变压器保护.docx
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变压器保护
继电保护实训报告
变压器保护
系院：
电子电气工程系
班级：
P09电力二班
姓名：
金有祺
学号：
0903140214
变压器保护
一、变压器纵差保护
基尔霍夫定律
注意：
差动保护只能保护纯电路的差动保护，如母差保护，发电机保护等（长线路由于存在电容电流，也要进行补偿才能使用）。
变压器的原理
i1i2
w1w2
磁势平衡原理
但实际上存在漏磁：
等效电路
变压器接线型式
变压器接线型式不同，变换算法也不一样。
Y/Y或Y/△－11
根据接线形式需要在整定中选择正确的控制字。
1．4不平衡电流产生的原因
●各侧电流互感器型号不同。
●2、变压器分接头位置调整。
●3、互感器变比未完全匹配。
●4、存在励磁电流而且该电流是不恒定的，随着负载和一次电流变化而变化，其中影响比较大的就是励磁涌流（空投或故障恢复合闸）
由于励磁涌流只有一侧有，而且幅值非常大，是变压器保护面临的一大难题。
变压器的纵差保护是反应相间短路、高压侧单相接地短路以及匝间短路的主保护，其保护范围包括变压器套管及引出线。
变压器在空载合闸时的过励磁电流，其值可为In的数倍到10倍以上，这样大的励磁电流通常称为励磁涌流。
二、气体保护
为防止变压器内部单相绕组的匝间短路，通常在容量大于800KVA的变压器上装设有气体保护。
瓦斯保护是变压器的主要保护，该保护的元件是“瓦斯继电器”，当变压器内部发生短路等故障时，产生的气体以及变压器油会向油枕出涌动，安装在油箱和油枕连接管处的瓦斯继电器会通过检测油气的流动速度而给出“轻瓦斯”和“重瓦斯”保护动作指令，“轻瓦斯”动作于信号而“重瓦斯”则动作于跳闸。
这种保护只适用于油浸式电力变压器，瓦斯继电器的种类也有浮筒式等几种。
不论是哪一种型式的气体继电器都有两对触点：
轻瓦斯保护：
当变压器内发生轻微故障时，产生的气体较少且速度缓慢，气体上升后逐渐积聚在继电器的上部，使气体继电器内的油面下降，使得其中一个触点闭合而作用于信号。
轻瓦斯保护动作值采用气体容积大小表示：
250－300cm3
重瓦斯保护：
当变压器内发生严重故障时，强烈的电弧将产生大量的气体，油箱压力迅速升高，迫使变压器油沿着油箱冲向油枕，在油流的激烈冲击下，使另一触点接闭而动作于跳闸。
重瓦斯保护动作值采用油流速度大小表示：
0.6－1.5m/s
三、变压器的相间短路后备保护
主要有过电流保护和低阻抗保护。
凡有中性点接地的变压器，变压器的投入或停用，均应先合上各侧中性点接地隔离开关。
变压器在充电状态，其中性点隔离开关也应合上。
中性点接地隔离开关合上的目的是：
其一，可以防止单相接地产生过电压和避免产生某些操作过电压，保护变压器绕组不致因过电压而损坏；其二，中性点接地隔离开关合上后，当发生单相接地时，有接地故障电流流过变压器，使变压器差动保护和零序电流保护动作，将故障点切除。
四、变压器的过负荷保护
变压器的过负荷大多数情况下都是三相对称的，因此，过负荷保护只要接入一相，用一个电流继电器即可实现。
过负荷保护通常延时动作于信号
对于双绕组升压变压器，装于发电机电压一侧；对于三绕组升压变压器，当一侧无电源时，装在发电机电压侧和无电源一侧，当三侧都有电源时，装在所有三侧。
五、变压器的单相接地保护
1．中性点直接接地的普通变压器接地后备保护
2．中性点可能接地或不接地运行的变压器接地后备保护
1）中性点全绝缘变压器
2）分级绝缘且中性点装放电间隙的变压器
3．自耦变压器的接地后备保护
1）高、中压侧的方向零序电流保护整定计算
2）自耦变压器中性点零序过电流保护整定
六、变压器温度保护
一般设为75℃
七、冷却器故障保护
变压器短路的计算
1.我们计算变压器二次侧短路电流时，对其自身损耗忽略不计。
2.一次侧额定电压Ue1=6kV，二次侧额定电压Ue2=3.45kV，
变压器额定容量Se=3150kVA，设变压器短路容量为Sp。
3.明确短路阻抗5.5％的概念：
变压器二次侧短路时，一次侧电压达到Ue1的5.5％，则变压器的短路容量等于其额定容量Se。
4.所以得知，一次侧电压等于Ue1时，变压器短路容量Sp=Se/5.5%。
5.然后就根据可以计算短路电流：
Ip=Sp/Ue2/根号3=Se/5.5%/Ue2/根号3=9585A=9.6kA。
变压器差动保护
变压器的差动保护是反应变压器各端电流互感器二次电流流入差动继电器的电流差而动作的。
在保护范围内无故障时，差动继电器内不平衡电流应接近于零。
但在某些情况下，保护范围内无故障时差动继电器内仍有较大的不平衡电流。
本文对变压器差动保护的这个特点进行介绍，并简单分析了变压器差动保护两种误动作的原因。
差动保护是用某种通信通道将电气设备两端的保护装置纵向联接起来，并将两端的电气量进行比较，从而判断保护是否动作。
根据基尔霍夫定律，保护范围内流入与流出的电流应该相等（变压器应该归算到同侧）。
当保护范围内发生故障时，其流入与流出的电流就不相等了。
差动保护就是根据这个不平衡电流动作的。
因此，这种保护方法有很高的动作选择性和灵敏度，适用于保护大容量、强电流、高电压及对灵敏度要求高的电气设备。
所以，这种方法广泛用于保护大容量、高电压的变压器，并以其优越的保护性能成为大容量、高电压变压器的主要保护方法。
然而值得注意的是，由于变压器在结构和运行上具有一些特点，因此在实际运行中保护范围内无故障时，差动保护装置也具有较大的不平衡电流，这种不平衡电流可能引起差动保护装置的误动作。
另外，即使考虑了变压器差动保护的这些特点并加以修正，由于这种保护装置的复杂性在有些情况下也常出现一些误动作现象。
本文将就变压器差动保护两种误动作的原因加以简单的分析。
一、变压器差动保护的特点
1、变压器励磁涌流的存在
变压器励
磁电流（激磁电流）仅流经变压器的某一侧，因此通过电流互感器反应到差动回路中将形成不平衡电流。
稳态运行时，变压器的励磁电流不大，只有额定电流的2-5%。
在差动范围外发生故障时，由于电压降低，励磁电流减小。
所以这两种情况下所形成的不平衡电流都很小，对变压器的差动保护影响不大。
但是，当变压器空载投入和外部故障切除后电压恢复的情况下，则可能出现很大的励磁电流即励磁涌流。
这个现象的存在是由于变压器铁心饱和及剩磁的存在引起的，具体分析如下：
当二次侧开路而一次侧接入电网时，一次电路的方程为
u1=umcos（wt+α）=i1R1+N1dφ/dt
（1）
u1：
一次电压，
um：
一次电压的峰值，
α：
合闸瞬间的电压初相角，
R1：
变压器一次绕组的电阻，
N1：
变压器一次绕组的匝数，
φ：
变压器一次侧磁通。
由于i1R1相对比较小，在分析瞬态过程初始阶段可以忽略不计
所以
umcos（wt+α）=N1dφ/dt
dφ=（um/N1）cos（wt+α）dt
积分，得
φ=（um/N1）sin（wt+α）+c
φ=φmsin（wt+α）+cφm为主磁通峰值，c为积分常数。
设铁芯无剩磁当t=0时，φ=0所以c=-φmsinα
所以空载合闸磁通为
φ=φmsin（wt+α）-φmsinα
（2）
由
（2）式可得空载合闸磁通的大小与电压的初相角α有关考虑最不利情况
当α=900时，电压过零
φ=φmsin（wt+900）-φm=φmcoswt-φm
磁通有两个分量，周期分量φmcoswt与非周期分量φm，此时磁通的最大值为稳态时磁通的2倍。
如果同时考虑剩磁的影响这个值还要更大些。
我们知道变压器正常情况下是工作在铁芯磁化曲线的膝点附近，此时铁芯已接近或略微饱和了。
当磁通达到2倍φm以上时，铁芯就高度饱和了。
图二由磁化曲线确定合闸电流图
由图二可知此时变压器的励磁电流大幅度增加，可达额定电流的6~8倍①。
由于励磁电流只在变压器的一侧出现所以在差动继电器中会产生很大的不平衡电流，此后由于R1的存在，非周期分量衰减，φ值将减小。
综上所述，励磁涌流的大小和衰减时间与外加电压，铁芯的剩磁大小、方向，回路阻抗，变压器的容量和铁芯的性质有关。
对于三相交流变压器由于三相之间的相差1200,所以任何瞬间合闸至少有两相出现不同的励磁涌流。
2、变压器各侧绕组的接线方式不同
我国规定的五种变压器标准联结组中，35kVY/D-11双绕组变压器常被使用。
这种联结方式的变压器两侧电流相差300，要想使差动保护不发生误动作就要设法调整CT二次回路的接线和变比，使电源侧和负荷侧的CT二次电流的相差1800且大小相等。
这样就能消除Y/D-11变压器接线对差动保护的影响。
为了达到上述目的，变压器差动保护用的TA应按图三所示方式接线
根据接线图可得，对变压器差动保护设计时，变压器一次侧CT与主电路接成Y/D-5型联结组，变压器二次侧CT与主电路接为D/Y-7型联结组，这种接线方法可使差动回路中电源侧和负荷侧TA二次电流相位差1800。
但当电流互感器采用上述联结方法时，CT接成D型侧差动臂中电流又增大倍。
为使两侧电流的大小相等，在选择CT变比时应满足nLy/nLd=nT这样就消除了Y/D-11联结组对差动保护的影响。
2、电流互感器计算变比与实际变比不同
由于变压器两侧电流互感器都是根据产品目录选取标准的变比而且变压器的变比也是一定的，因此三者不能准确的满足nLy/nLd=nT的要求。
此时差动回路就有不平衡电流流过使保护装置误动。
所以通常利用差动继电器的平衡线圈来消除或减小这个差值。
即用平衡线圈弥补实际变比与理想值之间的差，使两臂电流差接近零，从而消除或尽量减小不平衡电流。
4、两侧电流互感器型号不同
如果变压器两侧互感器型号不同，它们的饱和特性、励磁电流（归算到同侧）也就不同。
因此产生在两臂的电流差就较大，它将影响保护的动作，所以应采用电流互感器的同型系数为1的互感器。
5、压器带负荷调整分接头
带负荷调整变压器的分接头是电力系统中采用带负荷调压的变压器来调整电压的方法。
改变分接头就是改变了变压器的变比，对于已调整好的差动保护装置将产生较大的不平衡电流。
由于变压器有载调压是带负荷连续调节的，而差动保护是不可以带电进行调整，所以在整定时必须考虑这个因素。
二、变压器差动保护两种误动原因的简单分析
1、二次侧负载在流过短路电流下，不能满足CT10%误差曲线的要求。
在电流互感器接入系统容量变化或新装保护投入运行时，不可忽略根据差动保护区内短路故障时穿越变压器的最大短路电流和实测的差动回路二次负荷，较核保护用CT的10%误差曲线是否满足要求。
确保CT在10%误差范围内。
如果不满足CT的10%误差曲线要求，由于CT的容量不足以提供二次负荷所需的要求，在故障时差动保护可能拒动、误动直接影响差动保护的可靠性。
此时应适当加大CT变比，并重新较核CT的10%误差曲线直到符合要求。
2、差动保护二次电流回路接地方式不当
差动保护二次电流回路接地时，各侧TA的二次电流回路必须通过一点接于地网，因为变电站的接地网络之间并非绝对等电位，在不同点之间有一定的电位差。
当发生短路故障时，有较大的电流流入地网，各点之间的电位差较大。
如果差动保护二次电流回路接在地网的不同点，它们之间的电位差产生的电流将流入保护装置，影响差动保护装置动作的准确性甚至使之误动。
所以各侧CT的二次电流回路应并联后接到保护装置的差动电流回路中，所有电流回路必须在并联的公共点处接地。
•电力变压器保护的配置
电力变压器的微机保护和常规保护的配置原则基本上是一样的，但由于微机保护软件化的特点，一般微机保护的配置比较齐全、灵活。
一、中、低压变电所主变压器的保护配置：
（一）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。
（二）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的软件硬件均相互独立。
1、小电流接地系统变压器后备保护的配置：
（1）复合电压闭锁方向过流保护；
（2）过负荷保护；
（3）主变过温告警（或跳闸）；
（4）TV断线告警或闭锁保护。
2、大电流接地系统变压器后备保护的配置
对于高压侧中性点接地的变压器，除复合电压闭锁方向过电流保护、过负荷保护、冷控失电，过温保护、TV断线告警或闭锁保护之外，还应该考虑设置接地保护。
通常针对以下三种接地方式配置不同的保护：
（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，配置一套两时限式间隙零序过流保护。
对于双卷变压器，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）；对于三卷变压器，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，而不作为变压器本身的后备保护。
因为一般变压器均装有瓦斯保护和一套主保护，再有一套高压侧（即主电源侧）的后备保护就足够了。
二、高压、超高压变电所主变的保护配置
（一）主保护配置
（1）比率制动式差动保护，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（间断角）或对称识别原理（波形对称）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。
（二）后备保护配置
高压侧后备保护可按如下方式配置
（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。
中压侧后备保护同高压侧。
低压侧后备保护设过流保护及零序过压保护。
三、自耦变压器的保护配置
1、与同容量普通变压器相比，自耦变压器可以省去一个绕组，其绕组容量要比相应的普通变压器小，外形尺寸小，具有节约材料、降低造价、减少损耗、便于运输和安装、极限制造容量大等优点，所以在超高压大容量系统中得到广泛应用。
2、对于相间短路保护，自耦变压器与普通变压器没有原则上的差别。
在组成比率制动式自耦变压器相间短路差动保护时，高、中压侧CT二次侧三相总是接成△，这种接线对相间短路毫无问题，但是对高、中压侧单相或两相接地短路，由于零序电流被滤去，保护灵敏度可能受到严重影响，如果这种差动保护对接地短路灵敏度不足，则有必要增设零序差动保护。
3、由于三绕组自耦变压器的各侧绕组的容量关系不一样，S1：
S2：
S3=1：
1：
（1-1/K12），可能只在一侧出现过负荷。
因此一般各侧都应装设过负荷保护。
•变压器怎样防止励磁涌流
变压器空投入系统或在系统故障切除后电压又恢复时会产生很大的励磁涌流，其值可达变压器额定电流的6~8倍，并且在主变一侧产生，所以将产生很大的差流。
励磁涌流有以下特点：
（1）包含有很大成分的非周期分量，往往使涌流偏于时间轴的一侧；
（2）包含有大量的高次谐波分量，并以二次谐波为主，一般约占基波分量的40%以上；
（3）励磁涌流波形出现间断；
防止励磁涌流影响的方法有：
（1）常规保护中采用具有速饱和铁芯的差动继电器；
（2）按照比较波形间断角来鉴别内部故障和励磁涌流。
（3）利用二次谐波制动；
（4）利用波形对称识别原理的差动保护（利用三相差流波形的对称性作为鉴别励磁涌流和故障波形的依据）。
（5）大型变压器（500kV及以上）差动保护中防止过励磁影响的方法：
五次谐波制动
•变压器的后备保护
•主变零序保护适用于110kV及以上电压等级的变压器。
由主变零序电流、零序电压、间隙零序电流元件构成，根据不同的主变接地方式分别设置如下三种保护形式：
中性点直接接地保护方式、中性点不直接接地保护方式、中性点经间隙接地的保护方式。
•
•
（1）中性点直接接地保护方式
•变压器中性点直接接地的零序保护方式一般是由两段式的零序电流构成，可选择经或者不经零序电压闭所。
两段的时限可分别设置，一般I段时限跳母联断路器或者跳三绕组变压器中压侧有电源线路；II段跳本侧或者全部跳开断路器。
需要注意的是，目前微机保护均不采用零序过流时跳另一台不接地变压器的方式，以避免两台主变的后备保护相互联系造成的接地混乱，也可以避免变压器中性点切换时因未切换保护压板引起的误动现象。
•
•
（2）中性点不直接接地保护方式
•在发电厂或变电所有两台及以上变压器并列运行时，为限制接地故障时的零序电流，通常只有一部分变压器的中性点接地，另一部分变压器的中性点不接地。
变压器中性点不接地的运行方式有时根据需要也可以切换为中性点接地的运行方式。
此类变压器需装设零序无流闭锁零序过电压保护。
中性点不接地运行时，不会出现I0，不闭锁零序过压保护。
当中性点改接地运行时，发生接地故障时出现I0，即闭锁零序过压保护。
•
中性点不直接接地保护方式时应注意零序电压时限应要求大于零序过流I段的时限而小于零序II段的时限，这样安排时限的目的是保证中性点不接地变压器先跳闸，接地变压器后跳闸。
在发生接地故障时，零序过流I段先动作解列母联，使两台主变分列运行。
解列后如故障消失，则表明故障不在本变压器保护范围内。
解列后如故障仍存在，对中性点不接地变压器可由零序电压保护跳闸切除故障；对于中性点接地变压器，由于仍有零序电流而闭锁零序电压保护，由零序II段跳闸，最终全部切除故障。
（3）中性点经放电间隙接地保护方式
变压器中性点经放电间隙接地，对分级绝缘变压器的中性点绝缘薄弱部分，可以起到过电压保护的作用，尤其是对220kV以上电压等级的变电所，断路器有非全相跳、合闸的情况。
非全相跳合闸时如出现系统失步，中性点与地之间电压有可能升至两倍的最高运行相电压，这时零序电压保护因有延时，将危害变压器绝缘安全不能起到保护作用。
为此，在变压器装设放电间隙作为过电压保护。
在放电间隙放电时，应避免放电时间过长。
为此对于这种接地方式，应装设专门的反应间隙放电的零序电流保护，其任务是及时切除变压器，防止间隙长时间放电。
间隙零序电流保护是由间隙零序过流和零序过压元件按并联逻辑方式构成的。
当系统接地故障时，如间隙放电，间隙零序过流元件动作，经延时保护动作；若放电间隙不放电，则利用零序电压元件动作实现零序保护。
间隙零序电流保护时限也是I段两时限方式，第一时限跳母联开关，第二时限跳变压器各侧开关。
•变压器保护的电流平衡整定
1、稳态情况下的不平衡电流
（1）由于变压器各侧电流互感器型号不同，即各侧电流互感器的饱和特性不同引起的不平衡电流。
（2）由于实际的电流互感器变比和计算变比不同引起的不平衡电流；
（3）由于改变变压器调压分接头引起的不平衡电流。
（4）由于各侧电流相位不同引起的不平衡电流。
（5）变压器正常运行时的励磁电流引起的（3~5%）。
2、暂态情况下的不平衡电流
（1）由于短路电流的非周期分量主要为电流互感器的励磁涌流，使其铁芯饱和，误差增大而引起不平衡电流；
（2）变压器空载合闸的励磁涌流，仅在变压器一侧有电流。
三、结束语
变压器差动保护是变压器的主保护，要求有很高的可靠性，而变压器结构复杂，独具特点，所以必须严格按规程要求认真分析各个细节，了解变压器差动保护的特点，采用相应措施，杜绝事故发生，保证保护可靠动作。
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