电力变压器的故障不正常运行状态及其相应的保护方式.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,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,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,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

2、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。,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

3、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，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。,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

4、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。,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。,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

5、跳闸的装置。,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%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：,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

6、：改变重瓦斯的出口方式。当变压器换油、气体继电器试验、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。,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。,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

7、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。,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,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

8、平衡电流来整定，即,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。,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,期分量磁

9、通 的衰减，则半周期后，总磁通的幅值为，铁心严重饱和。,表9-1 励磁涌流实验数据举例,励磁涌流的特点：其最大值很大，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。,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

10、会产生不平衡电流。,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、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。,其特点：暂态不平衡电流含有大量的非周期分量，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

11、快速性，甚至使变压器差动保护不能接受。,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TA的暂态特性。,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

12、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,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,1）利用自耦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。,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。

13、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,取为1,取调压范围的一半,初算时取0.05,8、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。,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：

14、SB=2SC=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,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,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

15、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。,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。,所以NK1、NK2匝数的选择应按下列条件来选：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

16、间短，故一般选用较小匝数，如A1A2，B1B2。,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，使执行元件励磁。,（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,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

17、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，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,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NO

18、P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，使继电器的执行元件动作。结论：继电器的起动电流是随着制动电流的增大,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。,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

19、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,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。,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

20、于提高灵敏度时，将制动线圈接于电源侧。,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。,不同点在于：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

21、，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),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 大负荷电流,取1.3,3)躲过外部短路时的最大不平衡电流,取1.3,取1,取0.1,由于采用的辅助互感器变比或平衡线圈的匝数与计算值不同时所引起的相对误差。由于在计算动作电流时，还不能确定，所以可采用中间值0.05,根据以上计算结果，其中最大值为基本侧起动电流的一次计算值,(4

22、)确定基本侧线圈匝数 基本侧继电器起动电流的计算值,基本侧继电器工作线圈匝数,取60安匝,根据继电器线圈实有抽头情况，先选取差动线圈Ld.z，然后选取基本侧平衡线圈Lbal.jb.z，使基本侧实际工作线圈LG.z=Ld.z+Lbal.jb.z。为了保证选择性，LG.z应比基本侧继电器工作线圈计算匝数小而接近。,继电器和保护装置的实际动作电流为,（5）确定非基本侧平衡线圈匝数 根据变压器在额定运行时，继电器内部的磁势平衡条件，可求得非基本侧平衡线圈的匝数，即,选用接近的整匝数作为非基本侧平衡线圈的实际匝数,非基本侧工作线圈的实际匝数为,(6)校验相对误差继电器工作线圈实际匝数与计算匝数不完全相等

23、，产生相对误差，即,若 符合初步假设条件，则不必进行重复计算。若 时，则应将 的实际值代入(9-19)式，重新计算动作电流及各线圈匝数。,（7）短路线圈抽头的确定 对中小容量变压器可取较多的匝数，如选用CC或D一D抽头，对大容量变压器可取较少的匝数，如选用AA或B一B抽头。所选抽头是否合适，应通过变压器空载投入试验确定。(8)保护装置的灵敏度校验 按下式计算灵敏系数,2,第 九 章 电力变压器保护,第四节 变压器相间短路的后备保护及过负荷保护,变压器相间短路的后备保护：既是变压器主保护的后备保护，又是相邻母线或线路的后备保护。形式：过电流保护、低电压起动的过电流保护、复合电压起动的过电流保护或

24、负序电流保护等。一、过电流保护（图920）动作电流的整定：按躲过变压器的最大负荷电流整定。,取1.21.3,变压器的最大负荷电流应按下列情况考虑：1）对并联运行的变压器，应考虑切除一台变压器后的负荷电流。当各台变压器的容量相同时，可按下式计算：2）对降压变压器，应考虑负荷中电动机自起动时的最大电流，即：自起动系数；对110KV降压变电站的610KV侧，取1.52.5；35KV侧，取1.52.0。,并联运行变压器的最少台数,远后备保护：取相邻线路末端为校验点，要求,近后备保护：取变压器低压侧母线为校验点，要求,灵敏系数的校验：,保护的动作时限应比相邻元件保护的最大动作时限大一个阶梯时限。,二、低

25、电压起动的过电流保护（图921）KA的动作电流：按躲过变压器的额定电流整定，即：KV的动作电压：按躲过正常运行时最低工作电压整定。一般取。电压元件的灵敏系数的校验：,对升压变压器，如低电压继电器只接在一侧电压互感器上，则当另一侧短路时，灵敏度往往不能满足要求可采用两套低电压继电器分别接在变压器高、低压侧的电压互感器上，并将其触点并联，以提高灵敏度。为防止电压互感器二次回路断线后保护误动作，设置了中间继电器KM当电压互感器二次回路断线时，低电压继电器动作，起动中间继电器，发出电压回路断线信号。,三、复合电压起动的过电流保护（图922）适用场合：一般用于升压变压器或过电流保护灵敏度达不到要求的降压

26、变压器上，适用于大多数中、小型变压器。组成：1）电流元件。2）电压元件。3）时间元件。工作原理：发生不对称短路时：发生三相对称短路时：,负序电压继电器的动作电压：按躲开正常运行情况下负序电压滤过器输出的最大不平衡电压整定。据运行经验，取,此保护的优点：1因KVN的整定值较小，因此对于不对称短路，其灵敏度较高。2对于对称短路，KV在KVN触点断开后起动，负序电压消失后，使KV接入电压Uac，Uac只要能维持KV不返回，即可使保护动作。而KV的返回电压为其起动电压的1.151.2倍，因此，电压元件的灵敏性可提,高1.151.2倍。3由于保护反应负序电压，因此对于变压器后的不对称短路，与变压器的接线

27、方式无关。四、负序过电流保护 如图9-23所示 组成：由KKA和负序电流滤过器ZAN、低电压启动的过电流保护三部分组成。负序电流保护的起动电流按以下条件选择：(1)躲开变压器正常运行时负序电流滤过器出口的最大不平衡电流，其值一般为,(2)躲开线路一相断线时引起的负序电流。(3)与相邻元件上的负序电流保护在灵敏度上配合。实用上允许根据下列原则进行简化计算(1)当相邻元件后备保护对其末端短路具有足够的灵敏度时，变压器负序电流保护可以不与这些元件后备保护在灵敏度上相配合。(2)进行灵敏度配合计算时，允许只考虑主要运行方式。(3)在大接地电流系统中，允许只按常见的接地故障进行灵敏度配合，例如只与相邻线

28、路零序电流保护相配合。,为简化计算，可暂取,校验保护的灵敏度,负序电流保护优点：灵敏度较高，且在Y，d11接线变压器的另一侧不对称短路时，灵敏度不受影响，接线也较简单。缺点：整定计算比较复杂，所以通常在63MVA及以上容量的升压变压器和系统联络变压器上应用。,五、过负荷保护 装设单相过负荷保护，反应变压器对称过负荷引起的过电流。保护只用一个电流继电器，接于任一相电流中，经延时动作于信号。过负荷保护的安装侧，应根据保护能反映变压器各侧绕组可能过负荷情况来选择：(1)对双绕组升压变压器，装于发电机电压侧。(2)对一侧无电源的三绕组升压变压器，装于发电机电压侧和无电源侧。,(3)对三侧有电源的三绕组

29、升压变压器，三侧均应装设。(4)对于双绕组降压变压器，装于高压侧。(5)仅一侧电源的三绕组降压变压器，若三侧绕组的容量相等，只装于电源侧；若三侧绕组的容量不等，则装于电源侧及绕组容量较小侧。(6)对两侧有电源的三绕组降压变压器，三侧均应装设。过负荷保护的动作电流，应按躲开变压器的额定电流整定，即,取1.05,为了防止过负荷保护在外部短路时误动作，其时限应比变压器的后备保护动作时限大一个t。一般取510秒。,第 九 章 电力变压器保护,第五节 变压器零序电流、电压保护,中性点接地的要求：只有一台变压器的升压变电所，变压器采用中性点直接接地的运行方式。有若干台变压器并列运行的变电所，则采用一部分变

30、压器中性点接地运行的方式。对于220KV及以上的大型变压器，高压绕组一般采用分级绝缘：绝缘水平低的中性点必须直接接地运行；绝缘水平高的中性点可直接接地，也可在系统中不失去接地点的情况下不接地运行。,一、中性点直接接地变压器的零序电流保护 1、零序电流保护的配置,零序段：作为变压器及母线的接地故障后备保护，其动作电流和延时应与相邻元件单相接地保护段相配合,零序段：作为引出线接地故障的后备保护，其动作电流和延时应与附近元件接地后备段配合。,通常t3应比相邻元件零序保护后备段大一个延时t，以t4=t3+t延时动作于断开变压器QF。,2、零序电流保护的整定计算 零序I段动作电流与相邻元件零序电流I段相

31、配合,配合系数，取1.11.2,零序电流段的动作时限为,零序电流段的起动电流按与相邻元件零序后备保护动作电流配合整定，即,零序电流段的动作时限为,二、中性点可能接地或不接地运行时变压器的零序电流电压保护1、全绝缘变压器 动作结果：在系统发生接地故障时，允许后断开中性点不接地运行的变压器。,零序电压元件的动作电压：应按躲过在部分接地的电网中发生接地短路时保护安装处可能出现的最大零序电压整定。,一般取t5=0.30.5s。,2、分级绝缘变压器 放电间隙的设置目的：是当发生冲击电压和工频过电压时，用它们来保护变压器中性点的绝缘。零序电流电压保护：任务是及时切除变压器，防止间隙长时间放电，并作为放电间

32、隙拒动的后备。反应间隙放电电流的零序电流保护和一套零序电压保护：作为变压器中性点不接地运行时的保护。其中零序电压保护作为间隙放电电流保护的后备。,动作情况：首先切除中性点接地的变压器，然后根据故障实际情况再切除中性点不接地变压器。,延时0.30.5S,零序电压元件的起动电压，应低于变压器中性点工频耐受电压（1.8为暂态系数），即,取0.9,起动电压还应躲过电网存在中性点的情况下单相接地短路时的最大零序电压，即,在工程上,放电间隙零序电流保护的起动电流：根据间隙击穿电流的经验数据整定，一般一次值为100A。注意：放电间隙的击穿电压受众多因素的影响，可能动作特性不甚稳定，如果放电间隙拒动，变压器完

33、全靠零序过电压保护，后者有0.5S左右延时，因此变压器中性点可能在0.5S期间承受内部过电压，对于间歇性弧光接地故障，此内部过电压值可达相电压的33.5倍，有可能损坏变压器绝缘。若变压器中性点只装避雷器，不装设放电间隙时，对于冲击过电压，用避雷器可保护变压器中性,点绝缘。但是，当单相接地且电网失去中性点接地时，在弧光接地或断路器非同期跳合闸等原因引起工频过电压作用下，避雷器放电后将不能灭弧以至自身难保，因而不能保证变压器中性点绝缘。此时，变压器零序保护的任务是设法防止电网失去接地的中性点，即当发生接地短路后，必须先切除中性点不接地运行的变压器，后切除中性点接地运行的变压器。,第 九 章 电力变

34、压器保护,第六节 变压器微机保护的配置,一、电力变压器微机保护的配置1、中、低压变电所主变压器的保护配置A.主保护配置(1)比率制动式差动保护：中、低压变电所主变容量不会很大，通常采用二次谐波闭锁原理的比率制动式差动保护。(2)差动速断保护(3)本体主保护：本体重瓦斯、有载调压重瓦斯和压力释放。,B.后备保护配置 主变后备保护均按侧配置，各侧后备保护之间、各侧后备保护与主保护之间软件硬件均相互独立。C.小电流接地系统变压器后备保护的配置 1)三段复合电压闭锁方向过流保护：I段动作跳本侧分段断路器，段动作跳本侧断路器段动作全跳三侧。2)三段过负荷保护：I段发信，段起动风冷，段闭锁有载调压。,3)

35、冷控失电，主变过温告警(或跳闸)4)TV断线告警或闭锁保护D大电流接地系统变压器后备保护的配置 1)中性点直接接地运行，配置二段式零序过流保护。2)中性点可能接地或不接地运行，配置一段两时限零序无流闭锁零序过压保护。3)中性点经放电间隙接地运行，配置一段两时限式间隙零序过流保护。对于双圈变压器，后备保护可以只配置一套，,装于降压变的高压侧(或升压变的低压侧)；对于三圈变压器，后备保护可以配置两套：一套装于高压侧作为变压器本身的后备保护，另一套装于中压或低压的电源一侧，并只作为相邻元件的近后备保护，而不作变压器本身的后备保护。2、高压、超高压变电所主变的保护配置A.主保护配置 1)比率制动式差动

36、保护：除采用二次谐波闭锁原理外，还可以采用波形鉴别闭锁原理或对称识别原理克服励磁涌流误动。,2)工频变化量比率差动保护 3)差动速断保护 4)本体主保护：本体重瓦斯，有载调压重瓦斯和压力释放。B.后备保护配置 1)相间阻抗保护，方向阻抗元件带3的偏移度。2)二段零序方向过流保护 3)反时限过激磁保护 4)过负荷报警,第 九 章 电力变压器保护,第七节 比率制动式差动保护原理,一、变压器微机保护的电流平衡调节1、电流互感器的接线原则 消除变压器接线组别不同产生的不平衡电流通过软件来实现，允许变压器各侧TA二次都按Y型接线在进行差动计算时由软件对变压器Y型侧电流进行相位校准和电流补偿。,（2）电流

37、平衡的调整系数 进行相位补偿后，由于各侧一次额定电流不等及各侧TA接差动回路的变比不等，还必须对各侧计算电流进行平衡调整，才能消除不平衡电流对变压器差动保护的影响。方法：引入电流平衡调整系数Kb，将Kb值当作定值送入微机保护，由软件实现电流自动平衡调整，消除不平衡电流影响。计算变压器各侧的一次额定电流,计算变压器各侧电流互感器二次计算电流,Y侧 三角型侧,计算电流平衡调整系数Kb 首先规定变压器高压侧的二次计算电流 为基准值，然后对其他各侧的TA变比进行计算调整。以双卷变压器为例，每相差动回路的电流为,高压侧的平衡系数,低压侧的平衡系数,对于三卷变压器，中压侧的平衡系数根据,二、和差式比率制动

38、的差动保护原理 1、和差式比率制动的动作判据,以流入变压器的电流方向为正方向，差动电流,制动电流,差动保护起动必须使Id为大于一个起动定值IK.act.0差动保护动作的第一判据应是满足式,制动比率系数,是一个变量，要求在区内故障时大于固定的整定值，保护可靠动作。而在外部故障时却小于该整定值，使保护可靠地不动作,即要求满足如下判据,用Id来替换IK.act，并在内部故障时能满足：保护可靠动作；外部故障时：保护可靠不动作。,微机型差动保护动作的第二判据可表示为,2、比率制动特性的整定（1）最小起动电流,取1.31.5,取调压范围的一半,由于数值补偿不完全产生的误差，在微机保护中,一般情况下,（2）

39、拐点制动电流 可选取,（3）最大制动系数 和制动特性斜率S,或,取0.1,最大制动系数,对于双绕组护,一般D取0.30.5,比率制动特性的斜率S,当 和,得,（4）内部故障灵敏度校验 在系统最小运行方式下，计算变压器出口金属性短路的最小短路电流Ik.min（周期分量），同时计算相应的制动电流Ibrk，由相应的比率制动特性查出对应于Ibrk的起动电流Iact则灵敏系数,对于三绕组变压器的差动电流为,在有的变压器差动保护直接取三侧中最大电流为制动电流，即,最大不平衡电流的计算公式如下：,而,3、二次谐波制动原理 利用差电流中二次谐波所占的比率作为制动系数，可以鉴别变压器空载合闸时的励磁涌流，从而防

40、止变压器空载合闸时保护的误动。在差动保护中差电流的二次谐波幅值用Id2表示，差电流Id中二次谐波所占的比率K2可表示为如下式,如K2D3(二次谐波制动定值)有励磁涌流 K2D3，且满足比率差动其他判据时才允许保护动作。,比率差动保护的第三判据应满足下式,二次谐波制动系数D3，有0.15、0.2、0.25三种系数可选。根据变压器动态试验，典型取值为0.15一般不宜低于0.15。4、差动速断保护 引入原因：在严重内部故障时，短路电流很大，TA严重饱和使交流暂态传变严重恶化，TA的二次侧基波电流为零，高次谐波分量增大，反应二次谐波的判据误将比率制动原理的差动保护闭琐，无法反应区内短路故障，只有当暂态

41、过程经一定时间TA退出暂态饱,和比率制动原理的差动保护才动作，从而影响了比率差动保护的快速动作。所以变压器比率制动原理的差动保护还应配有差动速断保护，作为辅助保护以加快保护在内部严重故障时的动作速度。差动速断保护是差动电流过电流瞬时速动保护。差动速断的整定值按躲过最大不平衡电流和励磁涌流来整定，动作判据式为,5、变压器比率差动保护程序逻辑框图,第 九 章 电力变压器保护,第八节 工频变化量比率制动差动保护,一、工频变化量比率差动保护的动作方程,差动回路工频变化量,制动回路的工频变化量,浮动门槛，随变化量输出增大而自动增大，取1.25倍可保证门槛电压始终高于不平衡输出，保证在系统振荡和频率偏移情

42、况下，保护不误动,固定门槛值,图 9-34 工频变化量比率差动保护动作特性,二、工频保护量比率差动的逻辑框图,第 九 章 电力变压器保护,第九节 变压器本体主保护,变压器本体主保护有三个：本体重瓦斯、有载调压重瓦斯和压力释放。三个本体保护均按开关量光隔输入的方法引入微机保护的输入端来实现保护的出口重动与发信，有的变压器微机保护的本体保护中不含轻瓦斯保护，所以仅需发信的轻瓦斯(本体轻瓦斯和有载调压轻瓦斯)仅作为遥信开关量，由微机监控系统或者远动RTU采集。,第 九 章 电力变压器保护,第十节 主变后备保护,一、相间阻抗保护 可通过整定值选择采用方向阻抗圆、偏移阻抗圆或全阻抗圆。当某段阻抗反向定值

43、整定为零时，选择方向阻抗圆；当某段阻抗正向定值大于反向定值时，选择偏移阻抗圆；当某段阻抗正向定值与反向定值整定为相等时，选择全阻抗圆。阻抗元件的灵敏角。,阻抗保护的方向指向由整定值整定实现，一般正方向指向主变，TV断线时自动退出阻抗保护。1、阻抗元件的比相方程,阻抗保护的起动元件采用相间电流工频变化量起动，开放500ms，开放期间若阻抗元件动作则保持。起动元件的动作方程为：,Idt浮动门槛，随变化量输出增大而自动增大，取1.25倍可保证门槛电压始终高于不平衡输出，保证在系统振荡和频率偏移情况下，保护不误动。当相间电流的工频变化量大于0.3INT时起动元件动作。当变压器高压侧TV断线时，自动退出

44、阻抗保护。(2)相间阻抗保护逻辑框图,二、复合电压闭锁过电流保护1、复合电压元件 由相间低电压和负序电压或门构成，有两个控制字(即过流段经复压闭锁，过流段经复压闭锁)来控制过流段和过流段经复合电压闭锁。当过流经复压闭锁控制字为“1”时，表示本段过流保护经过复合电压闭锁。经低压侧复合电压闭锁：控制字“经低压侧复合电压闭锁”置“1”，过流保护不但经主变高压侧复合电压闭锁，而且还经低压侧发电机机端复合电压闭锁。,2、电流记忆功能 对于自并励发电机，在短路故障后电流衰减变小，故障电流在过流保护动作出口前可能已小于过流定值，因此，复合电压闭锁过流保护起动后，过流元件需带记忆功能，使保护能可靠动作出口。控

45、制字“电流记忆功能”在保护装置用于自并励发电机时置“1”。,三、复合电压闭锁方向过流保护1、方向元件：方向元件采用正序电压，并带有记忆，近处三相短路时方向元件无死区。接线方式为零度接线方式。正极性端应在母线侧。后备保护分别设有控制字“过流方向指向”来控制过流保护各段的方向指向。当“过流方向指向”控制字为“0”时，表示方向指向变压器，灵敏角为450；当“过流方向指向”控制字为“1”时，方向指向系统，灵敏角为2250。,控制字“过流经方向闭锁”来控制过流保护各段是否经方向闭锁。当“过流经方向闭锁”控制字为“1”时，表示本段过流保护经过方向闭锁。,选00接线且电压用正序电压，当电流极性指向变压器，方

46、向元件也指向变压器时，方向元件的灵敏角为450。,图（a）：假定短路阻抗角为750，AB相间故障时，A相元件能最灵敏的反应AB故障。,(a),(b),(c),图（b）：当三相故障时，滞后 短路阻抗角，假定短路阻抗角为750时，距最灵敏线差假定短路阻抗角300。图（c）：当CA相故障时，假定短路阻抗角750时，距最灵敏线差600，但C相元件最灵敏。,2、方向元件的记忆功能 在起动元件动作后，进入故障程序，当U10.1UN，方向元件用当前点的正序电压；当U10，方向元件动作后切换为用U1m+0.04UN保证可靠动作；若i(k)0，方向元件不动作，切换为用U1m-0.04UN保证可靠不动作。此时若i

47、(k)0，方向元件动作后切换为用U1m-0.04UN保证可靠动作；若但方向元件不动作，方向元件不动作，切换为U1m+0.04UN，保证可靠不动作，这种切换一直保持至整组复归。可以从本侧TV获得电压量。,四、零序过流保护零序过流保护可选择是否经零序电压闭琐。为防止涌 流时零序电流保护误动，零序电流段也可经谐波 闭琐。零序段一般不 经谐波闭琐。,五、零序方向过流保护 通过整定控制字可控制各段零序过流是否经方向闭锁，是否经零序电压闭锁，是否经谐波闭锁，是否投入。1、方向元件所采用的零序电流 装置设有“零序方向判别用自产零序电流”控制字来选择方向元件所采用的零序电流。若“零序方向判别用自产零序电流”控

48、制字为“1”，方向元件所采用的零序电流是自产零序电流；若“零序方向判别用自产零序电流”控制字为“0”，方向元件所采用的零序电流为外接零序电流。,2、方向元件 装置分别设有“零序方向指向”控制字来控制零序过流各段的方向指向。当“零序方向指向”控制字为“1”时，方向指向主变压器，方向灵敏角为2250；当“零序方向指向”控制字为“0”时，表示方向指向系统，方向灵敏角为750。同时装置分别设有“零序过流经方向闭锁”控制字来控制零序过流各段是否经方向闭锁。当“零序过流经方向闭锁”控制字为“1”时，本段零序过流保护经过方向闭锁。,六、间隙零序过流过压保护 零序过压保护作为主变压器中性点不接地或经间隙接地运行时的后备保护。装置设有一段两时限零序过电压保护和一段两时限间隙零序过流保护。考虑到在间隙击穿过程中，零序过流和零序过压的交替出现，一旦零序过压或零序过流元件动作后装置就相互展宽，使保护可靠动作。,七、其它异常保护 主变高压侧后备保护有过负荷报警、起动风冷、闭锁有载调压。过负荷报警和起动风冷可分别通过整定控制字来控制其投退。起动风冷动作后输出两付常开接点，闭锁有载调压动作后输出一付常开一付长闭接点。,