1、变压器保护,主讲：杨 莎 单位：安阳供电公司调度通信中心,变压器是电力系统重要的主设备之一。在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，然后分配给各用户。,变压器的故障和异常运行方式,变压器保护的配置,短路故障的主保护 短路故障的后备保护 异常运行的保护,变压器保护的整定计算原则,第一节 变压器的故障及不正常运行方式,1 变压器的故障,油箱内的故障：变压器油箱内的故障，主要有各侧的 相间短路，大电流系统侧的单相接地短路及同相部分绕 组之间的匝间短路。,2) 油箱外的故障：变压器油箱外的故障，系指变压器绕 组引
2、出端绝缘套管及引出短线上的故障。主要有相间短路 （两相短路及三相短路）故障，大电流侧的接地故障、低 压侧的接地故障。,2 变压器的异常运行方式,大型超高压变压器的不正常运行方式主要有：由于系统 故障或其他原因引起的过负荷，由于系统电压的升高或频率 的降低引起的过激磁，不接地运行变压器中性点电位升高， 变压器油箱油位异常，变压器温度过高及冷却器全停等。,第二节 变压器保护的配置,变压器短路故障时，将产生很大的短路电流，使变压器 严重过热，甚至烧坏变压器绕组或铁芯。特别是变压器油箱 内的短路故障，伴随电弧的短路电流可能引起变压器着火。 另外短路电流产生电动力，可能造成变压器本体变形而损坏。 变压器
3、的异常运行也会危及变压器的安全，如果不能及时发 现及处理，会造成变压器故障及损坏变压器。为确保变压器的安全经济运行，当变压器发生短路故障 时，应尽快切除变压器；而当变压器出现不正常运行方式时， 应尽快发出告警信号及进行相应的处理。为此，对变压器配 置整套完善的保护装置是必要的。,1 短路故障的主保护,主要有纵差保护、重瓦斯保护、压力释放保护。,2 短路故障的后备保护,复合电压闭锁过流保护；零序过电流或零序方向过电流保护；负序过电流或负序方向过电流保护；复合电压闭锁功率方向保护；低阻抗保护等。,3 异常运行保护,过负荷保护;过激磁保护;变压器中性点间隙保护;轻瓦斯保护;温度、油位保护及冷却器全停
4、保护等。,第三节 纵差动保护,变压器纵差保护作为变压器绕组故障时变压器的 主保护，差动保护的保护区是构成差动保护的各侧互 感器之间所包围的部分。包括变压器本身、电流互感器与变压器之间的引出线。,1) 变压器区外发生短路或正常运行状态,差流：Id=Ih2Il2,从图中可以看出，如果 变压器里只流过穿越性的电 流（负荷电流或外部短路时 流过变压器的短路电流）时 差动继电器是不动作的。,2) 变压器区内发生短路,差流：Id=Ih2Il2,内部发生短路时，由于 两侧电源向故障点提供短路 电流，且辐值较大，流入差 动继电器的电流就等于短路 电流，此时，差动继电器可 以动作切除故障。,（一）具有比率制动特
5、性的差动元件,目前，在广泛应用的变压器纵差保护装置中，为提高 内部故障时的动作灵敏度及可靠躲过外部故障的不平衡电 流，均采用具有比率制动特性的差动元件。不同型号的纵 差保护装置，其差动元件的动作特性不相同。差动元件的动作特性曲线，有I段折线式、II段折线式 及三段折线式。在国内，广泛采用的变压器纵差保护，多采用具有二 段折线式动作特性的差动元件。,1、其动作方程为：,Iop.o差动元件的启动电流，也叫最小动作电流，或初始动作电流； S折线的斜率，通常叫比率制动系数； Ires制动电流，一般取差动元件各侧电流中的最大者 ; Ires.o拐点电流，即开始出现制动作用的最小制动电流。,在比较差动元件
6、的动作灵敏度及 躲区外故障的能力时，只有将上述三 个物理量中的两个固定之后才能进行， 比率制动系数越小，或拐点电流越大， 或初始动作电流越小，差动元件动作 灵敏度越高，但躲区外故障的能力越差。只要对启动电流Iop.o 、拐点电流Ires.o 及比率制动系数S进行合理的整定，二 段折线式动作特性的差动元件，完全能 满足动作灵敏度及工作可靠性的要求。,2、比率制动元件的整定原则： 1）启动电流 Iop.o：可靠地躲过正常工况下最大的不平衡差流。变压器正常运行时，在差动元件中产生不平衡差流的原因有： 两侧差动TA变比有误差、带负荷调压、变压器的激磁电流及 通道传输及调整误差等。,In变压器的额定电流
7、（二次值）； Krel可靠系数，取1.52； Ker电流互感器TA的比误差。对于10P型TA，取0.032；对于5P型TA，取0.012； u变压器改变分接头或带负荷调压造成的误差，取0.05； K3其它误差（变压器的激磁电流等引起的误差），取0.05； K4通道变换及调试误差，取0.0520.1。 通常取 ：,2) 拐点电流 Ires.o：在系统故障被切除后的暂态过程中，虽然变压器的 负荷电流不超过其额定电流，但是由于差动元件两侧TA 的暂态特性不一致，使其二次电流之间相位发生偏移， 可能在差动回路中产生较大的差流，致使差动保护误动 作。为躲过区外故障被切除后的暂态过程对变压器差动 保护的影
8、响，应使保护的制动作用提早产生。 因此， Ires.o建议取0.60.8倍的In。,3) 比率制动系数S：按躲过变压器出口三相短路时产生的最大不平衡差流来整定。变压器出口区外故障时的最大不平衡电流为：,K5标征两侧TA暂态特性不一致造成不平衡电流的系数，取0.1； Iunb.max最大不平衡电流（即差流）； Ik.max出口三相短路时最大短路电流（TA二次值）。 建议：比率制动系数取0.40.5。,（二） 差动速断元件,1、差动速断的特点：变压器差动速断元件是纵差保护的辅助保护。由于变压器 差动保护中设置有涌流判别元件，因此，其受电流波形畸变及 电流中谐波的影响很大。当区内故障电流很大时，差动
9、TA可能 饱和，TA二次电流的波形将发生严重畸变，从而使差流中含有 大量的谐波分量，并使差流波形发生畸变，可能使涌流判别元 件误判断成励磁涌流，致使差动保护拒动或延缓动作，严重损 坏变压器。为克服纵差保护的上述缺点，设置差动速断元件。差动速断 元件反映的也是差流。与差动元件不同的是：它反映差流的有效 值。不管差流的波形如何及含有谐波分量的大小，只要差流的有 效值超过了整定值，它将迅速动作而切除变压器。,2、差动速断元件的整定原则：,差动速断元件的整定值应按躲过变压器励磁涌流来确定。通常取，,Iop差动速断元件的动作电流； K 一个正值系数；一般取48； In变压器的额定电流（差动TA二次值）。
10、由上式可以看出：差动速断元件的动作值决定于系数K， 而K的整定应根据具体情况而定。K的大小与变压器容量、 主接线及变压器与无穷大系统（母线）之间联系电抗的大 小有关。,（）对于在发电机与变压器之间无断路器的大型变压器发电机组，K值可取34； （）对于大型发电厂的中、小型变压器（例如有空投可能性的厂高变及启备变），K值可取810； （）对于经长线路与系统联接的降压变电站中的中、大型变压器，K值可取46。,（三）差动保护的TA断线闭锁,为确保差动保护的动作灵敏度，具有比率制动特性的差动元件的 启动电流均很小。这样，当差动元件某侧TA二次的一相或多相断线时， 差动保护必将误动。目前，国内生产的微机型
11、变压器差动保护中，均设置有TA断线闭锁 元件。在变压器运行时，一旦出现差动TA二次回路断线，立即发出信号 并将差动保护闭锁。多采用根据电流变化情况、变化趋势及电流量值大小来判断TA断线。 当测量出只有变压器一侧的电流发生了变化，且变化趋势是电流由大向小 变化、而电流值小于额定电流时，被判为电流变化侧的TA断线。当变压器 各侧电流均发生变化，且电流变化趋势是由小向大变化、而变化后电流的 幅值又大于额定电流，则说明电流的变化是由故障引起的。,（四）励磁涌流判别元件,变压器的励磁涌流是在空投变压器和变压器区外短路切除 故障这两种特殊情况下产生的，同在变压器内部发生短路一样 是从变压器纵联差动保护范围
12、内部往外流出的电流，因此励磁 电流将成为差电流。由于励磁涌流的幅值很大，不采取措施将 造成差动保护的误动。,1、二次谐波制动比的整定：,二次谐波制动原理是利用流过差动元件差电流中的二次谐波电流 作为制动量，区分出差流是内部故障的短路电流还是励磁涌流，实现 励磁涌流闭锁的。具有二次谐波制动的差动保护的二次谐波制动比，是表征单位二 次谐波电流制动作用大小的一个物理量。二次谐波制动比越大，则保 护的谐波制动作用越弱，反之亦反。制动比通常整定为1520。,2、闭锁角的整定：,变压器内部故障时，故障电流波形无间断，间断角很小; 而变压器空投时，励磁涌流的波形是间断的，具有很大的间断 角（一般大于60度）
13、。与二次谐波制动比相似，按间断角原理 构成的变压器差动保护，其闭锁角是衡量该差动保护躲励磁涌 流能力的一个物理量。闭锁角整定值越大，该差动保护躲励磁 涌流的能力越差。反之亦反。闭锁角整定值的确定应根据变压器的容量、主接线及系统 负荷情况考虑。,第四节 变压器短路故障的后备保护,（一）复合电压过电流保护,1、动作方程及逻辑框图：,复合电压过流保护，由复合电压元件、过电流元件及时间元件 构成，作为被保护设备及相邻设备相间短路故障的后备保护。保护 的接入电流为变压器某侧TA二次三相电流，接入电压为变压器该侧 或其他侧TV二次三相电压。为提高保护的动作灵敏度，三相电流一 般取自电源侧，而电压一般取自负
14、荷侧。,复合电压过电流保护动作逻辑框图如图所示：,Uac接在a、c两相电压之间低电压元件； U2负序过电压元件； Ia、Ib、Ic分别为a、b、c相过电流元件。 由图可以看出：当变压器电压降低，或负序电压大于整定值及a相 或b相或c相过电流时，保护动作，经延时t作用于切除变压器。,2、整定原则及定值建议 ：1)过流元件及时限的整定：,a. 单侧电源两个电压等级的变压器电源侧的过电流保护作为保护变压器 安全的最后一级跳闸保护，同时兼作无电源侧母线和出线故障的后备保护。 过电流保护的电流定值按躲额定负荷电流整定，时间定值与无电源侧 出线保护最长动作时间配合，动作后，跳两侧断路器；在变压器并列运行
15、时，如无电源侧未配置过电流保护，也可先跳无电源侧母联断路器，再跳 两侧断路器。 如果无电源侧配置过电流保护，则过电流保护的电流定值按 躲额定负荷电流整定，时间定值不应大于电源侧过电流保护的动作时间， 同时还应与出线保护最长动作时间配合动作后，跳本侧断路器；在变压器 并列运行时，也可先跳本侧母联断路器，再跳本侧断路器。,b. 单侧电源三个电压等级的变压器电源侧的过电流保护作为保护变压器安 全的最后一级跳闸保护，同时兼作无电源侧母线和出线故障的后备保护。 对只在电源侧和主负荷侧装有过电流保护的变压器，电源侧过流保护的 定值应与主负荷侧的过电流保护定值配合整定，同时，时间定值还应与未装 保护侧的出线
16、保护最长动作时间配合，动作后，跳三侧断路器；如有两段时 间，也可先跳未装保护侧的断路器，再跳三侧断路器。 主负荷侧的过电流保护的电流定值按躲额定负荷电流整定，时间定值应 与本侧出线保护最长动作时间配合，动作后，跳本侧断路器，如有两段时间， 可先跳本侧断路器，再跳三侧断路器；在变压器并列运行时，还可先跳本侧 母联断路器，再跳本侧断路器，后跳三侧断路器。 三侧均装有过电流保护的变压器，电源侧过流保护的定值应与两个无电 源侧的过电流保护定值配合，动作后，跳三侧断路器。,2）低电压元件的整定：,低电压元件的动作电压按躲过无故障运行时保护安装处出现的 最低电压来整定。一般取（0.60.7）UN（TV二次
17、值）。,3）负序电压元件 ：,按躲过正常运行时系统中出现的最大负序电压整定。此外，还 应满足相邻线路末端两相短路时负序电压元件有足够的动作灵敏度。 一般取0.06UN（TV二次值）。,（二）零序电流及零序方向电流保护,电压为110KV及以上的变压器，在大电流系统侧应设置反映接地 故障的零序电流保护。有两侧接大电流系统的三卷变压器及三卷自耦 变压器，其零序电流保护应带方向，组成零序方向电流保护。对于大型三卷变压器，零序电流保护可采用三段，其中I段及II段带 方向，第III段不带方向兼作总后备作用。每段一般由两级延时，以较短 的延时缩小故障影响的范围或跳本侧断路器，以较长的延时切除变压器。,1、动
18、作方程及逻辑框图：,零序方向电流保护的逻辑框图 :,由逻辑图可以看出：零序方向电流保护的I段或II段动作后， 分别经延时或作用于缩小故障影响范围（跳本侧断路器），而 经或切除变压器。零序III段不带方向，只作用于切除变压器。,2、整定原则及定值建议 ：,1）功率方向元件的动作方向:,为了经济运行及系统中各保护之间的配合，降压变电站的 主电源在高压侧，其低压侧或中压侧一般无电源及开环运行， 高压侧环网运行。高压侧零序方向电流保护的动作方向应指向变压器，作为 变压器及中压侧线路接地故障的后备保护。中压侧的零序方向 电流保护的动作方向，应指向中压侧母线，作为母线及相邻线 路接地故障的后备保护。,2)
19、 各段零序电流元件的动作电流:,a. 中压侧零序电流元件 :零序电流I段的动作电流，应与相邻线路零序电流的I段或线路快速主保护配合;零序电流II段的动作电流，与相邻线路零序电流II段相配合。b. 高压侧零序电流元件 ：当零序方向电流保护的动作方向指向高压侧母线时，其各段动作电流的整定原则同中压侧;当零序方向电流保护的动作方向指向变压器时，零序电流I段保护的动作电流，应保证在中压侧母线上发生接地故障时有灵敏度; 零序电流II段保护的动作电流，应与中压侧零序电流II段保护的动作电流相配合。,3） 动作延时的整定 ：,a. 当各侧零序方向电流保护的动作方向指向各侧母线时，其电流I段保护的短延时应与相
20、邻线路零序电流I段保护的动作时间相配合。零序电流I段的长延时应比零序电流I段的短延时长一个时间级差（0.30.5秒）。变压器各侧零序电流II段的动作短延时应与相邻线路零序电流II段的动作延时相配合，而长延时比短延时长一时间级差。,b. 当变压器高压侧零序方向电流保护的动作方向指向变压器时，其I段及II段的动作延时，应分别与中压侧零序电流I段、II段保护的动作延时相配合，前者比后者（即高压侧保护比中压侧保护）长一个时间级差。,（三）变压器中性点间隙保护,1、间隙保护的作用原理：,超高压电力变压器，均系半绝缘变压器，即位于中性点附近变压器 绕组部分对地绝缘比其他部位弱。中性点的绝缘容易被击穿。间隙
21、保护的作用是保护中性点不接地变压器中性点绝缘安全的。 在变压器中性点对地之间安装一个击穿间隙。在变压器不接地运行时， 若因某种原因变压器中性点对地电位升高到不允许值时，间隙击穿，产 生间隙电流。另外，当系统发生故障造成全系统失去接地点时，故障时 母线TV的开口三角形绕组两端将产生很大的3Uo电压。变压器间隙保护是用流过变压器中性点的间隙电流及TV开口三角形电 压作为危及中性点安全判据来实现的。,2、定值建议：,1）动作电流：流过击穿间隙的电流一次值大于或等于100A时保护动作动作电压：180V3）保护动作后带0.30.5s延时跳变压器各侧断路器,第五节 非电量保护,（一）瓦斯保护：瓦斯保护是变压器油箱内绕组短路故障及异常的主要保护。 其作用原理是：变压器内部故障时，在故障点产生往往伴随有电弧的 短路电流，造成油箱内局部过热并使变压器油分解、产生气体（瓦斯）， 进而造成喷油、冲动斯继电器，瓦斯保护动作。瓦斯保护分为轻瓦斯保护及重瓦斯保护两种。轻瓦斯保护作用于 信号，重瓦斯保护作用于信号，重瓦斯保护作用于切除变压器。,（二）压力保护;,（三）温度及油位保护;,（四）冷却器全停保护;,谢 谢！,
