电力变压器的继电保护.docx

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电力变压器的继电保护

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

四、

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

（1）

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

（2）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

（3）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

（4）过负荷保护：

防御变压器对称过负荷

（5）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"→WphI2"

调整Wph,使Wcd（I2'-I2"）=WphI2".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

IgΦg╱Φg’E2’╲E=E2’+E2”

╲Φg”E2”╱

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

I2hΦ2h（仅在两个边柱上环流）—>E2’=E2”E=E2’-E2”

3）Ig≠0,I2h≠0

I2hΦ2h磁路状态改变—>铁心饱和动作安匝↑即，动作电流上升↑

I2hId2W2h↑Id2↑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。

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