继电保护上课0712.docx

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继电保护上课0712

一、互感器及其接线

1.电压互感器

在电力系统的测量、保护和自动装置中，广泛应用着电压互感器和电流互感器，它们的作用是：

（1）将高电压、大电流变为便于测量的低电压（额定值为100伏）和小电流（额定值为5安或1安），使测量仪表和继电器小型化和标准化，并可采用小截面的电缆进行远距离测量。

（2）使测量仪表和继电器与高压装置在电气上隔离，保证工作人员的安全，同时还可以降低仪表和继电器的绝缘要求，使之结构简化，成本降低。

将高电压变为低电压的叫电压互感器；将大电流变为小电流的叫电流互感器。

第一节电压互感器

电压互感器是一种特制的仪用变压器，其工作原理和电力变压器是相同的。

互感器按绝缘特点可分为干式和油浸式两种，干式电压互感器只用于10千伏以下的户内配电装置中。

油浸式电压互感器又分为普通式和串级式两种：

所谓普通式就是二次线圈和一次线圈完全互相耦合，和普通的变压器一样，这种结构常用于一次电压为35千伏及以下的电压互感器；所谓串级式就是一次线圈分为几个单元串联而成，最后一个单元接地，二次线圈只和最后一个单元耦合，这种结构常用于一次电压为110千伏及以上的电压互感器。

一、电压互感器的接线方式

根据发电厂和变电所中测量仪表、继电器等二次设备的要求，电压互感器常用的接线方式有以下几种。

（1）单相接线。

如图7-1（a）所示，单相电压互感器的一次侧接于电源的线电压上，二次侧一端接地，可以测量一个线电压，常接于需要同期或检查电压的线路侧，110kV及以上单相电压互感器的一次侧接于电源的相电压上。

（2）不完全三角形接线（V－V接线）。

如图7-1（b）所示，它由两只单相电压互感器组成，电压互感器二次绕组分别接在一次回路AB、BC相间，可以测量三个线电压Uab、Ubc、Uca。

当仪表和保护只需接三个线电压时（如三相功率表、电度表），采用此接线最简单。

但这种接线不能测量相电压，而且其输出的有效容量仅为两台电压互感器额定容量总和的3/2倍。

这种接线常用于小型发电厂和变电所中。

（3）星形－星形接线（Y/Y0接线）。

如图7-1（c）所示，它由三相三柱式的电压互感器构成。

互感器的一、二次绕组都接成星形，可以用来测量三个线电压。

但在负载不平衡时，将引起较大误差，而且一次侧中性点不允许接地，否则当一次侧电网有单相接地故障时，可能烧坏互感器，故互感器一次侧中性点无引出线，也就不能测量对地电压，由于存在这些缺点，这种接线方式应用较少。

（4）星形－星形－开口三角接线（Y0/Y0，D接线）。

如图7-1（d）、7-1（e）所示，电压互感器的线圈是按相电压设计的，它的三个基本二次线圈接成星形，可以测量三个线电压和三个相电压（由于一次侧中性点接地，也即三个相对地电压）；它的三个辅助二次

（e）三相五柱式接线

线圈接成开口三角形，可以测量零序电压，辅助线圈的额定电压，用于小接地电流系统时按100/3伏设计，用于大接地电流系统为100伏。

这种接线方式应用很广泛。

此接线方式由三只三线圈的单相电压互感器构成，如图1（d）所示。

在35KV及以上系统中，均采用单相电压互感器。

在10千伏及以下的系统中，也大多数采用单相电压互感器，有一些老的发电厂变电所仍有采用三相五柱式电压互感器，如图1（e）所示。

另，V-V接线是由两只单相电压互感器构成的，一次侧不能接地，正确的接线应如图1（b）所示，如果互感器二次侧两个同极性端连起来作为b相引出，就是一种错误接线，如图2（a）所示。

这时在二次侧端头测得的三个电压的矢量图如图2（b）所示，可见三个电压之间的相位不相等，而且其中一个电压值增大了3倍。

为了对比，画出了图1（b）正确接线时的电压矢量图，如图2（c）所示。

电压互感器精度：

0.2（计量）、0.5（测量）、3P或6P（保护）

110kV线路PT一般都是电容式的：

一般的输电线路都有高频保护和载波通信，这2个均需要高压耦合电容器，采用电容式PT后，高频保护和载波通信用的电容器可用电容式PT的电容器代替，这样就节省了高压耦合电容器。

110kV线路PT

35kV线路PT

2.电流互感器

电流互感器精度：

0.2（计量）、0.5（测量）、5P15（保护）

5P15含义:

一次电流是额定电流的15倍时,该绕组的复合误差≤±5%

15是短路电流/额定电流，分为5，10，15，20，30等，保护精度一般有5%和10%。

保护CT与测量CT一般不可共用：

测量CT精度高，但线性范围小，能保证在正常情况下的测量精度就行，而保护精度可以适当降低，但线性范围宽，必须保证在过流情况下也能检测。

如果保护CT做测量用，则测量不准确，特别是用表计，当故障时，因故障电流是额定电流在许多倍，会导致表计指针偏转过大而损坏。

如果测量CT做保护用，因测量CT线性区太小，发生故障时，测量CT必然饱和，则保护会拒动。

3.注意做保护配置图时的画法：

主变不同侧可以用相同或不同柜型。

如：

主变高压侧用手车方式柜型（KYN28），主变低压侧用刀闸方式柜型（XGN2）。

一般主变同侧会用同一种开关柜柜型，如主变整个低压侧部分（包括发电机等）用手车方式的（KYN28），则不会再有刀闸（XGN2），这是2种不同的柜型，画图时很多人都将手车、刀闸放在一起。

二、变压器保护

2．1、基本概念

发电厂通过升压变压器将发电机电压升高，而由输电线路将发电机发出的电能送至电力系统中；在变电站通过降压变压器再将电能送至配电网络，然后分配给用户。

在发电厂或变电站，通过变压器将两个不同电压等级系统联起来，该变压器称作联络变压器。

2．2、分类

按冷却方式分类：

干式（自冷）变压器、油浸（自冷）变压器、氟化物（蒸发冷却）变压器。

按防潮方式分类：

开放式变压器、灌封式变压器、密封式变压器。

按铁芯或线圈结构分类：

芯式变压器（插片铁芯、C型铁芯、铁氧体铁芯）、壳式变压器（插片铁芯、C型铁芯、铁氧体铁芯）、环型变压器、金属箔变压器。

按电源相数分类：

单相变压器、三相变压器、多相变压器。

按用途分类：

电源变压器、调压变压器、音频变压器、中频变压器、高频变压器、脉冲变压器。

2．3、电源变压器的特性参数

工作频率

变压器铁芯损耗与频率关系很大，故应根据使用频率来设计和使用，这种频率称工作频率。

额定功率

在规定的频率和电压下，变压器能长期工作，而不超过规定温升的输出功率。

额定电压

指在变压器的线圈上所允许施加的电压，工作时不得大于规定值。

电压比

指变压器初级电压和次级电压的比值，有空载电压比和负载电压比的区别。

空载电流

变压器次级开路时，初级仍有一定的电流，这部分电流称为空载电流。

空载电流由磁化电流（产生磁通）和铁损电流（由铁芯损耗引起）组成。

对于50Hz电源变压器而言，空载电流基本上等于磁化电流。

空载损耗

指变压器次级开路时，在初级测得功率损耗。

主要损耗是铁芯损耗，其次是空载电流在初级线圈铜阻上产生的损耗（铜损），这部分损耗很小。

效率

指次级功率P2与初级功率P1比值的百分比。

变压器的效率与变压器的功率等级有密切关系，通常功率越大，损耗与输出功率比就越小，效率也就越高。

反之，功率越小，效率也就越低。

绝缘电阻

表示变压器各线圈之间、各线圈与铁芯之间的绝缘性能。

绝缘电阻的高低与所使用的绝缘材料的性能、温度高低和潮湿程度有关。

2．4、接线组别

变压器接线方式有4种基本连接形式：

“Y，y”、“D，y”、“Y，d”和“D，d”。

我国只采用“Y，y”和“Y，d”。

由于Y连接时还有带中性线和不带中性线两种，不带中性线则不增加任何符号表示，带中性线则在字母Y后面加字母n表示。

变压器的联接组别的表示方法是：

大写字母表示一次侧（或原边）的接线方式，小写字母表示二次侧（或副边）的接线方式。

Y（或y）为星形接线，D（或d）为三角形接线。

数字采用时钟表示法，用来表示一、二次侧线电压的相位关系，一次侧线电压相量作为分针，固定指在时钟12点的位置，二次侧的线电压相量作为时针。

“Yn，d11”，其中11就是表示：

当一次侧线电压相量作为分针指在时钟12点的位置时，二次侧的线电压相量在时钟的11点位置。

也就是，二次侧的线电压Uab滞后一次侧线电压UAB330度（或超前30度）。

理论上：

接线组别为Y，y的变压器，，运行时某侧电压波形有发生畸变，从而使变压器的损耗增加，进而使变压器过热。

因而为避免油箱壁局部过热，三相铁芯变压器按Y，y联结的方式，只适用于容量为1800kVA以下的小容量变压器。

而超高压大容量的变压器均采用YN，d的接线组别。

实际运行中，国内很多是YN，d11，Yn，d1及Yn，d5也存在。

Yn，d11接线组别含意：

“Yn”表示一次侧为星形带中性线的接线，Y表示星形，n表示带中性线；“d”表示二次侧为三角形接线。

“11”表示变压器二次侧的线电压Uab滞后一次侧线电压UAB330度（或超前30度）。

为什么大部分变压器都是高压侧为星型，而低压侧为三角形接线？

由于变压器所带的负荷原因，会产生三次及三次倍数的正弦波电流，这个高谐波电流的特点是三相电流向一个方向流动，如果变压器内有一个绕组是三角形接线，那么此电流会在三角形绕组内部形成环流，从而消耗而不影响外部电源。

如果变压器都是星型接线绕组，那么这个电流会反馈到变压器高压电源侧，影响电源的质量，而这个电流形成的磁通会由于变压器没有三次谐波磁通回路，造成变压器外壳发热等等。

所以，除非特殊需要，变压器中都希望有一个绕组是三角形接线方式，如果由于接线组别的关系，无法设置三角形绕组，也有在变压器内部专门设置一个内部用的三角形绕组，对外不供电，专门提供三次谐波磁通回路。

2．5、变压器中性点接地方式

中性点接地方式：

中性点不接地：

中性点不接地中性点经消弧线圈接地中性点经高电阻接地

中性点直接接地：

中性点直接接地中性点经低电阻接地

中性点经消弧线圈接地：

适用于3-60kV系统使用，可避免电弧过电压的产生

中性点不接地或中性点经消弧线圈接地，如果发生单相接地故障，可以正常运行2小时以内。

必须找出故障点进行处理，否则会扩大故障，如发展成多点接地。

中性点直接接地：

适用于110KV及以上，380V以下低压系统。

110KV及以上电压如果采用中性点不接地方式，当单相接地时，未接地的2相就要能承受根号3倍过电压，会增加制造成本，安装也不方便。

同时110KV及以上的电压，由于电压高，杆塔的高度也高，不容易发生单相接地情况，380V采用中性点接地，主要是考虑发生单相接地时，有可能未接地相电压升高，烧坏家电。

2．6、变压器故障

分油箱内的故障与油箱外的故障

油箱内的故障：

各侧相间短路，大电流系统侧的单相接地短路、同相部分绕组之间的匝间短路

油箱外的故障：

变压器绕组引出端绝缘套管及引出短线上的故障。

主要有相间短路（两相短路与三相短路）故障，大电流侧的接地故障、低压侧的接地故障。

2．7、保护配置

短路故障的主保护：

差动保护、重瓦斯、压力释放、电流速断。

短路故障的后备保护：

复合电压闭锁过流保护、零序过流或零序方向过流保护、负序过流或负序方向过流保护、复合电压闭锁功率方向保护、低阻抗保护

异常运行保护：

过负荷、过激磁保护、变压器中性点间隙保护、轻瓦斯、温度、油位保护、冷却器全停保护

1．差动保护

差动保护分为：

纵差、零差、分侧差动。

纵差保护：

YN，d11接线方式，高压侧与低压侧相位相差30度，一般可通过改变差动TA接线方式移相（即硬件移相），由计算机软件移相。

现在一般都能实现软件移相。

零序差动保护：

是变压器大电流系统侧内部接地故障的主保护。

发生外部单相接地短路时,由于三角侧的零序电流在绕组内部形成环流,而不会输出。

这是因为输出电流为两相电流之差，将零序电流滤去了。

此时高压侧零序电流流入纵差继电器形成差流,极容易引起纵差保护误动。

为此,纵差保护在做高低压侧相位30度平衡时，往往需要滤除高压侧零序电流,高压侧零序电流不再作为故障电流流入纵差继电器,这导致内部接地故障时纵差保护灵敏度降低,不能可靠保护内部单相接地故障。

当纵差保护不能满足内部单相接地短路灵敏度要求时，需要装设零序差动保护。

零序差动保护是由高压侧、中压侧及公共绕组的零序电流滤过器构成差动回路，差动电流继电器反应三侧零序电流相量和而动作，当内部接地短路时，流入继电器的电流为故障点零序电流的总和，而与中性点的零序电流方向无关。

零序差动保护各侧TA最好是取同一型号同一变比的。

如果各侧零序的相对极性不对，则在变压器外部故障时保护要误动。

，为此应带负荷校核极性。

为了方便校核极性的正确性，变压器中性点的零序TA应为三相式，即分别在公共绕组在三相上设置TA。

分侧差动：

将变压器的某侧（通常是高压侧）绕组作为被保护对象，在该侧绕组的两端设置TA，实现差动保护。

多用于超高压大型变压器

2．复合电压闭锁过流保护：

复合电压元件由负序电压元件和低电压元件组成，负序电压反映系统的不对称故障，低电压反映系统的对称故障，即当变压器电压降低且有一相过电流、或负序电压大于整定值且有一相过电流时，保护动作。

电流：

电源侧TA二次三相电流；

电压：

书上说是取负荷侧TV二次三相电压。

但规程上升压站取电源侧，此保护作为发电机的远后备保护。

故标准图中只有一个后备保护时，升压站保护电压取电源侧。

降压站取负荷侧。

3．低阻抗保护：

保护安装侧TV二次三相电压及TA二次三相电流。

采用负序电流或相过电流启动。

即阻抗小且相电流大或阻抗小且负序电流大则动作。

4．压力保护：

变压器油箱内部故障的主保护。

原理与重瓦斯保护基本相同。

反应变压器油的压力。

当变压器内部出现故障时，温度升高，油膨胀压力增高，通过压力释放装置使油膨胀和分解产生的不正常压力得到及时释放，以免损坏油箱，造成更大的损失。

作用于信号报警或跳闸。

5．瓦斯保护——是指变压器发生内部短路（包括匝间短路），但是短路电流达不到电流保护定值时，而使被保护变压器直接跳闸的一种保护。

它属于变压器的主保护，正常运行中不能解除。

变压器按照瓦斯继电器的动作压力分为轻重两种情况，重瓦斯动作于跳闸，轻瓦斯根据情况可动作于跳闸，也可动作于信号。

瓦斯保护动作机理是由于内部短路产生电弧，电弧将击穿绝缘油，产生瓦斯气体。

因此，瓦斯保护对于油浸式变压器来说是有意义的；对于干式变压器，根本没有绝缘油的存在，谈不上瓦斯保护。

但是对于干式变压器，需要加强的是温度保护，以确保变压器线圈绝缘状况，因此干式变压器一般设置了两个层次的温度保护：

低温报警、高温跳闸，具体温度值的设定可根据变压器厂家的说明来进行。

对于油浸式变压器，也有温度保护，但大多数是采用带电接点的温度计来实现的，信号也只是动作于报警，精度较差。

干式变压器的温度保护直接采用埋在线圈内部的测量元件来实现，通过测温装置不但可以输出报警或者跳闸信号，还可以通过数字表指示出当前温度，精度要高得多。

6．油位保护及冷却器全停保护：

油位保护：

反应油箱内油位异常的保护。

发报警信号

冷却器全停保护：

大型变压器配有各种的冷却系统。

运行中，若冷却器全停，变压器温度会升高，如不用时处理，可能导致变压器绕组绝缘损坏。

冷却器全停保护，在变压器运行中冷却器全停时动作，作用于报警信号，经长延时跳闸。

7．间隙保护：

保护中性点不接地变压器中性点绝缘安全

电流：

间隙TA二次侧

电压：

高压母线TV开口三角形电压

在中性点接地系统中发生接地时，零序电流通过变压器中性线形成回路，在中性线上装设电流互感器检测零序电流构成接地保护。

但是如果所有变压器中性点都接地，那么接地点的短路电流就分流到了许多台变压器上了，造成保护灵敏度降低。

为保证保护的灵敏度，就不能将所有变压器中性点接地。

变压器大多都是分级绝缘的（全绝缘成本很高），中性点附近绝缘薄弱。

而为了防止中性点不接地变压器中性点电压在故障时升高伤害变压器绝缘，所以不直接接地的变压器中性点采用间隙保护。

由于雷击、单相接地短路故障，中性点电压升高，空气间隙被击穿引起电弧，将中性点接地。

当电压降低后，电弧熄灭，中性点又不接地了。

如果在这个间隙保护回路上加一个电流互感器，在保护动作时，电流流过发出信号，如果其他保护没有正确动作，电流一直持续，经过一定延时，也能动作跳开开关。

基本上来说接地保护是一个限制短路电流的保护而间隙保护则是为了防止变压器中性点过电压的保护

2．8、YN，d11变压器绕组接线方式及两侧电流相量图

序量经变压器传递规律：

1．零序电流传递不到小电流系统

接线组别为YN，d的变压器，高压侧的零序电流只能在低压侧三角形绕组中形成环流，而不会输出到低压侧。

这是因为输出电流为两相电流之差，将零序电流滤去了。

接线组别为YN，y的变压器，由于低压侧阻抗很大，故在低压侧不会出现零序电流。

2．正序电流的传递，同正常工况

3．负序电流的传递方向与正序电流相反