国家电网继电保护培训课程----变压器保护.ppt

1、变压器的故障率及保护动作情况变压器的故障率及保护动作情况1）2001年全国共有220KV变压器3048台，全年共发生83次故障，其中30次本体故障，53次外部故障。故障率为2.723%。2）“九五”期间，220kV及以上系统继电保护正确动作率平均达97.21，2000年已超过98.5；但2001年220KV及以上变压器保护动作总次数为252次，正确动作208次，误动43次，拒动1次，正确动作率82.54%，变压器差动保护的正确动作率更变压器差动保护的正确动作率更低，约在低，约在60%左右左右。严重威胁系统的安全。造成这一结果的原因是多方面的，有管理的不足；有技术的缺陷；有当前工作人员的素质问题

2、，包括设计、制造、整定调试、运行维护诸方面的失误。变压器的保护种类：变压器的保护种类：1）瓦斯保护；2）电流速断保护；3）纵差保护；4）零差保护；5）过流保护（低压闭锁过流保护、复合电压闭锁过流、负序电流保护和单相式低电压起动过电流保护、零序电流电压保护）；6）过负荷保护；7）过励磁保护。瓦斯保护瓦斯保护：是反应故障时的气体而构成的保护，是油箱内部故障的主保护，800KVA及以上的油浸式变压器和400KVA及以上的车间内油浸变压器均应装设瓦斯保护。有载调压开关亦应装设瓦斯保护。瓦斯保护对变压器内部故障反应较为灵敏，因而它是变压器内部故障的主保护。但它不能保护变压器本体外的故障，因此，需要设置差

3、动保护，以确保变压器安全、正常地运行。变压器局部发生击穿或短路故障时，常常是破坏绝缘或变压器油产生气体。监视气体发生的速度，分析气体的各种特征及成份，可以间接地推测故障发生的原因、部位和严重程度，在变压器出现突然性严重故障时自动报警或切断电源。瓦斯保护主要由气体继电器构成，瓦斯保护主要由气体继电器构成，气体继电器在安装时，应该使变压器内贮存空气及在故障时使空气迅速可靠地进入气体继电器，保证正确动作。瓦斯保护分为两种：瓦斯保护分为两种：一是轻瓦斯保护动作于信号，另一种是一是轻瓦斯保护动作于信号，另一种是重瓦斯保护动作于断路器跳闸。重瓦斯保护动作于断路器跳闸。当箱内故障产生轻微瓦斯或油面下降时，动

4、作于信号，当产生大量瓦斯时，动作于跳闸。轻瓦斯保护动作，通常有下列原因轻瓦斯保护动作，通常有下列原因：(1)因进行滤油、加油和启动强油循环装置而使空气进入变压器。(2)因温度下降或漏油致使油面缓慢低落。(3)因变压器轻微故障而产生少量气体。(4)由于外部穿越性短路电流的影响。(5)因直流回路绝缘破坏或接点劣坏引起的误动作。引起重瓦斯保护动作跳闸的原因引起重瓦斯保护动作跳闸的原因：可能是由于变压器内部发生严重故障，油面剧烈下降或保护装置二次回路故障，在某种情况下，如检修后油中空气分离的太快，可能导致瓦斯保护动作于跳闸。定时限过电流保护：定时限过电流保护：定时限过电流保护是指起动电流按照躲开最大负

5、荷电流来整定的一种保护。它在正常运行时不动作。而在有故障时，则反应电流的增大而动作。三绕组变压器过流保护的特点：三绕组变压器过流保护的特点：在发生外部短路时，要求只断开故障一侧的断路器，而使变压器的另外两侧仍然可以继续运行，以提高供电可靠性。1）对单侧电源的变压器应装设两套过流，一套装在负荷侧，时间为t1，动作于本侧断路器，另一套装在电源侧，有二个时限为t2和t3，分别动作于另一负荷侧和变压器三侧，时限配合为t1t2t3。2）对二侧电源的三绕组变压器应装设三侧过流，在动作时限较小的一个电源侧加方向，以保证选择性。过励磁保护：过励磁保护：由于变压器发生过励磁故障时并非每次都造成设备明显破坏，往往

6、容易被人忽视。当过励磁发生时，铁芯饱和，励磁电流急剧增加，铁损增加，铁芯温度上升，加速绝缘老化，使绕组的绝缘强度和机械性能恶化，还可能造成绕组对铁芯的主绝缘损坏，而且油箱内壁油漆熔化还会使变压器油污染。继电保护和安全自动装置技术规程DL400-91规定高压侧电压为500KV的变压器，对频率降低和电压升高引起的变压器工作磁密过高，应装设过励磁保护，保护由两段组成，低定值段动作于信号，高定值段动作于跳闸。负序电流保护和单相低电压起负序电流保护和单相低电压起动过电流保护：动过电流保护：一般用于63MVA及以上的升压变压器。不对称短路后备保护采用负序保护，对称短路后备保护采用单相低电压起动过电流保护。

7、接地保护：接地保护：在大接地电流系统中的变压器，一般要求在变压器上装设接地（零序）保护，以作为变压器本身主保护的后备保护和相邻元件接地短路的后备保护，系统接地短路时，零序电流的大小和分布与系统中变压器中性点接地的数目和位置有很大关系。考虑变压器中性点接地的位置和数目时，一般应使零序电流的分布尽可能保护不变，保护零序保护有足够的灵敏度和不使变压器承受危险过电压。1）在多电源系统中，每个发电厂至少有一台变压器的中性点接地，以防止发生由于接地短路引起的危险过电压。2）在发电厂和低压侧有电源的变电所的变压器多于一台时，应该将部分变压器的中性点接地。当接地的变压器检修或由于其它原因停运时，可将另一台变压

8、器接地，以保持变压器接地数目不变，从而保持零序电流的分布基本不变。采用部分变压器中性点接地方式后，当接地变压器跳闸后，低压侧有电源的不接地变压器仍电接地故障运行，高压侧就成为不接地系统，从而产生危险的过电压。故应有保护将中性点不接地变压器也切除。3）低压无电源的变压器的中性点多采用不接地运行，以提高保护的灵敏度和简化保护接线（可不装设方向元件）。(P204)并联运行变压器部分中性点接地时的零序保护：并联运行变压器部分中性点接地时的零序保护：当变电所有两台以上变压器并联运行时，通常只有一部分变压器中性点接地，而另一部分变压器的中性点则不接地。这时，中性点不接地的变压器上无法实施零序电流保护，而且

9、在发生接地故障时，对分接绝缘变压器还可能带来危害。所以，在变压器部分接地的变电所中，发生接地短路后，应先切除中性点不接地的变压器。目前广泛采用的一种由零序电流元件和零序电压元件组成的零序保护。零序电压保护是变压器中性点不接地运行方式下的零序保护,动作时间为t2，零序电流保护用作变压器中性点接地运行方式下的零序保护，动作时间为t1。为了保证发生单相接地短路时，先切除中性点不接地的变压器，t1应比t2大一个时间级差。此外，在这种零序保护中还设有一个小母线M，任何一台中性点接地变压器的零序电流保护动作后，将正电源加到这个小母线上，以便向中性点不接地变压器的零主观性电压保护提供操作电源。变压器差动保护

10、原理：变压器差动保护原理：差动保护是按环流原理设计的。差动保护采集的模拟量输入I1、I2、I3：三侧二次电流，由(Il十I2十I3)构成差动电流，作为保护的动作量，即(Il十I2十I3)整定值时，差动保护就动作，跳变压器各侧断路器。1)正常运行和外部故障时，接于变压器两侧电流互感器都有电流流过，高压侧电流I1、I2与低压侧电流I3，大小相等，方向相反，因而在差动保护中流过的电流为0，保护不会动作。2)差动保护的保护范围发生短路等故障时，只有接于高压侧互感器流过短路故障电流，而低压一、二次侧电流均为零。此时流入差动保护内的电流为短路电流 若此值大于保护动作整定值，则差动保护动作。差动保护的保护范

11、围为变压器各侧安装差动电流差动保护的保护范围为变压器各侧安装差动电流互感器之间的一次电气部分互感器之间的一次电气部分：1)变压器引出线及变压器线圈发生多相短路；2)变压器线圈单相严重的匝间短路；3)在大电流接地系统中变压器线圈与铁芯及引出线上的接地故障。当变压器的差动保护动作于跳闸时，如有备用变压器、应首先将备用变压器投入，然后对差动保护范围内各部分进行检查。主要进行下列检查：(1)检查变压器套管是否完整，连接变压器的母线上是否有闪络的痕迹。(2)检查电缆头是否有损伤，电缆是否有移动现象。若检查结果没有上述现象，则应查明变压器内部是否有故障。当变压器内部有损伤时，则不允许将变压器合闸送电。有时

12、，差动保护在其保护范围外部发生短路时，可能会误动作，如果变压器没有损伤的迹象时，则应检查差动保护的直流回路。若没有发现变压器故障，就可空载合闸试送电；合闸后，经检查正常时，方可与其它线路接通。若跳闸时，一切都正常时，则可能为保护误动作。此时应将各侧的断路器和隔离开关断开，由试验人员试验差动保护的整套装置。若差动保护动作正确时则必须将故障找出。并消除后，方允许将变压器投入运行。差动保护一般应用差动保护一般应用1、并列运行的变压，容量为6300kVA以上时；2、单独运行的变压器，容量为10000kVA以上时；3、发电厂厂用工作变压器和工业企业用的重要变压器，容量为6300KVA以上时。变压器差动保

13、护的关键：变压器差动保护的关键：1）区外故障时最大不平衡电流与内部故障时灵敏度间的矛盾。2）正确识别励磁涌流和内部故障时的短路电流。解决第一个问题的方法主要解决第一个问题的方法主要是采用比率制动原理，其制动特性可以是三折线段组成；此外还可以采用故障分量比率差动原理、标积制动原理和相角比较式差动原理。解决第二个问题解决第二个问题主要采用二次谐波制动、鉴别电流波形间断角大小原理和波形对称原理。纵差保护值得注意的几个问题纵差保护值得注意的几个问题1、Y/变压器的相位变换2、变压器带负荷调压3、互感器误差4、互感器断线5、互感器饱和6、励磁涌流 二次谐波制动原理的优势二次谐波制动原理的优势是对采样速率

14、和测量要求相对较低，算法上容易实现；二次谐波特征量容易提取。不足：不足：由于电力系统的结构逐步向高电压大容量发展，线路变压器组接线方式普通的采用。变压器低压侧由于静止无功补偿器的大量使用。所以在变压器内部故障时也会产生大量二次谐波分量，延缓差动保护的动作速度。易受系统其它因素产生的谐波的影响，如超高压输电线的分布电容，变压器低压例的串补电容，变电所电缆电容以及CT饱和产生的谐波。导致变压器内部故障时仍含有较大谐波分量。由于采用三相或制动方式，会出现故障变压器空投时非故障相闭锁故障相的现象，导致变压器保护延时动作，由于励磁涌流的衰减与变压器合闸回路的电阻电感等参数相关，其时间常数可能较大，因而不

15、利于迅速切除故障。间断角制动原理的比率差动保护间断角制动原理的比率差动保护目前在高电压等级的变压器保护中使用日益广泛，其主要优势是能提高差动保护的动作速度，特别是对于空投变压器的内部故障的切除，其速度大大快于以二次谐波制动原理构成的比率差动保护，但因间断角存在缩小和消失的情况，所以其对采样速率和测量精度要求比较高。目前间断角原理构成的比率差动保护普遍采用每周波48点的高采样速率，使用AD采样变换原理的已经普遍采用14位AD；另外CT饱和会导致二次侧励磁涌流的畸变，造成间断角消失，而变压器剩磁倍数的大小与间断角的大小也存在一定的关系。当剩磁倍数大于0.6时间断角极小，难于判断，这些因素均会造成间断角制动原理的比率差动保护难以实现，目前提出的解决办法是在算法上进行改进(如二次微分法，分段函数法)和提高制动门槛来有效恢复间断角，但随之也产生了判据趋于复杂和不利于保护快速动作的问题。波形对称制动原理的比率差动保护波形对称制动原理的比率差动保护是利用差动电流导数的前、后半波的对称性比较来识别涌流与故障电流，从原理上补偿了二次谐波和间断角原理的不足，其优势是能保持可靠安全动作，但动作时间上可能受判据的影响，判据算法上也存在趋于复杂的不足。纵差保护与分侧差动保护1.纵差2.分侧差动