任务二变压器主保护性能检验与运行维护资料.docx

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任务二变压器主保护性能检验与运行维护资料

山西电院目标教学教案

任课教师         教研室主任     

编写日期  年 月 日审批日期  年 月 日

授课日期

班  级

任务内容：

项目五电力变压器保护装置性能检验与运行维护

任务二变压器主保护性能检验与运行维护

素质目标：

1.培养学生服从、认真的职业习惯

2.培养学生的团队协作的能力

能力目标：

1.具有分析瓦斯保护、差动保护原理的能力

2.具有完成瓦斯保护和纵差动保护动作性能检验和运行维护的能力

知识目标：

1.掌握电力变压器的瓦斯保护的作用、接线、构成、动作分析

2.掌握电力变压器的差动保护的作用、接线、构成、动作分析

任务重点：

电力变压器的瓦斯保护、差动保护的作用及其动作分析

任务难点：

差动保护的动作情况分析

教学方法：

讲授法，案例法，多媒体讲授

布置作业：

P1926-2、6-3

课后分析：

教学内容及板书

过程设计及提示

【任务描述】：

【任务准备】：

【任务实施】：

【相关知识】：

任务二变压器主保护性能检验与运行维护

一、气体保护

（一）工作原理：

反应变压器油箱内部气体量的多少和油流速度而动作的保护，保护变压器油箱内各种短路故障，特别是对绕组的相间短路和匝间短路。

并且是变压器铁芯烧损的唯一保护方式。

在油浸式变压器油箱内发生故障时，短路点电弧使变压器油及其他绝缘材料分解，产生气体，从油箱向油枕流动，反应这种气流和油流而动作的保护称为气体保护。

（二）气体继电器（瓦斯继电器）

1、安装位置：

安装在油箱及油枕之间的连接管道上；

顶盖与水平面之间有1%-1.5%的坡度；

连接管道与水平面之间有2%-4%的坡度。

2、种类：

浮筒式、挡板式、开口杯与挡板构成的复合式

3、结构：

4、工作原理

在变压器油箱内部故障产生轻微气体或油面降低时，轻瓦斯保护动作于发信号；

当产生大量气体或油流速度超过整定值时，重瓦斯保护动作于跳开各侧断路器。

5、瓦斯保护的接线

   6、瓦斯保护的评价

（1）优点：

能反应油箱内的各种故障，且动作迅速，灵敏度高，特别对于变压器绕组的局部绕组匝间短路及油面降低，只能由此反应。

（2）缺点：

不反应油箱外的引出线和套管上的任何故障，正确动作率也不太满意。

（3）应用：

不能单独作为变压器的主保护，但必须装设，一般和纵差动保护共同构成主保护。

二、变压器纵差动保护

（一）变压器纵差动保护的特点

1、变压器纵差动保护与线路纵差动保护相比较

（1）相同点：

工作原理与构成基本相同

（2）不同点：

两侧电流互感器变比的选择和接线不同，产生不平衡电流的因素多，不平衡电流大。

2、变压器纵差动保护的特点：

产生不平衡电流的因素多，不平衡电流大。

（二）变压器纵差动保护的不平衡电流

1、变压器的励磁涌流

概念：

当变压器空载合闸或外部故障切除后电压恢复过程中，由于变压器铁心中的磁通量的突变，使铁心瞬间饱和，这时出现数值很大的励磁电流，可达5~10倍的额定电流，称为励磁涌流。

励磁涌流的产生——变压器空载合闸或外部故障切除后电压恢复的过程中。

3、励磁涌流的特点

（1）励磁涌流初始很大，可达额定电流的5~10倍；

（2）含有大量的非周期分量和高次谐波分量，主要为直流分量和二次谐波分量，且随时间衰减；

（3）波形具有间断角。

4、减小励磁涌流的措施

（1）采用延时动作或提高保护动作值来躲过励磁涌流；

（2）利用励磁涌流中的非周期分量，采用具有速饱和变流器的差动电流继电器构成差动保护；

（3）利用励磁涌流中波形间断的特点，采用具有波形间断角的差动继电器构成差动保护；

（4）采用二次谐波制动的差动电流继电器。

（二）变压器两侧接线组别不同

1、由于变压器两侧电流大小不同，两侧电流互感器的变比应按变压器两侧的额定电流选择。

nTA（Y）=In（Y）/5，nTA（Δ）=In（Δ）/5

流入继电器的电流为

IK=IY2-IΔ2=IY1/nTA（Y）-IΔ1/nTA（Δ）

=IY1×5/In（Y）-IΔ1×5/In（Δ）=0

2、由于变压器两侧电流相位不同（Y/Δ—11接线变压器，星形侧电流滞后Δ侧电流30°），两侧电流互感器应采用“相位补偿接线”，即：

将变压器星形侧电流互感器二次接成三角形，将变压器三角形侧电流互感器二次接成星形。

3、采用相位补偿接线后，Y侧TA二次接成Δ，使I’ay变成Iay，相位超前30°的同时使数值增加√3，所以在选择TA的变比时加以考虑，此时两侧TA的变比选择为：

nTA（Y）=In（Y）×√3/5，

nTA（Δ）=In（Δ）/5

（三）电流互感器的实际变比与计算变比

1、计算变比

nTA（Y）=In（Y）×√3/5，

nTA（Δ）=In（Δ）/5

2、实际变比：

电流互感器都是标准化的定型产品，其变比均为标准化变比，所以实际选取的变比与计算变比往往不相等，实际变比应与计算变比相接近但较大的标准变比。

3、措施

（1）电流补偿法：

将电流变换器接入电流较大的一侧，经电流变换器TAA变换后，使TAA的输出与另一侧电流互感器二次电流的大小相等。

（2）在采用带速饱和变流器的差动电流继电器构成的变压器的差动保护中，利用平衡线圈补偿，可将平衡线圈接在电流互感器二次电流较小一侧，Nop差动线圈，Nbal平衡线圈，适当选择Nbal匝数，使（I2Y-I2Δ）Nop=I2ΔNbal

（四）两侧电流互感器型号不同

1、由于变压器两侧电压等级和额定电流不同，所以各侧采用不同的型号，而产生一不平衡电流，此不平衡电流是由两侧电流互感器的相对误差引起的，型号相同的相对误差较小，型号不同则误差较大。

2、措施：

整定计算中引入同型系数KSS

型号相同，KSS=0.5

型号不同，KSS=1

（五）变压器调压分接头改变

1、带负荷调压的变压器在运行中常常需要改变分接头来调电压，但计算电流互感器的变比，只能按某一变比计算，此时通过平衡线圈或其他方法已消除了不平衡电流，在运行过程中，调压改变抽头后，已调整平衡的差动保护又出现新的不平衡。

2、措施：

在整定计算中予以考虑

根据以上分析，变压器差动保护的最大不平衡电流为：

三、纵差动保护的整定计算

1、基本侧电流计算

变压器各侧额定电流：

各差动臂的电流：

选差动臂电流较大的一侧为基本侧。

2、动作电流整定原则

（1）躲过励磁涌流，即

（2）躲过电流互感器二次回路断线时差动回路的电流，即

（3）躲过外部故障时最大不平衡电流，即

1.气体保护是变压器油箱内部故

障的主保护之一。

1）分析气体保护的工作原理；2）以QJ1-80型复合式气体继电器为例，分析气体继电器的构成；3）得出气体保护的优缺点；4）完成对气体保护的性能检验与运行维护。

2.变压器纵差动保护是反映变压

器绕组、套管和引出线上各种短路故障的主保护。

1）通过和线路的纵差动保护比较，得出变压器纵差动保护存在的问题；2）变压器纵差动保护的工作原理是什么？

3）分析产生不平衡电流的原因与相应的措施；4）完成对纵差动保护的性能检验与运行维护。

查阅继电保护和自动装置的运行规程中关于变压器的部分。

变压器的气体保护的工作原理是什么？

气体保护的优缺点是什么？

变压器纵差动保护的基本工作原理是什么？

产生不平衡电流的原因有哪些？

变压器保护任务实施步骤：

第一步，分析气体保护的工作原理；

第二步，画出变压器纵差动保护的单相原理接线图，与输电线路纵差动保护对比，分析变压器纵差动保护的原理；

第三步，分析变压器保护中形成不平衡电流的因素有哪些？

主保护之一

计划：

讲授+提问+讨论

目前电力变压器广泛采用油浸式结构

提问：

回忆设备中变压器的结构

见图6-2（a）

为什么？

原因：

变压器内部故障使气流易于进入油枕，防止气体积聚在变压器顶盖内。

目前用的是开口杯和挡板构成的复合式

原因—有学生自学讨论得出。

见ppt内容

通过分析继电器上部排气口收集的气体来判断故障性质。

见图6-2（b）

1）出口中间继电器的自保持作用

由于挡板在油流作用下动作为瞬时，此时如瓦斯继电器KG的触点重新打开或返回时，发跳闸脉冲，或由于流速不稳造成触点抖动，可利用中间继电器KOM的自保持一直将出口跳闸信号保持到断路器QF断开。

2）XB和R的作用

防止变压器在换油或进行气体继电器试验时误动作，可通过连接片XB改变重瓦斯的出口方式，暂接到信号回路运行。

Longitudinaldifferentialprotectionforpowertransformer

资讯：

回顾输电线路纵差动保护的原理、优缺点及应用；变压器纵差动保护的作用；介绍本任务的主要内容和学习目的。

工作原理：

通过比较变压器两侧电流的大小和相位而构成的保护。

构成：

在变压器两侧分别装设电流互感器TA，一次极性端不放在同一侧，将TA二次的异极性端子相连，接入差动电流继电器即可。

见图6-3

变比的选择：

——讲解

产生不平衡电流的因素见ppt

magnetisinginrush

正常情况下：

只是变压器的励磁电流，其值较小；外部短路下：

由于电压降低，励磁电流更小

如何产生？

见图6-5（a），（b）并解释，同时提问：

电压与磁通之间的相位关系？

可见：

励磁涌流的大小决定于

（1）合闸瞬间电压相位（当U为最大时合闸不出现励磁涌流）

（2）剩磁的大小方向（如合闸时与ф∑同相则励磁涌流更大）

（3）电源、变压器容量（大型变压器励磁涌流的倍数较中小型变压器的倍数小）

图6-7

根据特点采取减小励磁涌流的措施

利用延时使保护失去速动的优点，而提高保护动作值则降低了保护的灵敏度

励磁涌流的影响是最大的。

见图6-8

变压器两侧接线组别不同，使变压器两侧电流大小和相位不同，所以在选择变压器两侧电流互感器的变比和接线时，应加以考虑。

例题：

例Se=31.5MVA，115/10.5KV

In（Y）=31.5×103/√3×115=158（A）

In（Δ）=31.5×103/√3×10.5=1730A

nTA（Y）=158/5

nTA（Δ）=1730/5

见图6-9

例题：

上述变压器中，两侧TA的变比应为：

nTA（Y）=158×√3/5

nTA（Δ）=1730/5

小结：

由于变压器两侧接线组别不同可产生不平衡电流，此时可采用相位补偿接线和选择两侧TA适当的变比可消除上述不平衡电流。

例：

计算变比：

nTA（Y）=158×√3/5=273/5nTA（Δ）=1730/5

实际变比：

Y侧为300/5Δ侧为2000/5

Y侧差动臂中的电流为：

√3×158/60=4.55（A）

Δ侧差动臂中的电流为：

1730/400=4.32（A）

不平衡电流为：

4.55-4.32=0.23（A）

如图6-10所示

见图6-11

提问：

磁动势

注意：

平衡线圈的实际匝数为整数，与计算匝数之间也有误差，因此也会有一很小的不平衡电流，此电流在整定时予以考虑。

见整定计算中

Kaper——非周期分量影响系数，一般取

1.3~1.5；

10%——电流互感器的允许最大误差；

KSS——同型系数，型号相同，KSS=0.5，型号不同，KSS=1

ΔU——变压器分接头改变引起的相对误差，取调压范围的一半；

Δfza——平衡线圈整定匝数与计算匝数不等产生的相对误差，初算时取0.05；

IK.max/nTA——外部最大短路电流归算到二次侧的数值。

以双绕组变压器为例

提问

取下述原则的最大值为动作电流

三绕组变压器差动保护学生自己看

【评价】各组互相评价，教师作出总结。