第六章电力变压器保护.docx

电力变压器的继电保护
第一节 概述
一、 变压器的故障：
各项绕组之间的相间短路

油箱内部故障 单项绕组部分线匝之间的匝间短路

单项绕组或引出线通过外壳发生的单相接地故障

引出线的相间短路
油箱外部故障
绝缘套管闪烁或破坏引出线通过外壳发生的单相接地短路
二、 变压器不正常工作状态：
外部短路或过负荷 过电流
油箱漏油造成油面降低
变压器中性点接地

外加电压过高或频率降低 过励磁等
三、 应装设的继电保护装置
（1） 瓦斯保护 防御变压器油箱内各种短路故障和油面降低
重瓦斯 跳闸
轻瓦斯 信号

（2） 纵差动保护和电流速断保护 防御变压器绕组和引出线的多相短路、大接地电流系统侧绕组和引出线的单相接地短路及绕组匝间短路
（3） 相间短路的后备保护。 作为（1）(2)的后备
（a） 过电流保护
（b） 复合电压起动的过电流保护
（c） 负序过电流
（4） 零序电流保护：防御大接地电流系统中变压器外部接地短路
（5） 过负荷保护：防御变压器对称过负荷
（6） 过励磁保护：防御变压器过励磁
第二节： 变压器纵差动保护
一、 构成变压器纵差动保护的基本原则

正常运行或外部故障时

所以两侧的CT变比应不同，且应使

即：
或=
即：按相实现的纵差动保护，其电流互感器变比的选择原则是两侧CT变比的比值等于变压器的变比。
二．不平衡电流产生的原因和消除方法：
理论上，正常运行和区外故障时，Ij=I1"- I2"=0 。
实际上，很多因素使Ij= Ibp≠0 。（Ibp为不平衡电流）
下面讨论不平衡电流产生的原因和消除方法：
1． 由变压器两侧电流相位不同而产生的不平衡电流：
（Υ/Δ-11）Y.d11 接线方式——两侧电流的相位差30°。

消除方法：相位校正。
变压器Y侧CT（二次侧）：Δ形。 Y.d11
变压器Δ侧CT（二次侧）：Y形。 Y.Y12

可见,差动臂中的 同相位了,但.
为使正常运行或区外故障时, Ij=0,则应使

即高压侧电流互感变比应加大√3倍.
该项不平衡电流已清除.
2.由计算变比与实际变比不同而产生的不平衡电流:
CT的变比是标准化的,如:600/5,800/5,1000/5,1200/5.
所以,很难完全满足或
即Ij≠0,产生Ibp.
消除方法:利用差动继电器的平衡线圈进行磁补偿.

假设正常运行和区外故障时, I2'>I2",Wph接电流小的一侧, I2".
I2'- I2"→Wcd(I2'- I2") I2"→Wph I2"
调整Wph,使Wcd(I2'- I2")= Wph I2".磁势抵消.
铁芯中,Φ=Φcd-Φph=0. 所以W2中无感应电势,J不动作.
实际上, Wph.js可能不是整数. Wph.zd应是整数.故仍有一残余的不平衡电流.
Ibp=ΔfzdId.max/ nl1
其中: Δfzd=(Wph.js-Wph.zd)/ (Wph.js+Wph.zd)
Id.max ―外部故障时,流过变压器高压侧的最大短路电流.
此不平衡电流在整定计算中应予以考虑.
3.由两侧电流互感器型号不同而产生的不平衡电流:(CT变换误差)
Ibp.CT =Ktx∙Ker∙Id.max/ nl1 其中Ktx =1
此不平衡电流在整定计算中应予以考虑.
4.由变压器带负荷调整分接头而产生的不平衡电流:
改变分接头→改变nB→破坏nl2/ nl1= nB或 的关系.
产生新的不平衡电流.(CT二次侧不允许开路,即nl2, nl1不能改变),
Ibp. ΔU=±ΔU∙ Id.max/ nl1 无法消除.
此不平衡电流在整定计算中应予以考虑.
由以上分析可知,稳态情况下, Ibp由三部分组成.
Ibp= Ibp.T+ Ibp.CT +Ibp. ΔU

5.暂态情况下的不平衡电流:
⑴ 非周期分量的影响:
比稳态Ibp大,且含有很大的非周期分量,持续时间比较长(几十周波).

最大值出现在短路后几个周波. 引入非周期分量函数Kfzq.
Ibp.CT=Kfzq∙Ker∙Ktx∙Id.max/ nl1
措施:快速饱和中间变流器,抑制非周期分量.
⑵ 由ILy产生的不平衡电流:
当变压器电压突然增加的情况下(如:空载投入区外短路切除后).
IL↑→ 励磁涌流. 可达(6-8) Ie.
其波形参看教材173页,图6-2.
特点:
① 有很大的直流分量.(80%基波)
② 有很大的谐波分量,尤以二次谐波为主.(20%基波)
③ 波形间出现间断.(削去负波后)
措施:
① 采用具有速饱和铁芯的差动继电器;
② 间断角原理的差动保护;
③ 利用二次谐波制动;
④ 利用波形对称原理的差动保护。
三．BCH—2型差动继电器的工作原理：
具有比较良好的躲过变压器励磁涌流特性的差动继电器。

两部分组成：速饱和变流器和执行元件（电流继电器）
速饱和变流器有三个铁芯柱A、B、C，A、C柱截面积相等且为B柱截面积的一半。
B柱：Wph1,Wph2,Wcd,Wd’
A柱：Wd”
C柱：W2

各柱上的磁通：

W2中感应的电流达到一定数值时，执行元件动作
分析Wd’,Wd”的作用：
1） 当通入正弦电流时，与相抵消，短路线圈不起作用
2） 外部短路时，有较大的非周期分量。
因为有较大的非周期分量电流—>铁芯饱和所以使——>躲过励磁涌流的根本原因。

四．带制动特性的BCH—1型差动继电器的工作原理。

1．构成：三个铁心柱，六个线圈。
Wg—工作线圈，接在差动回路中。
Wph—平衡线圈，作用同前述。
两个Wph—制动线圈接差动回路的一个臂上。
两个W2—二次线圈输出接电流继电器。

2．工作原理：
1）假设不考虑制动线圈的作用：I2h=0
IgàΦg╱Φg’àE2’ ╲E=E2’+E2”
╲Φg”àE2” ╱
即工作线圈与二次线圈之间的电流就相当于一个速饱和的变流器。因此，它可减少暂态不平衡电流了和励磁涌流的影响。
2）Ig=0
I2hàΦ2h(仅在两个边柱上环流)—>E2’=E2”àE=E2’-E2”
3）Ig≠0, I2h≠0
I2hàΦ2hà磁路状态改变—>铁心饱和à动作安匝↑即，动作电流上升↑
I2hàId2 W2h↑àId2↑à具有制动特性
3．制动特性：
Id2.J=F(I2h)
由实验得出如下图。

制动特性曲线：
1） 当I2h很小时，铁芯还未饱和，所以起动电流变化不大，制动特性起始部分比较平缓。
2） 当I2h很大时，铁芯严重饱和，启动电流迅速增加，特性曲线上翘。
从原点作特性曲线的切线，它与水平轴线的夹角为α
K2h=tgα ------制动系数 一般取0。3-0。4
4．为什么能改善内部故障时保护的灵敏性：

上图中：直线1为与外部故障时Id的关系
直线2为元制动特性纵差保护的动作电流(Idz.J=Kk*Ibp.max)
曲线3 为制动特性曲线
由图中可见，对无制动的纵差保护为短路电流较小的内部故障时，灵敏度往往不能满足要求，而如果采用BCH—1型继电器，应在I2h=Id.max时，使Idz.J=Kk*Ibp.max。即通过a点的曲线3。因为曲线3始终位于直线1上面，即在任何大小的外部短路电流作用下，继电器不会误动。
对于内部故障，分三种情况说明如何改善灵敏性：
1） 单侧供电变压器：

B侧无电源，W2h接于负荷侧，内部故障时,I2h=0
继电器动作电流为Idz.J
对应图中d点，显然灵敏度提高很多。

2） 单侧供电变压器：
B侧无电源，接于电源侧，内部故障时，Ig=Id2—直线4（这是最不利的电流）它与制动电流特性曲线交于b点（Idz.J2），在b点以上，是继电器的动作区（4高于3）可见灵敏度提高很多。

3） 双侧供电变压器：

设 Ig=2I2h—直线5它去制动特性曲线交于c点（Idz.J1），在c点之上（5高于3）动作。实际上，介于b—d之间，显然，灵敏度提高很多。
另外，制动线圈的接入方式时，保护的灵敏度是有影响的。
原则：在外部故障时，使制动作用最大，保护不误动
在内部故障时，使制动作用最小，保护灵敏度最好。
综上分析可见，在各种可能的运行方式下，变压器发生内部故障时，BCH—1型差动继电器的起动电流均在Idz.J0—Idz.J2之间变化。且Idz.J0， Idz.J1， Idz.J3相差不大，但却比不带制动特性的差动继电器的启动电流小得多。所以BCH—1型差动继电器有较灵敏。