功率，即公共绕组的容量，称自耦变压器的标准容量。,19,一、变压器的基本原理与结构,4.自耦变压器的效益系数：用完全相同的材料制成的普通变压器和自耦变压器的通过容量之比，即自耦变压器标准容量与通过容量之比，称为自耦变压器的效益系数，用表示，即值小于1。值越小，说明自耦变压器与用完全相同的材料制成的普通变压器相比，通过容量显得越大，其经济效益越显著。随12的减小（最小等于1）而减小，因此，当1与2相差不大，即12较小时，较小，采用自耦变压器经济效益较显著。目前，国内外实际应用的自耦变压器，其123，即23 0.67。,20,一、变压器的基本原理与结构,5自耦变压器的第三绕组 第三绕组接成三角形，其作用是：（1）消除三次谐波电压分量；（2）减小自耦变压器的零序阻抗；（3）用来连接发电机或调相机；（4）用来对附近地区或厂（所）用电系统供电。第三绕组的容量：（1）如果仅用来补偿三次谐波电流，其容量一般为标准容量的1/3；（2）如果还用来连接发电机或调相机，其容量等于标准容量。自耦变压器有了第三绕组，在材料消耗、尺寸、质量、价格等方面都有增加，但与同等的普通三绕组变压器相比，价格只有后者的6570。,21,一、变压器的基本原理与结构,6自耦变压器的过电压问题 由于自耦变压器的高、中压绕组有电气连接，存在过电压从一个电压级电网向另一个电压级电网传递的可能性，因此，必须采取相应的技术措施。（1）各侧装设避雷器，防止雷电过电压。（2）中性点接地。自耦变压器的中性点必须直接接地或经过小电抗接地，以避免当高压侧电网发生单相接地时，在中压绕组的其它两相出现过电压。所以，自耦变压器只能用在高、中压侧均为中性点直接接地系统中。,22,一、变压器的基本原理与结构,23,一、变压器的基本原理与结构,7自耦变压器的过负荷自耦变压器有三种运行方式，即 1）联合运行方式：在高中、高低及中低压侧之间均有功率交换；2）纯自耦运行方式：只在高中压侧之间有功率交换；3）纯变压运行方式：只在高低或中低压侧之间有功率交换。在选择自耦变压器时，必须掌握其各个绕组的负荷，尤其要知道绕组上的最大负荷；在运行时，也必须知道绕组间的负荷分布，以便确定该种运行方式是否容许，同时也可计算在各种运行方式下绕组上的功率损耗。,24,一、变压器的基本原理与结构,对于纯自耦和纯变压运行方式比较简单，最典型的联合运行方式有两种：（1）方式一：高压侧同时向中、低压侧（或中、低压侧同时向高压侧）送电，在此运行方式下，最大传输功率受到串联绕组容量的限制。（2）方式二：中压侧同时向高、低压侧（或高、低压侧同时向中压侧）送电，在此运行方式下，最大传输功率受到公共绕组容量的限制。因此，对于自耦变压器还需监视公共绕组的负荷电流。,25,一、变压器的基本原理与结构,七、变压器的并列运行1.并列运行条件，所谓并列运行，就是指将各台变压器需并列侧的绕组分别接到公共的母线上。变压器并列运行必须满足以下条件：1）各侧绕组的额定电压分别相等，即变比相等；2）各对绕组的额定短路电压分别相等；3）接线组别相同。第一、二个条件不可能绝对满足，一般规定变比相差不得超过0.5，短路电压相差不得超过10。,26,一、变压器的基本原理与结构,2不满足变压器并列运行条件时的运行（1）变比不同的变压器并列运行 设、号变压器的变比分别为、，二次侧电势分别为2、2。如果，则22，当一次侧接上电源后，二次绕组回路中存在电势差。所以，在二次侧未接上负荷之前（即空载时），即存在平衡电流2（设22，则其方向与 2方向相同），一次绕组相应地出现平衡电流1。当二次侧接上负荷后，设号变压器的负荷电流为，号变压器的负荷电流为，则两台变压器二次绕组中的总电流分别为 2 2，2 2 由于平衡电流叠加在负荷电流上，使得一台变压器(二次侧电压较高的)负荷加重，另一台变压器(二次侧电压较低的)负荷减轻。如果增大的负荷超过前者的额定容量，则必须校验其是否在容许范围内。,27,一、变压器的基本原理与结构,（2）短路电压不同的变压器并列运行 设有台短路电压不同（即短路阻抗不同）的变压器并列运行，经推导得，第台变压器的负荷为 台变压器总负荷；、第(1，2，)台变压器的额定容量及短路电压标么值。可见，当数台变压器并列运行时，如果短路电压不同，其负荷不按额定容量成比例分配。负荷分配与短路电压成反比，短路电压小的变压器可能过负荷。,28,一、变压器的基本原理与结构,如果对二次侧电压较高的变压器选用较大的短路电压，对二次侧电压较低的变压器选用较小的短路电压，则短路电压不同和变比不同所产生的效果可互相补偿，从而可减少过负荷。,29,一、变压器的基本原理与结构,30,一、变压器的基本原理与结构,八、变压器的经济运行变压器经济运行是寻求降低变压器运行中的有功功率损耗、提高其运行效率，以及降低变压器的无功功率损耗、提高变压器电源侧的功率因数。同时，变压器经济运行也是降低电力系统网损的重要措施。1.双绕组变压器的经济负载系数 负载系数，。变压器的有功功率损耗及其因消耗无功功率而使电网增加的有功功率损耗之和，称为变压器的综合功率损耗，用表示。即,31,一、变压器的基本原理与结构,（2）综合功率经济负载系数。令=0，可得最低(效率最高)时所对应的值，称为综合功率经济负载系数，用表示。有 即JZ2=0（负载综合功率损耗与空载综合功率损耗相等），综合功率经济负载系数（）最低，效率最高。,32,一、变压器的基本原理与结构,（3）最低综合功率损耗率。2短路电压相近的台并列运行变压器的经济负载系数 短路电压相近的具体条件是：变压器间短路电压的差值%5。这时，可认为负载按容量成比例分配，即负载系数相同。设第台变压器有 则第台变压器的综合功率损耗为,33,一、变压器的基本原理与结构,类似地，得综合功率损耗率、综合功率经济负载系数、最低综合功率损耗率为,34,一、变压器的基本原理与结构,双绕组变压器的经济运行区由于综合功率经济负载系数只是曲线=()上的一点，因此国家标准GB/T 13462-92提出了变压器的经济运行区的概念，并给出了按综合功率确定经济运行区的方法。其确定原则是：变压器在额定负载下的运行应属于经济运行区。因此，经济运行区的上限值定为1=1；经济运行区的下限为2，其对应的损耗率与额定负载损耗率短路电压相近、容量相同的双绕组变压器并列运行的经济运行方式（有兴趣的可以参照相关资料）,35,二、变压器的异常运行状态,一、变压器的常见异常本体油类，渗漏油，油枕，压力释放阀，油位计，硅胶，套管及本体油色油位异常等。油温升高，接线错误，温度计失灵，主变过载等。气类，轻瓦斯发信，气体的性质判断故障情况，声音：正常时应为持续均匀的“嗡嗡”声，不正常声音如下。,主变常见的异常,本体油类，渗漏油，油枕，压力释放阀，油位计，硅胶，套管及本体油色油位异常等。油温升高，接线错误，温度计失灵，主变过载等。气类，轻瓦斯发信，气体的性质判断故障情况，声音：正常时应为持续均匀的“嗡嗡”声，不正常声音如下。,声音判断主变异常,均匀较沉重的“嗡嗡”声，可能是变压器负荷增加，铁芯振动增在引起。结合负荷变化判断。短时“哇哇”声，时间短，很快恢复，可能是变压器受短路电流冲击，主要负序电流引起。如系统故障，负荷突变，大动力设备启动等。持续尖细的“哼哼”声，声音可能忽强忽弱，则可能是系统中铁磁谐振造成，,“吱吱”尖锐声或“叭叭”声，可能内部有拉弧放电，如主变分接头接触不良，绝缘对地放电等。金属碰撞的“叮当”声或钢片振动的“营营”声，表明变压器内部机械异常，有可能发展为严重的内部故障。发出不均匀且响声很大的放电爆炸声或拉弧声，表明内部严重故障，处理不及时可能导致变压器的损坏。,油色谱分析结果,甲烷（CH4）；乙烷（C2H6）；乙烯（C2H4）；乙炔（C2H2）；,判断变压器的故障性质表,冷却系统的主要故障形式：风冷交流电源故障；风扇电机热耦动作；电机烧坏，轴承，风扇刮页等 油泵故障冷却器碟阀等油管路故障,变压器冷却器故障,变压器油流故障,油流故障的现象，一般会有“冷却器故障”或“备用冷却器”投入等信号，现场检查油流指示器处于停止位置。油流故障的可能原因：油流管道堵塞，油泵故障或未运转，油闸门未开，油流指示器故障。另外对于风冷要检查各散热器是否有温度，若温度较低，则要检查碟阀是否开启。,变压器油流故障处理,处理：到现场检查油路阀门位置是否在正常位置，检查冷却器回路是否正常，油泵是否运转正常，检查油流指示器是否完好，无异常，加强对变压器的监视。尤其是当变压器备用冷却器投入运行时，此时要注意辅助冷却器的运行情况，根据负荷调整冷却器的工作方式，工作、辅助、备用、停止四种方式。,有载调压分接开关动作示意,图114中，动触点D及A、K1、K2、K3、K4、B触点和电阻R1、R2组成切换开关，完成快速切换电阻、限流灭弧的功能；XK1和XK2触点以及对应绕组各调压分接位置1、2、3、4、5触点，完成选择分接位置的功能。此外，还有极性变换开关，变换调压绕组的极性，在图114中未标出。图（a），绕组运行在分接3的位置，负荷电流流经触点A；图（b），绕组分接位置欲从3变换为2，选择开关触点XK2运动至2，此时未发生XK2带电流变换位置的现象；图（c），切换开关开始向右运动，即离开触点A，经K1、K2向K3运动，此时负荷电流流经R1，被限流并使电弧减小；图（d）切换开关短接K2、K3，电阻R1和R2流过负荷电流和分接位置2和3间的环流Ixh,此时R1和R2仍是限流并使电弧减小的可能，选择开关XK1和XK2触点均有电流流过；图（e），切换开关继续向右移动，离开K2后，负荷电流全部转移至R2和XK2侧；图（f），切换开关最终移至B，完成了分接位置由3向2变换的全部过程。由以上过程看出，选择开关在运动过程中始终无任何电流（包括负荷电流）；切换开关快速运动和限流电阻R1和R2的存在，有利于熄灭电弧，减少触点的寿命损失。切换开关在切换过程中产生电弧，油质容易劣化，因此被安装在单独的绝缘筒内，与变压器本体油箱完全隔开。切换开关绝缘筒的轻微渗漏，会引起变压器本体油色谱分析的异常，易造成误判断，应予避免。,变压器有调调压装置故障,有载调压装置的组成：切换开关快速机构，选择器，电动操作机构等构成。有载调压装置故障的常见形式：有载调压切换开关拒动，电动机构失灵，造成电动机构上调或下调失控，分接开关油室泄漏，滑档。处理方法：下列情形之一，应立即停止调压操作并断开动力电源。,有载调压开关异常处理,档位级进一次，中低压侧电压电流不变化，指示盘未进入绿色区或档位显示不正确连续滑档。自动空气开关跳闸，强送一次不成功。调压过程中主变压器轻瓦斯动作。装置的切换开关或选择开关部位有异常响声。注意：如果遥控急停以后Q1开关跳开，需到现场试送一次。,有载调压开关异常处理,切换开关拒动，应检查动力电源是否正常，控制电源，控制回路是否正常，机构装置有无故障，处理好后，才能开始调压。否则，在切换中拒动，将造成调压选择器与切换开关不对应，从而造成动触头未经过渡电阻而离开动触头，产生电弧，严重时烧毁触头，引起主变跳闸，出现这种情况应立即将主变停电，汇报上级处理。,有载调压开关异常处理,电动机构失灵，造成连续滑档，可能造成电动机构从一个分接头到上调或下调极限位置，此时若两台变压器并列运行，两台变压器变比相差大，致使变压器负荷分配不均，环流增大，变压器发热，应立即按急停，用手摇机构将分接头调压至合适位置，进一步检查原因，汇报上级，安排检修处理。,有载调压开关异常处理,分接开关油泄漏，将使分接开关绝缘降低，同时分接开关的油进入变压器本体油箱，会影响变压器本体的油质和绝缘强度。出现这种情况，应汇报上级处理，并且不得进行有载调压操作，断开有载调压机构电源。,51,一、差动保护二、五、变压器过负荷保护变压器过负荷保护：一般取B相电流。段用于发告警信号；段用于启动风扇冷却器；段用于闭锁有载调压。六、变压器的非电量保护1、瓦斯保护是变压器油箱内绕组短路故障及异常的主要保护。轻瓦斯：动作于信号。重瓦斯：动作于切除变压器。与差动保护比较：匝间短路。可靠性措施；密封，加装防雨罩。2、压力保护：与瓦斯保护基本相同。动作于切除变压器。3、油温及油位保护：动作于告警信号。4、冷却器全停保护：动作后立即告警，经长延时切除变压器。,三、常用主变保护配置,一、变压器纵差保护,差动保护 要解决的几个问题相位补偿 同时滤除了零序分量。不平衡电流补偿CT饱和励磁涌流闭锁过励磁保护差动速动保护,2、比率制动式差动保护,比率制动式差动保护概念的引入：如果差动保护动作电流是固定值，按躲过区外故障最大不平衡电流来整定值就高，如果发生匝间短路，离中性点较近的单相接地短路，就不能灵敏动作。作图分析：比率制动式差动保护的动作电流是随外部短路电流按比率增大，既能保证外部短路不误动，又能保证内部故障有较高的灵敏度。,（1）和差式比率制动的差动保护原理,如果以流入变压器的电流方向为正方向，即流入为正，流出为负。那么差动电流 为：Id=|Ih+Il|为了使区外故障时获得最大制动作用，区内故障时制动作用最小，则制动电流为：Ir=|Ih I l|/2分析：区外故障时：Ih I l Id=0（最小等于TA饱和产生的不平衡电流）；Ir=I l（最大）区内故障时：Ih I l Ir=0（最小）；Id=2I l（最大）保护动作，灵敏度较高。此时虽然Ir最小值，但不为零，即区内故障时仍带有一定的制动量。,比率制动特性,由于电流补偿存在一定误差，在正常运行时Id仍有少量的不平衡电流Iunb。所以差动保护动作必须使Id大于一个起动电流Id.st，差动保护的第一判据是：Id Id.st按比率制动的比率系数概念，差动继电器在区外故障时，动作电流随短路电流按比率增大，所以差动保护的第二判据是：|Id|/|Ir|Kr D,比率制动特性：,（2）影响比率制动式差动保护的动作特性的因素,影响比率制动式差动保护的动作特性的因素有三个，即：差动门槛；拐点电流；比率制动系数。作图分析：差动门槛值提高：,拐点电流减少：,比率制动系数增加：,分析以上三种情况可得：差动保护动作区减少，灵敏度降低；躲区外故障不平衡电流的能力增加，误动可能性降低。反之灵敏度增加；误动可能性增加。,3、励磁涌流闭锁元件,（1）励磁涌流产生的原因和特点：磁链守恒定律：线圈中的磁链不能突变。电压与磁通的相位关系：电压超前磁通900；或磁通滞后电压900。分析：设u=Um sint,m sin(t-900)空载合闸瞬间 u=0，m，保持磁链守恒，感应直流分量：m此时变压器铁心中的总磁通：可见：经过半周（0.01S），出现磁通的最大值为2 m。,作波形图分析：,励磁电流与磁通的关系,磁化曲线分析：励磁电流与磁通的关系，分析励磁涌流产生的原因。由于磁路的深度饱和，产生2 m所需要的励磁电流很大很大。这就是励磁涌流产生的原因。,励磁涌流的特点：大量的二次、三次谐波；波形不对称；间断角。,励磁涌流的衰减：,励磁涌流的判别,（2）二次谐波制动：利用差流中的二次谐波含量来识别励磁涌流。PST-1202：I2XB2Id1RCS-978：I2K2xbIdI3K3xbId二次谐波制动系数一般取0.15；三次谐波制动系数一般取0.2。满足以上条件，判断为励磁涌流引起的差流，闭锁差动保护。（3）波形对称原理：利用波形对称原理来识别励磁涌流。作图分析波形对称与不对称情况下，it 与i(t+T/2)的关系。,比较|iti(t+T/2)|和|iti(t+T/2)|的大小。it，i(t+T/2)0;it 0，i(t+T/2)0|iti(t+T/2)|小；|iti(t+T/2)|大|iti(t+T/2)|大；|iti(t+T/2)|小；动作判据为：K；或：|iti(t+T/2)|K|iti(t+T/2)|,4、过励磁闭锁元件,过励磁原因：电压升高或频率下降，励磁电流增加。分析：U=4.44Nmm=U/4.44N即：变压器铁心的饱和程度决定于 U/。对于超高压大型变压器，为防止过励磁运行时差动保护误动，设置过励磁闭锁元件。由于变压器过励磁时，励磁对流中5次谐波分量很大，所以采用5次谐波电流制动。过励磁判据：I5 K5Id满足判据判过励磁引起的差流，闭锁差动保护。通常当过励磁倍数1.4时，不再闭锁差动保护。,5、差动速断元件为什么要用差动速断保护？在区内严重故障TA饱和时，TA二次电流的波形将发生严重畸变，其中含有大量的谐波分量，从而使励磁涌流判别元件，误判励磁涌流，致使差动保护拒动或延缓动作，严重损坏变压器。所以采用差动速断元件，不管差流的波形及谐波分量的大小，只要差流的有效值超过定值，保护迅速动作，快速跳开变压器各侧开关，切除变压器。差动速断判据：Id Isd(差动速断定值)Isd一般取（48）IN。,二、复合电压闭锁方向过流保护,1、复合电压闭锁元件复合电压闭锁元件是利用正序低电压和负序过电压反映系统故障。复合电压闭锁元件起动判椐是：线电压Uab 负序电压定值。低电压和负序电压超过定值都可以起动过流保护，是或的逻辑关系。,，,动 作 特 性,PST-1202动作特性：（方向指向变压器时）,RCS-978动作特性：（方向指向变压器时）,问题五,为什么要采用其他侧的复压元件来开放高压侧的复压闭锁过流保护？思考：如果故障发生在低压侧TA与断路器之间，会出现什么问题？低后备动作跳开低压侧断路器，故障还在，需要高后备切除，但此时高压侧电压下降不到低电压定值，复压过流保护被闭锁，不会动作。所以可采用低压侧复压来开放过流保护。,三、变压器零序方向过流保护,控制字的含义：PST-1202、RCS-978动作特性：（方向指向变压器）,电压为110kV及以上的变压器，在大电流接地系统应设置反应接地故障的零序电流保护。三圈变压器其零序电流应带方向，组成零序方向保护。零序电流可取自中性点TA二次，或由本侧TA二次三相电流自产。零序电压取自本侧TV三次（开口三角），或由本侧TV二次三相电压自产。微机保护装置都用自产3I0 和3U0。,四、变压器中性点间隙保护,1、间隙保护的作用：是保护中性点不接地变压器中性点绝缘安全的。在变压器中性点对地之间安装一个击穿间隙，在变压器不接地运行时，若某个原因变压器中性点对地电位升高到不允许程度时，间隙击穿，保护变压器中性点绝缘不被击穿。2、保护间隙保护接线：,66,二、500kV变压器保护 1、变压器保护配置双重化的电量保护和一套非电量保护，电量保护分为主保护和后备保护。,主保护 纵联（分相）差动保护 分侧（零序）差动保护,高后备带偏移特性的阻抗保护、过激磁保护，过负荷保护 中后备带偏移特性的阻抗保护、过负荷保护 低后备过流保护、过负荷保护、电压偏移保护 公共绕组后备零序过流保护、过负荷保护,非电量保护瓦斯保护，压力保护，温度保护，油位保护、冷却全停保护。,二、500kV保护基本原理,67,2、主保护（电气量）（1）纵差保护：主变低压侧保护绕组取自独立流变。分相差动保护：主变低压侧保护绕组取自套管流变。纵差（分相差动）保护：保护主变三侧，但是励磁涌流始终是纵差（分相差动）保护无法完全解决的问题，其根本原因是什么？,用电量保护来保护只有磁联系的元件，必然存在缺陷。,（2）分侧（零序）差动保护：保护自耦变的高、中压侧。由于自耦变有直接电的联系，所以对于分侧差动保护而言，不存在励磁涌流造成误动的问题。但是也存在问题：,对于主变绕组的匝间短路，分侧（零序）差动就无能为力了。,二、500kV保护基本原理,68,如上图，绕组匝间短路电流不反映在分侧（零序）差动保护的差流中,匝间短路-分侧差动等效图,匝间短路-纵差等效图,如下图，绕组匝间短路电流可以反映在纵差（分相差动）保护的差流中。,二、500kV保护基本原理,69,（3）励磁涌流 对于纵差（分相差动）保护而言，励磁涌流是视为差流，如不采取措施，会导致主变差动保护误动作。励磁涌流主要分为：合闸涌流、合应涌流、恢复涌流。合闸涌流：本质是合闸的时候，变压器磁通不能突变。由于合闸角、主变剩磁等原因，会导致主变磁通饱和，产生很大励磁电流。,二、500kV保护基本原理,70,合应涌流：当两台主变并列运行时，一台主变空载合闸，导致另一台运行主变无故障跳闸。其本质就是：空载合闸励磁涌流中的直流分量在系统电阻上产生直流电压，由于，该电压对于运行主变产生的磁通随着时间越积越多，最终导致运行主变磁通饱和，产生很大的励磁电流。,恢复涌流：故障切除后电压恢复的过程中，其直流分量产生的磁通越积越多，最终导致主变磁通饱和，产生很大的励磁电流。,二、500kV保护基本原理,71,（4）纵差保护中零序电流消除 由于纵差保护，低压侧使用的是独立CT。必然存在Y侧和侧的转角变换问题。如果Y侧发生区外单相故障时，会发生什么情况？,若在Y侧进行角度变换（Ia-Ib、Ib-Ic、Ic-Ia）的话，则Y侧的零序电流自动消除，所以无需考虑Y侧区外故障零序电流产生差流问题。若在侧进行角度变化的话，则当Y侧发生区外故障时，Y侧有零序电流，而侧没有零序，必然产生差流，所以必须对差流进行零序电流补偿。,二、500kV保护基本原理,72,2、后备阻抗保护（1）变压器阻抗保护是偏移特性，正方向指向主变，反方向指向系统。一般来说，主变中压侧阻抗第一时限跳母联分段、第二时限跳主变，为何？,由于阻抗保护的反方向是保护系统，所以当系统发生故障，先跳开母联分段，可以有效的隔离故障。如果无法隔离故障，再跳开主变。这样可以避免无谓的切除主变，但是现在该回路并不接入。,（2）当主变不带中性点小电抗时，阻抗保护定值中的K（零序补偿系数）设为0，为何？,变压器的结构决定了相相之间没有互感。Z0=ZL+2ZM、Z1=Z2=ZL-ZM，因此Z0=Z1=Z2，而K=（Z0-Z1）/3Z1,所以K=0。,二、500kV保护基本原理,73,3、公共绕组零序保护（1）500kV自耦变，公共绕组后备保护配置零序保护，但是为何零序保护不带方向？,中压侧发生单相故障，零序网络等效图如下所示，则公共绕组零序电流i=i2-i1*k，其中K是中压侧和高压侧的匝数变，必然小于1，而i2i1，所以i必然大于0，也就是说公共绕组零序电流方向固定（流向中性点）。,二、500kV保护基本原理,74,高压侧发生单相故障，零序网络等效图如下所示，则公共绕组零序电流i=i1-i2*k，其中K是高压侧和中压侧的匝数变（大于1），虽然i1i2，但是由于K1，所以无法判断i的正负，就是说公共绕组零序电流方向不固定，极端情况甚至为0。,所以自耦变公共绕组零序电流没有方向元件，是因为当高压侧发生单相故障时，其方向不定，取决于中压侧的系统零序阻抗。,二、500kV保护基本原理,75,4、低压侧过流保护（1）当低压侧过流保护采用低压侧套管流变时，需要考虑消除零序环流问题。,问题来源：主变高、中压侧发生单相故障，则会在主变低压侧绕组产生零序环流（由于500kV主变低压侧绕组采用型接线）。如果低压侧过流保护采用套管流变，即可感受到零序环流，在一定条件可能会误动作。,解决措施：有些保护装置在计算低压侧电流时，可以自动的消除零序电流，例如PST1200U（标准化设计版）的低压侧电流采用：ia-ib、ib-ic、ic-ia。有些保护装置软件没有消除零序电流环节，所以只能将流变的二次回路接成型，起到外回路消除零序电流的作用。,二、500kV保护基本原理,76,5、瓦斯保护 瓦斯保护主要是反映变压器内部故障的保护，分为轻瓦斯保护：动作于信号；重瓦斯保护：动作于跳闸。国内外的瓦斯继电器结构并不相同，故而动作的条件也有区别。,二、500kV保护基本原理,77,（1）国外瓦斯继电器基本构造：,轻瓦斯的动作条件：变压器内部轻微故障产生气体迫使油面下降，从而轻瓦斯浮球下降，导致干簧接点动作。重瓦斯的动作条件：变压器内部轻微故障产生大量气体迫使油面一直下降，直到重瓦斯浮球也下降，导致干簧接点动作，或者变压器内部严重故障，产生油流冲击挡板，使得浮球下降，从而导致干簧接点动作。,二、500kV保护基本原理,78,（2）国内瓦斯继电器基本构造：,轻瓦斯的动作条件：变压器内部轻微故障产生气体迫使油面下降，从而轻瓦斯开口杯下降，导致干簧接点动作。重瓦斯的动作条件：变压器内部严重故障，产生油流冲击挡板，克服弹簧的制定力，从而导致干簧接点动作。,二、500kV保护基本原理,79,（3）总结,对于轻瓦斯而言，制动力是浮球或者开口杯的浮力。对于重瓦斯而言，国外产品的制动力是浮球的浮力，国内产品的制动力是弹簧的弹力。当变压器轻微匝间故障时，国外重瓦斯继电器可能会动作，而国产重瓦斯继电器不会动作。,二、500kV保护基本原理,80,休息十五分钟！,81,谢 谢！,