变压器保护原理与整定计算.docx
- 文档编号:2794026
- 上传时间:2022-11-15
- 格式:DOCX
- 页数:10
- 大小:22.29KB
变压器保护原理与整定计算.docx
《变压器保护原理与整定计算.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《变压器保护原理与整定计算.docx(10页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
变压器保护原理与整定计算
讲义2:
变压器保护原理与整定计算
变压器在电力系统中应用非常普遍,占有很重要的地位。
因此提高变压器工作的可靠性,对于保证电力系统的安全稳定运行具有十份重要的意义。
现代生产的变压器,在构造上是比较可靠的,故障机会较少。
但在实际运行中,还要考虑发生各种故障和异常工作情况的可能性,因此必须根据变压器的容量和重要程度装设专用的保护装置。
变压器的故障可分为本体故障和引出线故障两种。
本体故障主要是:
相间短路.绕组的匝间短路和单相接地短路。
发生本体故障是很危险的因为短路电流产生的电弧不仅会破坏绕组的绝缘,烧毁铁芯,而且由于绝缘材料和变压器油受热分解而产生大量的气体,还可能引起变压器油箱的爆炸。
变压器的引出线故障,主要是引出线上绝缘套管的故障,这种故障可能导致引出线的相间或接地短路。
变压器的异常工作情况主要是:
由于外部短路和过负荷引起的过电流,过电压,过激磁及其他异常工作情况(油面降低,油温升高,冷控失电以及冷却器全停等)
1.变压器的保护配置:
1.1防御变压器内部(本体和引出线)的多相短路,单相接地短路以及绕组匝间短路的差动保护。
1.2防御相间短路的相间后备保护(复合电压闭锁过流)
1.3防御大接地系统变压器中性点过电压的间隙保护。
1.4防御大接地系统接地短路的零序电流保护。
1.5防御变压器过负荷的过负荷保护。
1.6变压器的非电量保护。
2.变压器差动保护的特殊问题
差动保护是变压器内部故障最主要的快速保护,他的基本原理是建立在磁势平衡的基础之上。
与发电机差动保护和母差保护相比,变压器差动保护有许多特殊的问题。
2.1变压器每相原边电流之差(正常运行时的励磁电流)将作为变压器差动保护不平衡电流的一种来源,特别是当变压器过励磁运行时,励磁电流可达变压器额定电流的水平,势必引起差动保护误动跳闸。
更有甚者,在空载变压器突然合闸时,或者变压器外部短路切除而变压器端电压突然恢复时,暂态励磁电流(即励磁涌流)的大小可与短路电流相比拟,在这样大的不平衡电流作用下,要求变压器差动保护不误动,的确是一个相当复杂困难的技术问题。
2.2变压器具有多个电压等级,且各侧电压在运行中经常调整,这将增大变压器差动保护的不平衡电流。
2.3构成变压器差动保护的电流互感器接于各侧不同的电压等级,其型号和额定参数均不相同,由此产生的不平衡电流比发电机差动保护大的多。
2.4一般情况下,变压器各侧的电流相位可能不同。
变压器通常采用Y/Δ-11接线方式,因此其两端电流的相位相差30°如果两侧的电流互感器均采用常规的全Y型接线,,则二次电流虽然大小相等,但由于相位不同也仍然会有一个差电流流入继电器,其大小为:
Ibp=I2Y-I2Δ=2I2Ysin15°
2.5变压器各侧的电流互感器的变比不能选的完全合适,因为各侧的电流互感器都是采用定型产品,所以实际需要的计算变比与产品的标准变比往往比一样,因此在差动回路将出现不平衡电流。
3.变压器差动保护的实现方式
如前所述,变压器差动保护的突出问题是不平衡电流特别大,而且不能完全消除。
因此实现变压器差动保护需要解决的主要矛盾是,采取各种措施来躲过这些不平衡电流的影响。
在满足选择性的条件下,确保变压器内部故障时,差动保护应具有足够的灵敏度并块速动作。
涌流识别方式和比例制动方式构成变压器差动保护的两大支柱。
涌流识别方式是由励磁涌流的基本特征决定的:
比例制动方式则直接决定了变压器内部故障时,差动保护的灵敏度和动作速度。
3.1励磁涌流的产生的原因
一般情况下,在变压器投入前铁芯中总有剩余磁通。
当变压器空载投入电网,在加上电压的瞬间,磁通不能突变,因此必然产生暂态磁通,使投入瞬间的总磁通等于剩余磁通。
所以,暂态过程中的总磁通比稳态磁通大的多。
这将导致变压器铁芯深度饱和,励磁电流急剧增大,这就是变压的器励磁涌流。
3.1.1当投入瞬间的稳态磁通最大瞬时值与剩余磁通方向相反,则总磁通最大,对应的励磁涌流也最大。
3.1.2由于稳态磁通与电源电压间相角差为90°因此,当电压瞬时值为零的瞬间投入变压器,则产生的总磁通最大,对应的励磁涌流也最大。
3.1.3变压器投运前,其铁芯中的剩余磁通越大,则产生的总磁通越大,对应的励磁涌流也越大。
3.2励磁涌流的基本特征:
据有关资料分析,励磁涌流具有以下基本特征:
3.2.1包含有很大的具有衰减性质的非周期分量,往往使涌流偏于时间轴的一侧。
3.2.2包含有大量的高次谐波,最突出的是二次谐波。
3.2.3励磁涌流波形出现明显的间断。
3.2.4励磁涌流的最大值不是出现在合闸瞬间,而是出现在合闸后半个周期。
3.2.5励磁涌流的最大值虽然很大,但在最大值附近衰减速度很快。
随着涌流的衰减,其衰减速度逐渐变慢,最后衰减至变压器正常的励磁电流。
3.2.6大容量变压器励磁涌流倍数较小,衰减较慢:
小容量变压器励磁涌流倍数较大,衰减较快。
3.3防御励磁涌流的基本方式
在空载变压器突然合闸时,或者变压器外部短路切除而变压器端电压突然恢复时,暂态励磁电流(即励磁涌流)的大小可与变压器内部短路电流相比拟。
其它的不平衡电流与励磁涌流比较起来则小的多,可以忽略,此时的不平衡电流主要就是励磁涌流。
如何防御励磁涌流引起变压器差动保护误动跳闸就成为变压器差动保护的突出问题。
3.3.1按躲过空载变压器突然合闸时的励磁涌流和外部短路时的不平衡电流整定的差动保护,叫做差动速断保护。
这是一种最简单的变压器差动保护。
由于励磁涌流衰减较快,考虑到保护的固有延时,差动速断保护电流定值可略小于励磁涌流最大值。
差动速断保护的优点是接线简单,动作迅速;缺点是对大容量变压器灵敏度很低,甚至不能满足运行要求。
所以一般只用在较小容量的低压配电变压器上,作为相间短路的保护。
3.3.2针对励磁涌流中包含有很大的具有衰减性质的非周期分量这一特点,采用加强性速饱和变流器(即带短路线圈的速饱和变流器)构成的差动继电器---BCH-2型差动继电器。
在变压器空载投入或外部故障时,在差动回路中出现的励磁涌流和不平衡电流中存在较大的非周期分量时,速饱和变流器迅速饱和传变工作变坏,降低了保护的灵敏度,相当于提高了保护的动作电流,也直接起到了直流助磁(制动)的作用。
应当指出,在变压器内部发生故障的最初瞬间,故障电流中也有非周期分量,BCH-2要等此非周期分量衰减到一定程度后才能动作。
在一次回路时间常熟较大时,(如超高压电网大型发变组出口故障)保护动作的延时将非常可观,无法满足稳定运行的基本要求。
因此,BCH-2型保护装置仅适用中低压电网中较小容量变压器。
当变压器采用BCH-2型保护装置,由于外部故障不平衡电流太大,而灵敏度不够时,可采用带制动绕组的BCH-1型保护装置。
BCH-1型保护装置的执行继电器和速饱和变流器的铁芯与BCH-2型保护完全相同。
其不同之处在于:
BCH-1型保护装置带一个制动绕组,躲外部故障不平衡电流的能力力较强,但躲励磁涌流的能力力较弱,常用于带负荷调压的变压器,多侧电源的变压器及三绕组变压器:
BCH-2型保护装置带一个短路绕组,躲励磁涌流的能力力较强,但躲外部故障不平衡电流的能力力较弱,常用于单侧电源双绕组普通变压器。
3.3.3二次谐波是励磁涌流最突出两个主要特征之一,利用二次谐波识别励磁涌流构成的变压器差动保护(简称谐波差动)应用非常广泛,运行最成熟。
从电磁型,晶体管型,集成电路型到微机变压器保护装置,谐波差动保护一直占据着主导地位。
谐波差动保护的基本原理是从差流中分别提取二次谐波分量和基波分量。
然后比较二次谐波I2与基波分量I1的比例:
Kxb=I2/I1
当Kxb>15%--20%时即认为是励磁涌流,闭锁差动保护。
另外利用各支路电流构成比例制动回路,防御外部故障不平衡电流对差动保护的影响。
3.3.4利用涌流波形来识别励磁涌流而构成的变压器差动保护(简称波形差动),是变压器差动保护的两种基本类型之一,是由我国自主研发的新型变压器差动保护装置,在国内亦有多年的运行经验和良好的运行业绩。
变压器波形差动有两种主要形式:
首先是间断角差动保护,其基本原理是检测差流波形的间断角Φjd,当Φjd>60°时即认为是励磁涌流,闭锁差动保护。
同样利用各支路电流构成比例制动回路,防御外部故障不平衡电流对差动保护的影响。
其次是波形对称差动保护,其基本原理是检测差流波形的正半周负半周是否对称。
将差流微分以后,短路电流任意一个周期内正负半周是基本对称的:
励磁涌流任意一个周期内正负半周是不对称的,由此构成了涌流识别另外一种基本原理,
波形对称差动保护是在微机变压器保护装置的发展过程中,最近出现的新型保护,为变压器主保护双重化提供了一种新的选择。
4.BCH-2型差动保护整定计算
4.1根据基建或运行单位提供的变压器名牌参数和CT变比和CT接线方式计算变压器各侧二次额定电流(归算至同一容量,一般指最大容量Sbe):
变压器各侧主接线:
Yo/Y/Δ-11
变压器各侧CT接线:
Δ/Δ/Yo-1
IeⅠ=Sbe/√3UeⅠ高压侧一次电流
IeⅡ=Sbe/√3UeⅡ中压侧一次电流
IeⅢ=Sbe/√3UeⅢ低压侧一次电流
ieⅠ=√3IeⅠ/NⅠ高压侧二次电流
ieⅡ=√3IeⅡ/NⅡ中压侧二次电流
ieⅢ=IeⅢ/NⅢ低压侧二次电流
上述计算对各种常规差动保护都是适用的。
微机变压器差动保护是否适用,要根据具体情况确定。
4.2根据变压器各侧二次额定电流选择电流最大的一侧作为基本侧,并按下面三个条件决定保护定值:
4.2.1躲过变压器空载合闸及外部故障切除后电压恢复时的励磁涌流
Idz=1.3Iej(4.2.1)
4.2.2躲过变压器外部故障的最大不平衡电流
Idz=1.3Ibp=1.3(Ibp1+Ibp2+Ibp3)(4.2.2)
Ibp1=0.1Idmax故障侧CT极限误差
Ibp2=ΔUⅠIdⅠ+ΔUⅡIdⅡ主变调压不平衡误差
Ibp3=ΔfphⅠIdⅠ+ΔfphⅡIdⅡ非基本侧不平衡误差
对双绕变压器(4.2.2)可改为:
Idz=1.3(0.1+ΔU+0.05)Idmax(4.2.3)
4.2.3考虑CT断线时应躲过变压器正常运行的最大负荷电流
Idz=1.3Ifhj(4.2.4)
根据以上三个条件算出的结果,选用最大电流作为整定值。
4.3确定基本侧差动线圈的匝数
基本侧继电器动作电流:
idzj=KjxIdzjb/Wjb(4.3.1)
差动线圈的计算匝数:
Wcdj=(IW)O/idzj(4.3.2)
按继电器线圈的实际抽头选用较小而接近的匝数作为差动线圈的整定匝数Wcdz。
根据实际整定的工作匝数折算保护的一二次动作电流,并核算保护的可靠系数是否满足整定要求。
4.4确定平衡线圈和工作线圈的匝数
4.4.1平衡线圈的匝数
平衡线圈的计算匝数:
WphⅠj=(Iejb/IeⅠ-1)Wcdz
WphⅡj=(Iejb/IeⅡ-1)Wcdz
按继电器线圈的实际抽头选用接近的匝数作为平衡线圈的整定匝数Wphz。
根据实际整定的平衡线圈匝数折算非基本侧的不平衡系数,如|Δfph|≯>0.05,则继续进行计算。
反之如|Δfph|>0.05,则应代入(4.2.2)式从新计算动作电流。
4.4.2工作线圈的匝数
各侧工作线圈的匝数等于本侧平衡线圈整定匝数Wphz加差动线圈整定匝数Wcdz:
Wg=Wphz+Wcdz(4.4.2)
基本侧工作线圈的匝数一般就取差动线圈整定匝数Wcdz,如差动保护灵敏度不够,且有备用平衡线圈时,也可采用(4.4.2
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 变压器 保护 原理 计算