电力变压器保护Word文档格式.docx

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三、相间短路的后备保护

过电流保护宜用于降压变压器，复合电压起动的过电流保护宜用升压变压器，系统联络变压器和采用过电流保护不满足灵敏度要求的降压变压器，63MVA及以上的升压变压器，采用负序电流保护及单相式低电压起动的过电流保护对于大型升压变压器或系统联络变压器，为满足灵敏度要求，可采用阻抗保护

用来防御外部相间短路引起的过电流，并作为瓦斯保护和纵差动保护（或电流速断保护）的后备.保护延时动作于跳开断路器

四、零序保护

若变压器中性点采用直接接地的运行方式时，其接地保护一般采用零序电流保护。

若110kV及以上中性点接地电网中，低压侧有电源的变压器中性点可能接地运行或不接地运行时，应装设零序电流电压保护。

对中性点直接接地电网中的变压器，在其高压侧装设零序保护（又叫接地保护），用来反应接地故障，并作为变压器的主保护和相邻元件接地保护的后备保护。

零序保护延时动作于跳开断路器。

五、过负荷保护

对于0.4MVA及以上的变压器，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，应根据过负荷的情况装设过负荷保护。

对于自耦变压器或多绕组变压器，保护装置应能反应变压器各侧绕组可能的过负荷情况。

过负荷保护经延时动作于信号。

六、过励磁保护

大型变压器铁芯的额定工作磁密与饱和磁密接近。

当电压升高或频率降低时，工作磁密增加，使励磁电流增加。

特别是铁心饱和之后，励磁电流急剧增大，造成过励磁，将使变压器温度升高而遭受损坏，所以应装设过励磁保护。

对于大型变压器应装设过励磁保护，按其过励磁的严重程度，保护装置动作于信号或跳开断路器。

1.2变压器瓦斯保护

1.2.1瓦斯保护

概念：

当油浸式变压器油箱内部发生故障时，由于故障点电流和电弧的作用，使变压器油及其他绝缘材料分解，产生气体，它们将从油箱流向油枕。

故障程度越严重，产生气体越多；

流速越快，甚至气流中还夹杂着变压器油。

利用这种气体实现的保护称为瓦斯保护。

主要元件：

瓦斯继电器是构成瓦斯保护的主要元件。

（1）安装示意图：

它安装在油箱与油枕之间的连接管道上，如图1-1所示：

图1-1瓦斯继电器安装示意图

为了便于气流顺利通过瓦斯继电器，变压器顶盖与水平面应有1%—1.5%的坡度，接管道应有2%—4%的坡度。

（2）瓦斯继电器的型式：

目前推广应用的是开口杯挡板式瓦斯继电器。

（3）FJ3-80型复合式瓦斯继电器工作原理：

正常运行时，上，下开口杯2和1都浸在油中，杯内充满油，由于开口杯及附件重力产生的力矩小于平衡锤4产生的力矩，使开口杯向上倾，永久磁铁10远离干簧触头3，干簧触点断开。

当油箱内发生轻微故障时，少量气体聚集在继电器上部，迫使油面下降，上开口杯露出油面，由于浮力减少，开口杯及附件和杯内的油产生的力矩大于平衡锤产生的力矩，于是上开口杯顺时针方向转动，带动永久磁铁靠近上干簧触点，使触点闭合发出“轻瓦斯”动作信号。

当油箱内发生严重故障时，大量气体和油流冲击挡板8，使下口杯1顺时针方向转动，使下永久磁铁靠近下干簧触点，触点闭合发出跳闸脉冲，表示“重瓦斯”动作。

当变压器严重漏油时，油面逐渐降低，首先是望开口杯露出油面，发出报警信号，然后下口杯露出油面，发出跳闸脉冲。

（4）瓦斯保护原理：

瓦斯继电器的上触点表示“轻瓦斯”保护，闭合后发出报警信号。

下触点表示“重瓦斯”保护，闭合后经出口中间经电器BCJ动作于跳闸，当油箱内发生严重故障时，油流不稳定可能造成干簧继电器触头抖动，为了使断路器可靠跳闸，应选用带电流自保接线图的出口中间继电器。

（瓦斯保护原理接线图如图1-2所示）

图1-2瓦斯保护原理接线图

为防止变压器换油或进行试验时引起重瓦斯保护误跳闸，此时利用切换片QP将跳闸回路切至信号回路。

（5）瓦斯保护的优缺点：

瓦斯保护动作迅速，灵敏度高，接线简单，能反应油箱内部发生的各种故障，但不能反应油箱外的套管及引出线上的故障。

1.3变压器纵差动保护

1.3.1概念

防御变压器绕组绕组和引出线的多相短路，大接地电流系统侧绕组和引出线的单相接地短路及绕组匝间短路。

1.3.2差动保护的原则

按相实现的纵差动保护，其电流互感器变比的选择原理是两电流互感器变比的比值等于变压器的变比，使得在正常运行或外部短路时，两个二次电流相等。

例如图1-3所示：

正常运行或外部故障时

（1-1）

所以两侧的CT变比应不同，且应使

即：

　　　　　（1-2）

或：

　　　　　（1-3）

即：

按相实现的纵差动保护，其电流互感器变比的选择原则是两侧CT变比的比值等于变压器的变比。

图1-3变压器纵差动保护单相原理接线图

1.4变压器相间短路的后备保护和过负荷保护

为了防止外部短路引起变压器过电流，并作为变压器纵差保护和瓦斯保护的后备，变压器必须装设相间短路的后备保护。

根据变压器容量和系统短路电流水平的不同，变压器相间短路的后备保护可采用过电流保护、复合电压起动的过电流及负序电流保护等。

1.4.1过电流保护

概述：

2024变压器后备保护测控单元可以实现主变压器的后备保护，同时具测控功能。

2024安装在变压器高低压侧与2021/2022变压器差动保护单元配合实现完整的变压器保护和变电站自动化功能。

保护功能：

相间过流保护；

限时速断保护；

复合电压闭锁方向过流；

零序电流保护；

二段式零序电流保护；

零序电压闭锁方向保护；

过负荷保护；

过流启动通风；

过载闭锁有载调压；

间隙保护。

用途：

主变压器的后备保护；

工业变电站自动化。

原理图分析：

过电流宜用于降压变压器，过电流保护采用三相式接线，且保护应该装设在电源侧。

保护的动作电流

应按躲过变压器可能出现的最大负荷电流

来整定，即

　　　（1-4）

公式（1-4）中

→可靠系数，一般为1.2～1.3；

→为返回系数。

确定

时，应该考虑下面两种情况：

（1）并列运行的变压器，应该考虑切除一台变压器以后所产生的过负荷。

若各变压器的容量相等，可按下计算

　　（1-5）

公式（1-5）中

—并列变压器的台数；

—变压器的额定电流。

图1-4过电流保护单相接线原理图

（2）降压变压器，应该考虑负荷中电动机自启动时的最大电流，则

（1-6）

公式（1-6）中

—自启动系数，其值与负荷性质及用户与电源尖的电气隔离开关。

对110KV降压变电站，6～10KV侧，

=1.5～2.5；

35KV侧，

=1.5～2.0。

—为正常运行时的最大负荷电流。

同时保护的动作时限应该与下级保护配合，即比下级保护中最大动作时限大一个阶梯时限

。

保护的灵敏度为

　（1-7）

公式（1-7）中

—最小运行方式下，其灵敏度校验点发生两相短路时，流过保护装置的最小短路电流。

最小短路电流应该根据变压器连接组别、保护的接线方式确定。

在被保护变压器受电侧母线上短路时，要求

=1.5～2；

在后备保护范围末端短路时，要求

=1.2。

若灵敏度不满足要求时，则选用灵敏度较高的其他后备保护。

1.4.2复合电压起动的过电流保护

复合电压起动的过电流保护原理接线图如1-5所示。

它主要由电流继电器1－3LJ、负序电压继电器FYJ及低电压继电器YJ构成的复合电压元件和时间继电器SJ组成。

这种保护装置一般用于升压变压器或采用过电流保护灵敏度不满足要求的降压变压器。

图1-5复合电压启动的过电流保护原理

工作原理：

当保护范围内发生不对称短路时，由于出现负序电压，使FYJ动作，其常闭接点打开。

这时加于YJ的电压为零，YJ一定动作、使中间继电器BZJ动作。

同时，1－3LJ中至少有一个动作。

于是SJ起动，延时动作于跳闸。

当保护范围内发生三相短路时，由于短路初瞬一般短时出现负序电压，FYJ动作，YJ、BZJ也动作。

同时，1－3LJ均动作，SJ起动。

负序电压消失后，FYJ返回。

此时，加在YJ上的电压Uab较小，YJ仍处于动作状态，使SJ的线圈电压中断。

经延时后保护动作于跳闸。

当电压互感器回路发生断线时，FYJ和YJ动作，起动BZJ发出信号。

由于电流元件未动作，故保护不会误动作。

保护装置的整定计算：

电流元件动作电流

　　（1-8）

—为变压器额定电流

动作电压为

　　　（1-9）

—为变压器的额定电压。

低压元件灵敏度为

　　（1-10）

公式中（1-10）

—相邻元件末端三相金属性短路故障时，保护安装处的最大线电压；

—低压元件的返回系数。

负序电压元件动作电压为

　（1-11）

负序电压元件灵敏度为

（1-12）

公式（1-12）

—为相邻元件末端不对称短路故障时，最小负序电压。

1.4.3三绕组变压器后备保护的装设原则

对于三绕组变压器的后备保护：

当变压器外部故障时，只跳开近故障点侧的断路器，使其余两侧继续运行，当变压器内部故障时，也应起到后备作用，跳开各侧断路器。

下面举例说明保护装置的配置方式。

（1）单侧电源的三饶组变压器，一般装设两套后备保护。

一套装在底压负荷侧，如图（1-5）的Ⅲ侧，该外部故障时，保护以时限t（Ⅲ）跳开3DL；

另一套装在电源侧Ⅰ侧，设有两个时限。

当Ⅱ侧外部故障时，保护以时限t（Ⅱ）

跳开2DL，使Ⅰ、Ⅲ侧继续运行。

如果变压器内部故障而主保护拒动时，保护以时限tⅠ

断开三侧断路器，使变压器退出运行。

（2）三侧均有电源的三绕组升压变压器，后备保护装在低压侧以及高、低压两侧中电源容量较大和断开机会较少的一侧，如图1-5的Ⅲ侧（低压侧）和Ⅱ侧（高压侧）。

高压侧保护应具有带方向性和不带方向性的两部分。

带方向的保护动作方向应指向该侧相邻元件，当Ⅰ侧外部故障时，以较短的时限

跳开1DL。

当Ⅱ侧外部故障时，不带方向性的保护以时限

断开2DL。

如果变压器内部故障而主保护拒动时，低压侧保护以时限

跳开三侧断路器。

如果上述配置方式不能满足灵敏度要求时，则允许在三侧都装设保护。

这时，动作时限较小的一侧保护应具有方向性，并各自动作于本侧断路其跳闸。

图1-5三绕组变压器后备保护配置说明图

1.4.4变压器过负荷保护

变压器的过负荷电流，大多数情况下都是对称的，因此只装设单相式过负荷保护。

保护经延时动作于信号。

过负荷保护安装侧的选择，应能反映变压器各绕组的过负荷情况。

在双绕组的升压变压器上，过负荷保护装设在低压侧。

对一侧无电源的三绕组升压器，应装在发电机侧和无电源侧；

若三侧都有电源时，各侧均应装设过负荷保护。

在双绕组降压变压器上，过负荷保护装在高压侧；

单侧电源的三绕组降压变压器，，若三侧绕组容量相同，仅装在电源侧；

若三侧绕组绕组容量不同，装在电源侧和绕组容量较小的臆测。

对于双侧电源的三绕组将压变压器或联络变压器，三侧均应装设过负荷保护。

过负荷保护的动作电流按躲过变压器的额定电流进行整定

　　（1-13）

公式（1-13）中

——可靠系数，一般取1.05；

——继电器的返回系数，一般取0.85；

——保护安装侧变压器的额定电流。

过负荷保护的延时应比变压器的过电流保护时限延长一个阶段，一般取10s。

1.5变压器零序保护

变压器的零序电流保护、变压器间隙电流保护与变压器零序电压保护一起构成了反应零序故障分量的变压器零序保护，是变压器后备保护中的重要组成部分，同时也是整个电网接地保护中不可分割的一部分。

在大接地电流系统中的变压器，一般应装设零序保护，它作为变压器及相邻元件接地故障的后备保护。

变压器零序保护的构成主要与变压器的中性点的运行方式和绝缘水平有关。

1.5.1中性点直接接地运行变压器的零序保护

中性点直接接地运行的变压器仅装设零序电流保护，如图1-6所示。

保护用的电流互感器装在中性点的引出线上。

为了提高保护的可靠性和加速切除母线附近的接地故障，通常设置了两段式零序电流保护。

图1-6中性点直接接地变压器的零序保护

零序电流保护Ⅰ段：

零序电流保护Ⅰ段的动作电流与相邻线路零序电流保护Ⅰ段相配合，即

（1-14）

式中——配合系数，取1.1～1.2；

——零序电流分支系数，其值等于相邻线路零序电流保护Ⅰ段保护范围末端接地短路时，流过本保护的零序电流与流过线路零序电流保护的零序电流之比。

——相邻线路零序Ⅰ段的一次动作电流。

零序电流保护Ⅰ段有两个时限：

，

保护时限以

跳开母联短路器DL，缩小故障影响范围。

以时限

有选择性地动作断开各侧短路器。

零序电流保护Ⅱ段：

零序电流保护Ⅱ段的动作电流与相邻线路零序电流后备段相配合，

（1-15）

式中

——零序电流分支系数，其值等于出线零序电流保护后备段保护范围末端接地短路时是，流过本保护的零序电流与流过线路零序电流保护的零序电流之比。

——出线零序电流保护后备段的依次动作电流。

零序电流保护Ⅱ段也有两个时限：

为零序电流保护后备段的最大动作时限。

保护以时限

DL，以时限

有选择地动作于断开变压器各侧断路器。

为了防止变压器与系统并列之前，在变压器高压侧发生接地故障时误将DL断开，故在

及

的出口回路中串接了辅助触电1DL将保护闭锁。

只在1DL合闸的情况下，零序电流保护才能动作于DL。

1.5.2中性点可能接地或不接地运行变压器的零序保护

中性点直接接地系统中发生接地故障时，为了使零序电流的分布和数值大小少受运行方式的影响，通常在有数个变压器的发电厂或变点所内，采用部分变压器中性点接地运行。

这种情况下，应按下述具体情况装设零序保护。

一、全绝缘变压器：

如图1-7所示，全绝缘的变压器除了装设零序电流保护（同图1-6）作为变压器中性点直接接地运行的保护外，还应增设零序电压保护，作为变压器中性点不接地运行时的保护。

图1-7全绝缘变压器零序保护原理框图

若有几台变压器在高压母线上并列运行，当发生接地故障后，中性点接地运行，变压器的零序电流保护首先使DL断开，故障影响范围缩小。

然后，在故障部分的母线上，中性点接地运行变压器，由零序电流保护切除。

中性点不接地运行变压器，由于零序电压升高引起零序电压保护动作，使变压器各侧断路器断开。

零序电流元件3U0的动作电压应躲过部分中性点接地系统中发生接地故障时，保护安装处出现的最大零序电压一般可取

由于零序电压元件是在电网中发生接地故障，且中性点接变压器已断开之后才可能起动，因此保护的动作时限不需要与其他保护相配合，只要取

，就可躲过接地故障时暂态过程对保护的影响。

（其整定计算与中性点直接接地运行变压器的零序电流保护相同）。

二、中性点设有放电间隙的分级绝缘变压器：

如图1-8所示，中性点装设放电间隙的分级绝缘变压器，除了装设零序电流保护（同图1-6）作为变压器中性点直接接地保护的运行外，还应增设零序电流电压保护，作为变压器中不接地运行时的保护。

在保护范围内发生接地故障，若其他保护不动作时，由零序电流保护断开母联DL，切除故障部分母线上中性点接地运行的变压器。

若故障仍然存在，接于故障部分母线上中性点不接地运行变压器的中性点电压升高，放电间隙击穿，使间隙零序保护电流动作，切除该变压器。

若放电间隙击穿，则零序电压元件

动作，经

延时切除变压器，它作为放电间隙的后备。

图1-8中性点装有放电间隙的分级绝缘变压器的零序保护原理框图

1.5.3零序电流互感器安装位置对保护的影响

零序电流的产生，对保护所体现的故障范围会有很大的影响（对于自耦变压器，零序电流只能由变压器断路器安装处零序电流互感器产生）。

下面按故障点的不同展开如下分析（见图1-9）：

由上面的三种故障情况我们可以看到，变压器断路器处零序电流保护只能对安装处母线两侧的故障进行区分，变压器中性点处的零序电流保护只能对变压器高压侧与低压侧故障进行区分。

如果采用断路器处的零序电流保护，则与线路的零序保护概念上基本是相同的，只不过零序方向可以根据电流互感器的极性选择指向主变或指向母线，指向母线则保护的范围只是断路器电流互感器安装处开始，需与线路零序保护配合且范围较小；

指向主变，则要同主变另一侧的出线接地保护相配合，比较麻烦。

如果采用主变中性点处的零序电流保护，则保护的范围比断路器处零序电流保护宽一些，同样根据主变中性点零序电流互感器的极性接线可以将中性点零序电流保护分为指向本侧线或对侧母线，一般采用指向本侧母线，整定配合较清晰方便。

我局目前运行的都是主变中性点零序电流保护，断路器处零序电流保护只有在旁路断路器带主变运行时才可能碰到，但如上面提到，对于主变其他侧有出线接地保护的因为整定配合的困难，此时旁路的零序电流保护宜退出，如为了对主变引线段进行保护，也可对旁路零序电流保护段进行适当保留。

图1-9

1.5.4自耦变压器零序电流保护的特点

（1）对于三线组自耦变压器，高压侧与中压侧之间有电的联系，有共同的接地中性点。

为了防止高压系统发生接地故障时引起中压侧过电压，要求中性点必须直接接地运行。

（2）自耦变压器的零序电流保护不能装在变压器的电流互感器上，而应该在高，中压侧分别装设零序电流保护，以保证可靠地动作。

（3）由于自耦变压器高，中压绕组间有电的联系，当一侧系统内发生接地故障时，将有零序电流由一侧电网流至另一侧电网内。

因此，高、中压侧的零序电流保护，应根据选择性的要求装设方向元件。