7.1變壓器繼電保護(hù)配置第7章變壓器保護(hù)7.1.1變壓器的故障及不正常工作狀態(tài)220kV主變保護(hù)CT/PT配置接線圖7.1.1變壓器的故障及不正常工作狀態(tài)

變壓器的故障類型油箱內(nèi)部故障：繞組匝間，繞組相間，中性點(diǎn)接地側(cè)的接地短路。油箱外部故障：套管和引出線上發(fā)生的相間短路和接地短路。7.1.1變壓器的故障及不正常工作狀態(tài)

變壓器的不正常工作情況外部短路引起的過電流；外部短路引起的中性點(diǎn)過壓；過負(fù)荷；油面降低；油溫升高；過勵(lì)磁。

變壓器應(yīng)裝設(shè)的繼電保護(hù)裝置一般裝設(shè)以下保護(hù)：1.瓦斯保護(hù)2.縱差動(dòng)保護(hù)或電流速斷保護(hù)3.相間后備保護(hù)4.接地后備保護(hù)5.過負(fù)荷保護(hù)6.過勵(lì)磁保護(hù)7.其他保護(hù)，如冷卻器故障、壓力釋放等主保護(hù)配置后備保護(hù)配置7.2瓦斯保護(hù)第7章變壓器保護(hù)7.2.1瓦斯保護(hù)簡(jiǎn)介瓦斯保護(hù)是變壓器的主保護(hù)之一。瓦斯保護(hù)的主要元件是瓦斯（氣體）繼電器，安裝位置在油箱與油枕的連接導(dǎo)管中。瓦斯繼電器油枕7.2.2氣體繼電器的工作原理下開口杯

上開口杯干簧觸點(diǎn)干簧觸點(diǎn)平衡錘放氣閥探針支架擋板進(jìn)油擋板永久磁鐵永久磁鐵FJ3-80型氣體繼電器的結(jié)構(gòu)圖7.2.2氣體繼電器的工作原理QJ1-80型氣體繼電器結(jié)構(gòu)圖罩

頂針

氣塞

磁鐵開口杯重錘探針開口銷彈簧擋板磁鐵螺桿干簧觸點(diǎn)調(diào)節(jié)桿

干簧觸點(diǎn)套管

排氣口

7.2.2氣體繼電器的工作原理

輕瓦斯動(dòng)作于信號(hào)輕瓦斯動(dòng)作后應(yīng)檢查變壓器油樣，判別故障類型、程度

重瓦斯動(dòng)作于跳閘，同時(shí)發(fā)出信號(hào)通常氣體容積的整定范圍為250～300CM3

一般油流流速整定范圍為0.6～1.5m/s

7.2.2氣體繼電器的工作原理

瓦斯保護(hù)的主要優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，靈敏性高，能反應(yīng)變壓器油箱內(nèi)的各種故障。特別是能反應(yīng)輕微匝間短路。它也是油箱漏油或繞組、鐵芯燒損的唯一保護(hù)。瓦斯保護(hù)不能反應(yīng)變壓器套管和引出線的故障，需與縱差動(dòng)保護(hù)一起作為變壓器的主保護(hù)。7.3縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)基本原理簡(jiǎn)介第7章變壓器保護(hù)變壓器縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)，也可稱為變壓器差動(dòng)或變壓器縱差，其基本原理與線路縱差保護(hù)的原理類似，變壓器內(nèi)部短路故障使得差動(dòng)電流有明顯變化時(shí)，保護(hù)動(dòng)作，正常運(yùn)行時(shí)與外部故障時(shí)，保護(hù)不動(dòng)作。南瑞RCS978微機(jī)變壓器保護(hù)裝置

7.3縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)基本原理簡(jiǎn)介

變壓器縱差動(dòng)保護(hù)與輸電線路縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的基本原理相同。變壓器縱差動(dòng)保護(hù)的原理

核心問題仍是不平衡電流問題7.3縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)基本原理簡(jiǎn)介雙繞組單相變壓器縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)接線示意圖7.3縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)基本原理簡(jiǎn)介

7.3縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)基本原理簡(jiǎn)介三繞組變壓器差動(dòng)保護(hù)配置示意圖7.3縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)基本原理簡(jiǎn)介對(duì)應(yīng)于圖a為高壓側(cè)采用非內(nèi)橋接線，只有一路電流引入差動(dòng)保護(hù)，則差動(dòng)電流及制動(dòng)電流的常用求法為對(duì)應(yīng)于圖b為高壓側(cè)采用非內(nèi)橋接線，當(dāng)采用內(nèi)橋接線時(shí)，有2個(gè)高壓側(cè)電流需要引入差動(dòng)保護(hù)，則差動(dòng)電流及制動(dòng)電流的常用求法為變壓器縱差動(dòng)保護(hù)不平衡電流產(chǎn)生的原因分析不平衡電流形成原因計(jì)算不平衡電流大小整定差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作值躲過不平衡電流影響減小不平衡電流采取技術(shù)措施降低動(dòng)作值，提高靈敏度7.3縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)基本原理簡(jiǎn)介變壓器差動(dòng)保護(hù)不平衡電流產(chǎn)生的原因有：

TA勵(lì)磁特性不一致

變壓器各側(cè)電流不同相

TA變比標(biāo)準(zhǔn)化

調(diào)整分接頭

勵(lì)磁電流及勵(lì)磁涌流差動(dòng)保護(hù)共同問題變壓器差動(dòng)保護(hù)特殊問題7.3縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)基本原理簡(jiǎn)介7.4勵(lì)磁涌流分析與對(duì)策第7章變壓器保護(hù)7.4.1勵(lì)磁電流與勵(lì)磁涌流

勵(lì)磁電流及勵(lì)磁涌流勵(lì)磁電流屬于不平衡電流。勵(lì)磁電流較小，2～10％額定電流，整定時(shí)很容易躲過。變壓器空載合閘或外部故障切除時(shí)，電壓突變，變壓器產(chǎn)生勵(lì)磁涌流，對(duì)差動(dòng)保護(hù)影響很大。如何躲避勵(lì)磁涌流影響，是研究變壓器差動(dòng)保護(hù)面臨的主要難點(diǎn)之一。7.4.1勵(lì)磁電流與勵(lì)磁涌流※勵(lì)磁涌流產(chǎn)生的原因根據(jù)能量守恒定律，鐵芯中的磁通不能突變。+

m-

m

suru

per

aperT/2Tωt,u變壓器

.m=2

m+

sur

per+aper+

sur

per周期分量穩(wěn)態(tài)磁通

aper非周期分量暫態(tài)磁通

sur剩磁當(dāng)電壓突變時(shí)7.4.1勵(lì)磁電流與勵(lì)磁涌流ωt

.mimiim

ωt

.m半周波后磁通達(dá)到最大由于鐵芯飽和電流激增im7.4.1勵(lì)磁電流與勵(lì)磁涌流勵(lì)磁涌流錄波（空載合閘）7.4.1勵(lì)磁電流與勵(lì)磁涌流※勵(lì)磁涌流的波形特點(diǎn)3.波形存在間斷角。2.含有大量高次諧波，其中以二次諧波成分為主。1.含有較大的非周期分量；波形偏于時(shí)間軸一側(cè)，嚴(yán)重不對(duì)稱。7.4.2相應(yīng)對(duì)策二次諧波判據(jù)是利用變壓器勵(lì)磁涌流差流波形含有豐富的二次諧波這一特征進(jìn)行勵(lì)磁涌流判別。波形對(duì)稱判據(jù)是利用故障時(shí)差流基本是工頻正弦波，上半波與下半波對(duì)稱，而勵(lì)磁涌流由于有大量的諧波分量存在，利用波形畸變間斷的不對(duì)稱特征進(jìn)行勵(lì)磁涌流判別。工程中常用的勵(lì)磁涌流判別方法二次諧波制動(dòng)波形對(duì)稱性判別當(dāng)差動(dòng)電流波形具有間斷角（如大于600）時(shí)，判為勵(lì)磁涌流情況，閉鎖差動(dòng)保護(hù)。間斷角原理判別勵(lì)磁涌流中含有5次諧波分量，同時(shí)，為使變壓器在過勵(lì)磁狀態(tài)下，差動(dòng)保護(hù)不誤動(dòng)，通常采用5次諧波電流制動(dòng)差動(dòng)保護(hù)。5次諧波制動(dòng)勵(lì)磁涌流產(chǎn)生原因勵(lì)磁涌流波形特點(diǎn)防止勵(lì)磁涌流影響方法電壓突變，磁通不能突變，產(chǎn)生暫態(tài)磁通，鐵芯嚴(yán)重飽和，勵(lì)磁電流激增含有很大非周期分量，波形嚴(yán)重不對(duì)稱含有較大二次諧波分量波形具有間斷角直流助磁，識(shí)別波形不對(duì)稱二次諧波閉鎖（制動(dòng)）間斷角鑒別空載合閘或外部故障切除時(shí)，小結(jié)5次諧波閉鎖（制動(dòng)）7.5差動(dòng)保護(hù)的相位補(bǔ)償與數(shù)值補(bǔ)償?shù)?章變壓器保護(hù)

變壓器各側(cè)電流不同相

對(duì)于Y，d11型變壓器，正常運(yùn)行時(shí)d側(cè)電流超前Y側(cè)電流300，形成不平衡電流。對(duì)策：相位補(bǔ)償將變壓器各側(cè)二次電流調(diào)整為同相相位補(bǔ)償“外轉(zhuǎn)角”補(bǔ)償以Y，d11接線組別為例，所謂“外轉(zhuǎn)角”，即將高壓側(cè)A相電流互感器的極性端與B電流互感器的非極性端相連，B相極性端與C相非極性端相連，C相極性端與A相非極性端相連，從而構(gòu)成一個(gè)三角性連接。再分別從各相的極性端引出電流；低壓側(cè)電流互感器仍以星形方式接入保護(hù)?！皟?nèi)轉(zhuǎn)角”補(bǔ)償以Y，d11變壓器降壓變壓器為例?！皟?nèi)轉(zhuǎn)角”是指：變壓器各側(cè)電流互感器二次均采用星型接線，由保護(hù)裝置軟件進(jìn)行相位的調(diào)整，目的是使得正常運(yùn)行時(shí)，兩側(cè)差動(dòng)電流相量處于一條直線上，且相角差為180°。7.5.1外轉(zhuǎn)角cbaCBAKD1KD2KD3一次電流二次電流一次電流二次電流7.5.1外轉(zhuǎn)角

一次電流縱差動(dòng)保護(hù)電流相量圖二次電流Y側(cè)△側(cè)不同相7.5.1外轉(zhuǎn)角采用相位補(bǔ)償接線后，對(duì)于TA接成三角形的一側(cè)，流入差動(dòng)臂的電流增加了，應(yīng)對(duì)該側(cè)的TA變比進(jìn)行修正。變壓器星形側(cè)電流互感器變比變壓器三角形側(cè)電流互感器變比7.5.2內(nèi)轉(zhuǎn)角

、

、

在相位上分別超前繞組中的電流

、

、

各30°相角。因此在正常運(yùn)行時(shí)，低壓側(cè)電流、、分別超前、、各30°相角。Y，d11型變壓器“內(nèi)轉(zhuǎn)角”相位補(bǔ)償接線圖“外轉(zhuǎn)角”目前已很少采用。本節(jié)主要介紹“內(nèi)轉(zhuǎn)角”。7.5.2內(nèi)轉(zhuǎn)角

在數(shù)字式保護(hù)中，可由繼電保護(hù)軟件通過算法進(jìn)行調(diào)整。第一種方式是由星形側(cè)向角形側(cè)調(diào)整，即星形側(cè)各相電流向逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)角30°；第二種方式是角形側(cè)向星形側(cè)調(diào)整，即角形側(cè)各相電流向順時(shí)針方向轉(zhuǎn)角30°。Y，d11型變壓器內(nèi)轉(zhuǎn)角時(shí)流入差動(dòng)臂的電流相位關(guān)系示意圖7.5.2內(nèi)轉(zhuǎn)角

角型側(cè)次電流維持原狀（不做修改），高壓側(cè)（星型側(cè)）轉(zhuǎn)角公式為7.5.2內(nèi)轉(zhuǎn)角

高壓側(cè)（星型側(cè)）轉(zhuǎn)角公式為

低壓側(cè)（角型側(cè)）轉(zhuǎn)角公式為7.5.2內(nèi)轉(zhuǎn)角完成轉(zhuǎn)角同時(shí)，消除外部故障零序電流對(duì)差動(dòng)保護(hù)的影響注意1上述轉(zhuǎn)角方式只能選擇一種；2通過相量相減或單獨(dú)減去零序分量的方式，適應(yīng)零序電流無法穿越變壓器情況；3轉(zhuǎn)角的同時(shí)，還要配合數(shù)據(jù)補(bǔ)償，才能使正常時(shí)差動(dòng)電流接近于零；在正常運(yùn)行與區(qū)外不對(duì)稱故障時(shí)，該轉(zhuǎn)角法都能有效。4影響差動(dòng)保護(hù)正確動(dòng)作的因素星三角聯(lián)結(jié)的變壓器組存在的相位偏移；勵(lì)磁涌流、過勵(lì)磁與電流互感器飽和；不同電壓等級(jí)的CT型號(hào)、變比與特性不同變壓器自身變比的變化；電流互感器未完全匹配造成的誤差等。差動(dòng)保護(hù)性能的優(yōu)劣，主要體現(xiàn)在對(duì)于這些因素的處理技術(shù)方面。123457.5.3數(shù)值補(bǔ)償方法

數(shù)值補(bǔ)償目的7.5.3數(shù)值補(bǔ)償方法假設(shè)變壓器兩側(cè)電流互感器均采用星形接線，相位補(bǔ)償采和“內(nèi)補(bǔ)償”方式，即轉(zhuǎn)角后并不改變二次電流的大小。（1）第一步

——變壓器容量（kVA）；——高壓側(cè)額定電壓（kV）；——高壓側(cè)電流互感器變比。7.5.3數(shù)值補(bǔ)償方法

——變壓器容量（kVA）；——高壓側(cè)額定電壓（kV）；——高壓側(cè)電流互感器變比。（3）第三步求取平衡系數(shù)Kb，使上述兩電流相等。7.5.3數(shù)值補(bǔ)償方法【例7-1】

【解】

計(jì)算結(jié)果如下表所示7.6比率制動(dòng)特性分析第7章變壓器保護(hù)7.6.1

其他不平衡電流分析

勵(lì)磁涌流及變壓器的轉(zhuǎn)角所產(chǎn)生的不平衡電流，可以通過相應(yīng)的技術(shù)手段加以躲過或者消除。

除此之外，在變壓器正常運(yùn)行或外部故障時(shí)，差動(dòng)回路中仍將有不平衡電流出現(xiàn)。

主要有以下三種因素：（1）各側(cè)電流互感器勵(lì)磁特性不一致（2）電流互感器計(jì)算電流比與實(shí)際電流比不同（3）變壓器帶負(fù)荷調(diào)節(jié)分接頭在穩(wěn)態(tài)情況下，不平衡電流二次值

為

7.6.1

其他不平衡電流分析不平衡電流與穿越電流成正比，存在不平衡系數(shù)。7.6.2比率制動(dòng)原理

目前，數(shù)字式變壓器縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)也采用比率制動(dòng)特性，與第五章所介紹的光纖電流差動(dòng)保護(hù)中比率制動(dòng)原理基本類似。

下面仍以兩繞組變壓器為例，介紹目前數(shù)字式保護(hù)常用的比例制動(dòng)特性。與線路電流差動(dòng)保護(hù)相比，兩種保護(hù)在差動(dòng)電流的取法一致，但變壓器差動(dòng)保護(hù)中制動(dòng)電流

取兩側(cè)電流幅值的平均值，與線路電流差動(dòng)保護(hù)的取法不同。比率制動(dòng)原理7.6.2比率制動(dòng)原理比率制動(dòng)特性曲線及內(nèi)部故障動(dòng)作特性示意橫坐標(biāo)

為制動(dòng)電流，縱坐標(biāo)

為差動(dòng)電流，

虛線代表隨著

增大，不平衡電流也隨之增大。7.6.2比率制動(dòng)原理圖中ABC折線代表動(dòng)作邊界，邊界的上方為動(dòng)作區(qū)。ABC折線對(duì)應(yīng)的動(dòng)作方程為7.6.2比率制動(dòng)原理圖中，起始無制動(dòng)段對(duì)應(yīng)AB線段，對(duì)應(yīng)上方公式；BC線段對(duì)應(yīng)制動(dòng)段，對(duì)應(yīng)下方公式。注意，與線路電流差動(dòng)保護(hù)不同，在變壓器差動(dòng)保護(hù)中，BC斜線并不一定通過坐標(biāo)原點(diǎn)。7.6.2比率制動(dòng)原理

7.6.2比率制動(dòng)原理（2）雙側(cè)電源內(nèi)部故障有制動(dòng)與線路電流差動(dòng)保護(hù)分析過程類似。

7.6.2比率制動(dòng)原理（3）單側(cè)電源內(nèi)部故障有制動(dòng)

單側(cè)電源情況下，假設(shè)高壓側(cè)為電源側(cè)，則有Id=Ih，制動(dòng)電流Ires=Ih/2

。單側(cè)電源內(nèi)部故障時(shí)，差動(dòng)電流始終為制動(dòng)電流的兩倍。由圖可知，差動(dòng)電流值大于動(dòng)作電流值，保護(hù)動(dòng)作。7.6.2比率制動(dòng)原理

7.6.2比率制動(dòng)原理同理，當(dāng)變壓器外部較近處發(fā)生故障或發(fā)生較嚴(yán)重故障時(shí)，將有較大的短路電流Icro“穿過”變壓器，假設(shè)高壓側(cè)為電源側(cè)，差動(dòng)電流即為不平衡電流二次值，即Id=Iunb，制動(dòng)電流Ires=Ih=I1=Iunb。（5）外部故障有制動(dòng)

由圖可知，差動(dòng)電流值小于動(dòng)作電流值，保護(hù)不動(dòng)作。

只要BC線段斜率Ks高于不平衡曲線的斜率，即可保證區(qū)外故障時(shí)差動(dòng)電流都位于BC折線下方，差動(dòng)保護(hù)不動(dòng)作。因此，合理地選擇制動(dòng)系數(shù)，是保證外部故障時(shí)差動(dòng)保護(hù)不動(dòng)作的前提。7.6.2比率制動(dòng)原理綜上所述，比例制動(dòng)，可以理解為利用差動(dòng)電流與制動(dòng)電流的比值區(qū)分外部故障與內(nèi)部故障，而不是單純根據(jù)差動(dòng)電流的大小區(qū)分區(qū)內(nèi)故障還是區(qū)外故障。當(dāng)外部發(fā)生故障時(shí)，差動(dòng)電流為不平衡電流，小于制動(dòng)電流，當(dāng)變壓器內(nèi)部故障時(shí)，差動(dòng)電流為故障點(diǎn)的總電流，大于制動(dòng)電流。差動(dòng)保護(hù)采用比例制動(dòng)特性的優(yōu)勢(shì)在于，既保證了區(qū)外故障不誤動(dòng)，又提高了反應(yīng)內(nèi)部故障的靈敏度。7.6.2比率制動(dòng)原理【例7-2】

【解】

1）問題①計(jì)算雙側(cè)電源內(nèi)部故障時(shí),差動(dòng)電流Id.1，制動(dòng)電流Ires.1過Ires.1=3做垂線1，與制動(dòng)特性的交點(diǎn)對(duì)應(yīng)縱坐標(biāo)為IOP.1=1.5，Id.1

位于Iop.1上方，其縱坐標(biāo)為5.82，因此有差動(dòng)電流大于動(dòng)作電流，保護(hù)動(dòng)作。動(dòng)作電流為Iop.1=Iop.min+KS(Ires.1-Ires.min)=0.5+0.5(3-1)=1.57.6.2比率制動(dòng)原理雙電源內(nèi)部故障時(shí)動(dòng)作特性7.6.2比率制動(dòng)原理【例7-2】

【解】

2）問題②計(jì)算單側(cè)電源內(nèi)部故障時(shí)，有過Ires.2=2做垂線2，與制動(dòng)特性的交點(diǎn)對(duì)應(yīng)縱坐標(biāo)為IOP.2=1，Id.2

位于Iop.2上方，其縱坐標(biāo)為4，因此有差動(dòng)電流大于動(dòng)作電流，保護(hù)動(dòng)作。動(dòng)作電流為Iop.2=Iop.min+KS(Ires.2-Ires.min)=0.5+0.5(2-1)=17.6.2比率制動(dòng)原理雙電源內(nèi)部故障時(shí)動(dòng)作特性7.6.2比率制動(dòng)原理【例7-2】

【解】

3）問題③計(jì)算外部故障時(shí)，制動(dòng)電流為過Ires.3=3做垂線3，交與不平衡電流的點(diǎn)對(duì)應(yīng)縱坐標(biāo)為Id.3=1.6，與制動(dòng)特性的交點(diǎn)對(duì)應(yīng)縱坐標(biāo)為IOP.3=2。差動(dòng)電流小于動(dòng)作電流,保護(hù)不會(huì)動(dòng)作。動(dòng)作電流為此時(shí)差動(dòng)電流Id.3即不平衡電流Iunb，為Iop.3=Iop.min+KS(Ires.3-Ires.min)=0.5+0.5(4-1)=27.6.2比率制動(dòng)原理雙電源內(nèi)部故障時(shí)動(dòng)作特性7.6.3比率制動(dòng)特性的改進(jìn)雙折線比例制動(dòng)特性7.6.3比率制動(dòng)特性的改進(jìn)變斜率比率差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作特性7.7差動(dòng)保護(hù)整定第7章變壓器保護(hù)

差動(dòng)保護(hù)一般由以下幾個(gè)元件組成：起動(dòng)元件、差動(dòng)電流速斷保護(hù)元件、勵(lì)磁涌流制動(dòng)元件、比率制動(dòng)元件、TA回路異常判別元件、變壓器各側(cè)電流相位補(bǔ)償元件等。本節(jié)摘取相對(duì)重要的參數(shù)加以簡(jiǎn)要說明。簡(jiǎn)介7.7.1比率制動(dòng)特性相關(guān)參數(shù)整定（1）最小動(dòng)作電流

最小差動(dòng)電流值，應(yīng)保證在正常運(yùn)行情況下差動(dòng)保護(hù)不動(dòng)作。整定公式為

一般取值不小于