电力变压器的故障不正常运行状态及其相应的保护方式课件.ppt
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1、第九章 变压器保护,第一节 电力变压器的故障不正常运行状态及其相应的保护方式,.,第九章 变压器保护 第一节 电力变压器的故障不正常运,变压器的内部故障,油箱内故障,油箱外故障,绕组的相间短路,绕组的接地短路,绕组的匝间短路,铁心的烧损,套管和引出线上发生相间短路,套管和引出线上发生接地短路,.,变压器的内部故障油箱内故障油箱外故障绕组的相间短路绕组的接地,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励磁故障,变压器的不正常运行状态,由于变压器外部相间短路引起的过电流和外部接地短路引起的过电流和中性点过电压,由
2、于负荷超过额定容量引起的过负荷以及由于漏油等原因而引起的油面降低,.,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,变压器应装设下列保护:1、瓦斯保护 它反应油箱内部所产生的气体或油流而动作。 其中轻瓦斯保护动作于信号,重瓦斯保护动作于跳开变压器各电源侧的断路器。800kVA及以上的油浸式变压器和400kVA及以上的车间内油浸式变压器,对带负荷调压的油浸式变压器的调压装置,也应装设瓦斯保。,.,变压器应装设下列保护:.,2、纵差动保护或电流速断保护 纵差动保护适用于:并列运行的变压器,容量为6300kVA以上时;单独运行的变压器,容量为10000kVA以上时;发电厂厂用工作变压
3、器和工业企业中的重要变压器,容量为6300kVA以上时。 电流速断保护用于10000kVA以下的变压器,且其过电流保护的时限大于0.5s时。 对2000kVA以上的变压器,当电流速断保护的灵敏性不能满足要求时,也应装设纵差动保护。,.,2、纵差动保护或电流速断保护.,3、后备保护 1)过电流保护:一般用于降压变,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。 2)复合电压起动的过电流保护:一般用于升压变、联络变及过电流保护灵敏度不满足要求的降压变上。 3)负序电流及单相式低电压起动的过电流保护:一般用于容量为63MVA及以上的升压变压器。 4)阻抗保护:对于升压变压器和系统联络变压器,
4、当采用第2)、3)的保护不能满足灵敏性和选择性要求时,可采用阻抗保护。,.,3、后备保护.,4、外部接地短路时应采用的保护: 如变压器中性点接地运行,应装设零序电流保护。 对自耦变压器和高、中压侧中性点都直接接地的三绕组变压器,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的应根据具体情况,装设专用的保护装置,如零序过电压保护,中性点装放电间隙加零序电流保护等。,.,4、外部接地短路时应采用的保护:.,5、过负荷保护 对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,应根据可能过负荷的情况,装设过负荷保护。 过负荷保护接于一相电流上,并延时作于信号。对于
5、无经常值班人员的变电站,必要时过负荷保护可动作于自动减负荷或跳闸。,.,5、过负荷保护.,6、过励磁保护 为反应变压器因频率降低和电压升高而引起的过励磁,应装设过励磁保护。在变压器允许的过励磁范围内,保护作用于信号,当过励磁超过允许值时,可动作于跳闸。7、其它保护 对变压器温度及油箱内压力升高和冷却系统故障,应按现行变压器标准的要求,装设作用于信号或动作于跳闸的装置。,.,6、过励磁保护.,第九章 变压器保护,第二节 变压器的瓦斯保护,.,第九章 变压器保护 第二节 变压器的瓦斯保护 .,.,.,.,.,.,.,一、瓦斯保护的概念和作用:定义:安装:使顶盖沿瓦斯继电器方向与水平面保持1%1.5
6、%的升高坡度,且要求导油管具有不小于2% 4%的升高坡度。二、气体继电器的构造和工作原理 工作原理分析:1正常情况下:2当变压器内部发生轻微故障时:3当变压器内部发生严重故障时:,.,一、瓦斯保护的概念和作用:.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,1重瓦斯保护的出口中间继电器必须具有自保持: 因为重瓦斯反应油流流速的大小而动作,而油流的流速在故障过程中往往很不稳定,所以必须有自保持回路,以保证重瓦斯触点一经闭合,KOM即起动自保持,无论瓦斯继电器的触点是否重新打开,KOM一直将出口跳闸信号保持到断路器跳开。2切换片XB的作用:改变重瓦斯的出口方式。当变压器换油、气体继电器
7、试验、变压器新安装或大修后后投入运行之初,通过XB将保护换接于电阻R回路,以防重瓦斯保护误动作跳闸。,.,1重瓦斯保护的出口中间继电器必须具有自保持:.,3瓦斯保护动作后,应从瓦斯继电器上部排气口收集气体,进行分析。根据气体的数量、颜色、化学成分、可燃性等,判断保护动作的原因和故障的性质。4瓦斯保护能反应油箱内各种故障,且动作迅速、灵敏性高、接线简单,但不能反应油箱外的引出线和套管上的故障。,.,3瓦斯保护动作后,应从瓦斯继电器上部排气口收集气体,进行分,.,.,三、瓦斯保护的整定 轻瓦斯保护的动作值采用气体容积表示。通常气体容积的整定范围为250300mm2。对于容量在10WVA以上变压器多
8、采用250mm2 。气体容积的调整可以通过改变重锤位置来实现。 重瓦斯保护的动作值采用油流流速表示。一般整定范围在0.61.5m/s ,该流速指的是导油管中油流的速度。QJ1-80型气体继电器进行油流流速的调整时,可先松动调节螺杆14,再改变弹簧9的长度即可,一般整定在1m/s左右。,.,三、瓦斯保护的整定.,第 九 章 电力变压器保护,第三节 变压器的纵差动保护,.,第 九 章 电力变压器保护第三节 变压器的纵差动保护.,一、变压器差动保护的基本原理与接线图一) 接线图二)、基本原理1电流互感器的变比分别按变压器两侧的额定电流选择,即,流入差动继电器的电流为,2在正常运行及外部短路时: 因为
9、,.,一、变压器差动保护的基本原理与接线图流入差动继电器的电流为2,当正常运行或外部故障时,流入差动继电器的电流为:,3当变压器内部故障时,流入差动继电器的电流为:,为了保证动作的选择性,差动继电器的动作电流应按躲开外部短路时出现的最大不平衡电流来整定,即,.,当正常运行或外部故障时,流入差动继电器的电流为:,二、变压器纵差动保护的特点 变压器的纵差动保护在区外短路时的不平衡电流比线路纵差保护的不平衡电流大。 变压器差动保护还将面临励磁涌流的影响。,.,二、变压器纵差动保护的特点.,1励磁涌流的产生及特点 励磁涌流:变压器空载合闸或断开外部故障后,系统电压恢复时出现的励磁电流,其数值可达额定电
10、流的68倍。 产生的原因:是变压器铁心的严重饱和使励磁阻抗的大幅度降低。设铁心无剩磁情况下,于电压瞬时值为零时投入变压器,此时铁心中的磁通的变化及励磁涌流IM与磁通的关系如图所示。由图知,磁通滞后电压900。当电压瞬时值u=0时,磁通 。由于变压器铁心中的磁通不能突变,因而铁心中出现非周期分量磁通 ,其幅值为+ 。若忽略非周,.,1励磁涌流的产生及特点.,期分量磁通 的衰减,则半周期后,总磁通的幅值为 ,铁心严重饱和。,.,期分量磁通 的衰减,则半周期后,总磁通的幅值为,.,.,.,.,表9-1 励磁涌流实验数据举例,.,表9-1 励磁涌流实验数据举例条件 谐波分量占基,励磁涌流的特点:其最大
11、值很大,可达额定电流的68倍。其波形有间断角(削去负波后)。其波形偏向时间轴一侧,因此含有大量的直流分量(约占基波80%)及高次谐波分量,其中以2次谐波分量所占比例最大(约占基波20%)。2减小励磁涌流的措施采用具有速饱和变流器的差动继电器。利用间断角原理构成的变压器差动保护 采用二次谐波制动的差动继电器。,.,励磁涌流的特点:.,2、不平衡电流产生的原因及解决方法1)稳态不平衡电流1变压器两侧电流相位不同 电力变压器广泛采用Y-11接线方式。 正常情况下,变压器两侧TA相位不同,Y侧电流滞后侧电流300,所以会产生不平衡电流。,.,2、不平衡电流产生的原因及解决方法.,.,.,2)TA的实际
12、变比与计算变比不等产生的不平衡电流例如:一台额定容量为31.5MVA的变压器,变比为115/10.5,Y-11接线,其两侧电流互感器的不平衡电流为,3)由TA型号不同引起的不平衡电流4)由于变压器调压分接头改变引起的不平衡电流,.,2)TA的实际变比与计算变比不等产生的不平衡电流3)由T,.,电压侧115KV(Y)10.5KV()额定电流(A),2、暂态不平衡电流,因在暂态过程中,一次侧的短路电流含有非周期分量,它对时间的变化率很小,很难转换到二次侧,而主要成为励磁电流。,使铁芯更加饱和,TA误差更大。,.,2、暂态不平衡电流因在暂态过程中,一次侧的短路电流含有,其特点: 暂态不平衡电流含有大
13、量的非周期分量,偏离时间轴的一侧。 暂态不平衡电流最大值出现的时间滞后一次侧最大电流的时间。 根据此特点靠保护的延时来躲过其暂态不平衡电流必然影响保护的快速性,甚至使变压器差动保护不能接受。,.,其特点:.,三、减小不平衡电流的措施 1、减小稳态情况下的不平衡电流 变压器差动保护各侧用的TA,选用专用的D级TA。2、减小TA的二次负荷 常用办法有:减小控制电缆的电阻(适当增大导线截面,尽量缩短控制电缆长度);采用弱电控制用的TA(二次额定电流为lA)等。3、采用带小气隙的TA 这种TA铁芯的剩磁较小,在一次侧电流较大的情况下,TA不容易饱和,因而励磁电流较小,有利于减小不平衡电流。同时也改善了
14、TA的暂态特性。,.,三、减小不平衡电流的措施 .,4变压器两侧电流相位不同引起的不平衡电流用相位补偿法 将变压器Y侧的TA二次绕组接成,而将变压器侧的TA二次绕组接成Y,以补偿300的相位差。同时,为使正常情况下,每相两臂中的电流大小相等,其电流互感器的变比应增大 倍,即,变压器侧的电流互感器的变比为,.,4变压器两侧电流相位不同引起的不平衡电流用相位补偿法变压器,在微机保护中通过软件对相位进行校正,.,在微机保护中通过软件对相位进行校正 .,.,.,5、TA的实际变比与计算变比不等产生的不平衡电流采用数值补偿法,.,5、TA的实际变比与计算变比不等产生的不平衡电流采用数值补偿,1)利用自耦
15、变流器消除这一不平衡电流 自耦变流器接在互感器二次电流小的这一侧,见图(a)2)采用平衡绕组来补偿。 图b中,适当选择差动线圈 、平衡线圈 的匝数,使得,使得差动继电器中的电流为0,补偿不平衡电流。,3)在变压器微机保护的软件中采用补偿系数使差动回路的不平衡电流为最小。,.,1)利用自耦变流器消除这一不平衡电流使得差动继电器中的电流为,6、由TA型号不同引起的不平衡电流采用方法:在整定计算中引入一个同型系数KSS,型号相同时取0.5,型号不同时取1。7、由于变压器调压分接头改变引起的不平衡电流采用方法:在整定计算中加以考虑。 变压器纵差动保护整定时应躲开的最大不平衡电流为:,一般取1.31.5
16、,取为1,取调压范围的一半,初算时取0.05,.,6、由TA型号不同引起的不平衡电流采用方法:在整定计算中引入,8、减小暂态过程中非周期分量电流的影响 差动保护用的中间变流器,具有速饱和特性。但差动保护的动作速度减缓(约12周波),直到非周期分量衰减幅度较大后才能正确动作。,或可选用带制动特性的差动继电器或间断角原理的差动继电器等方法来解决暂态过程中非周期分量电流的影响问题。,.,8、减小暂态过程中非周期分量电流的影响 或可选用带制动特性的,三、采用BCH型差动继电器构成的差动保护 1、 采用BCH-2差动继电器构成的差动保护BCH-2型差动继电器的构造及工作原理速饱和变流器的铁心:SB=2S
17、C=2SA原理: 在C柱中的磁通有 、 、 ,而 的方向与 方向相反,起去磁作用; 的方向与 相同,起助磁作用。所以C柱中总的磁通,.,三、采用BCH型差动继电器构成的差动保护 .,.,.,短路线圈的作用内部接线见图913示。(1)短路线圈开路 无短路线圈产生的磁通,即为普通带速饱和变流器的差动继电器。(2)接入短路线圈后 如NOP通入周期分量电流,且保持2NK1=NK2(只要采用标号相同字母的抽头相连),则 ,即短路线圈产生的助样作,.,短路线圈的作用.,用与去磁作用相等,相当于短路线圈不起作用。继电器的动作磁势与无短路线圈时相同。 如单独增大NK2的匝数,即增长率NK2/NK1的比值时,由
18、于助磁作用加强,将使 增大,而电流继电器的动作电流是不变的,此时继电器动作,所需 将减小(即 安匝)。反之,如单独增大NK1的匝数,动作磁势将大于60安匝。 如Nop通入含有直流分量的电流,直流分量电流使铁心饱和,使变流器的传变性能变坏,二次线圈中的感应电势减小,而短路线圈将使二次线圈的感应电势进一步减小。,.,用与去磁作用相等,相当于短路线圈不起作用。继电器的动作磁势与,当铁心饱和后,增加NK1、NK2的匝数,尽管还保持2NK1=NK2,但将使短路线圈磁势增大,因此躲开非周期分量的能力也就加强。,.,当铁心饱和后,增加NK1、NK2的匝数,尽管还保,所以NK1、NK2匝数的选择应按下列条件来
19、选: 对小型变压器,由于励磁涌流倍数大,而内部故障时非周期分量衰减较快,同时对保护动作时间要求较低,故一般选用较大匝数,如C1C2,D1D2。,对中型变压器,由于励磁涌流倍数小,非周期分量衰减慢,要求保护动作时间短,故一般选用较小匝数,如A1A2,B1B2。,.,所以NK1、NK2匝数的选择应按下列条件来选: 对中型变,BCH-2型差动继电器中各线圈的作用如下:a、差动线圈与TA二次回路相连,产生差动磁通。b、平衡线圈是补偿由于变压器两侧TA计算变比与实际变比不同所产生的不平衡电流。c、短路线圈的作用是加强直流分量的助磁作用,提高了继电器躲避非周期分量的能力。d、二次线圈的作用是产生二次电势,
20、使执行元件励磁。,.,BCH-2型差动继电器中各线圈的作用如下:.,(2)采用BCH-2型差动继电器构成的差动保护的接线,.,(2)采用BCH-2型差动继电器构成的差动保护的接线.,2由BCH-1型差动继电器构成的纵差动保护,.,2由BCH-1型差动继电器构成的纵差动保护.,差动磁通在两部分二次线圈N2中单独感应的电势大小相等、方向相同。因此,NOP与Nbal1、Nbal2之间有互感作用,在通入差动回路的电流达到起动值时能使继电器动作。 制动磁通brk由两边柱构成闭合回路,因此,Nbrk与NOP、Nbal1、Nbal2之间无互感作用。 而brk在二次线圈中感应的电势大小相等,方向相反而相互抵消
21、,因此,Nbrk与N2之间无互感作用。 当不考虑制动线圈的作用,差动线圈与二次线圈之间相当与一个速饱和变流器,因此,它可以消除不平衡电流和励磁涌流中的非周期分量的影响,.,差动磁通在两部分二次线圈N2中单独感应的电势大小相,2) 继电器的工作原理 继电器的起动电流当制动线圈中无电流时,差动线圈中通入IK.acto,由此电流产生的磁通在二次线圈中感应一定的电势E20,它刚好使继电器的执行元件动作。 当Nbrk中有电流时,它将在铁芯的两边柱上产生磁通brk使铁芯饱和,至使导磁率下降。从而削弱了NOP中周期分量向N2的传变。此时必须增加NOP中的电流才能使线圈N2中感应的电势E20,使继电器的执行元
22、件动作。 结论:继电器的起动电流是随着制动电流的增大,.,2) 继电器的工作原理.,而增大。 制动特性曲线继电器起动电流IK.acto与制动电流Ibrk的关系,即IK.acto=f(Ibrk),称为制动特性曲线。,对于多侧电源的变压器区内故障时,如制动曲线过于上翘,可能出现继电器拒动。,.,而增大。 对于多侧电源的变压器区内故障时,如制动曲线过于,制动系数从原点到制动特性曲线的切线与横坐标轴的夹角为,tg称为制动系数。 为保证内部故障时继电器可靠动作,制动系数一般不超过0.50.6。 接线: 3)具有制动特性的BCH-1型继电器提高内部故障的灵敏度分析 单电源变压器内部短路制动线圈Nbrk无电
23、流,继电器的起动电流如图9-19中的IK.acto 。 变压器内部短路,假定两侧电源供给的短路,.,制动系数从原点到制动特性曲线的切线与横坐标轴的夹,.,.,电流相等,制动线圈曲线Nbrk的电流为差动线圈的一半,即 ,其关系如图9-19曲线4。,单电源变压器内部故障且制动线圈与差动线圈的电流相同,这是最不利的情况。关系曲线如图9-19的直线5所示。,.,电流相等,制动线圈曲线Nbrk的电流为差动线圈的一半,即,制动线圈究竟接在哪一侧,确定的原则是: 区外故障时,制动作用应最大,使继电器可靠不动作;区内故障时,制动作用最小,使继电器动作最灵敏。 在双绕组变差动保护中:制动线圈应接在无电源或大电源
24、的一侧。 对于单侧电源的三绕组变:制动线圈应接在区外短路时流过最大穿越性短路电流的一侧。当两受电侧保护区外短路时,短路电流相差不大且有利于提高灵敏度时,将制动线圈接于电源侧。,.,制动线圈究竟接在哪一侧,确定的原则是:., 对于双侧电源的三绕组变:制动线圈应接于无电源一侧。 对于三侧有电源的三绕组变:制动线圈应接于穿越性短路电流最大的一侧。BCH-1型和BCH-2型的比较: 共同点是:它们都带有速饱和变流器,都具有躲过非周期分量的励磁涌流的能力;差动范围内故障时,保护都将延时动作;执行元件均采用DL-11/0.2型继电器。,., 对于双侧电源的三绕组变:制动线圈应接于无电源一侧。.,不同点在于
25、:BCH-2型继电器,由于有短路线圈的作用,故其躲过变压器励磁涌流的能力优于BCH-1型继电器。BCH-1型继电器具有制动特性,故其躲过外部短路时不平衡电流的能力优于BCH-2型继电器。四、纵联差动保护的整定计算原则和步骤 1、选择电流互感器的变比,计算变压器额定运行时差动臂上的电流,并取其中电流较大的一侧为基本侧。计算方法见表9-2 2、计算变压器外部短路时的最大短路电流(归算至基本侧),.,不同点在于:.,3、 按下述三个条件确定保护装置的起动电流 1)躲过变压器空载合闸或外部短路切除后电压恢复时的励磁涌流,取1.3,2) 考虑电流互感器二次回路断线,应躲过变压器正常运行情况下的最 大负荷
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