第七章电力变压器的继电保护 第节电力变压器的故障类型及其保护措施 变压器的故障 各相绕组之间的相间短路 油箱内部故障单相绕组部分线匝之间的匝间短路 单相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 、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 外加电压过高或频率降低 过励磁等 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岀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 第二节变压器的瓦斯保护 原理: 适用:800KVA及以上油浸式变压器 反映变压器油箱内部故障的主要保护 2、原理:故障→气体发挥→流向油枕 3、构成:瓦斯继电器 、瓦斯继电器 1、作用:反映于气体的继电器 2、安装:位于油箱与油枕之间连接管的中部 连接管坡度(2-4%):油箱→汕枕气流顺利通过 顶盖与水平面坡度(1-1.5%):防止气泡聚集在顶盖处 特点 只反应油箱内部故障,变压器引出线及变压器与断路器之间联线发生故障吋
不动作 第三节变压器的电流速断保护 原理接线 1、适用:2000KVA以下变压器 反映变压器电源侧引出线、套管及绕组的相间短路 与重瓦斯保护配合作为主保护 2、安装:主电源侧 3、缺点:只可切除变压器电源侧及油箱内部发生的各种故障 负荷侧套管及引出线相间短路保护不到,只能由后备保护动作 4、整定原则:避开负荷侧母线短路最大短路电流: 避开励磁涌流 5、灵敏系数:Klm≥2 否则,应装设纵联差动保护 6、原理接线:中性点不接地——两相式不完全星形接线 中性点接地——三相式完全星形接线 由P183图11-4画出展开图 BCJ:带自保持电流线圈 防止LJ接点接触不可靠 动作原理 【复习提问】 1、变压器应设置的保护装置、各自保护范围 2、瓦斯继电器的作用、安装、结构型式、工作原理 3、瓦斯保护接线图特点,重瓦斯、轻瓦斯保护区别 4、变压器电流速断保护的运用、安装、特点、原理接线图 第四节变压器纵差动保护 构成变压器纵差动保护的基本原则 双绕组变压器纵差 动保护单相原理图
正常运行或外部故障时 -n 所以两侧的CT变比应不同,且应使 1=f2 即 或=/1/2=nB 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,j="-12"=0 实际上,很多因素使l=lp≠0。(Dbp为不平衡电流) 下面讨论不半衡电流产生的原因和消除方法 1.山变压器两侧电流相位不同而产生的个半衡电流 (Y△-1)Ydl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):△形。Ydll 变压器△侧CT(二次侧:Y形。YY12
可见,差动臂中的 同相位了但 为使正常运行或区外故障时,则应使√3|= A2△ A1△ AIA 即高压侧电流互感变比应加大3倍 该项个平衡电流已消除.。 2山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:60/5,800/5,1000/5,1200/5 所以,很难完全满足= 即巧≠0,产生b 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>D2",Wph接电流小的一侧,2" cd(I2-I2") 调整wph,使Wcd(I2-口2")=WphI2",磁势抵消 铁心中,=cd-ph=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 lbp=△ fzdId. max/nl 其中:△fd=( Wph. js- Wph zdy/( Wph. js+Wph zd Id. max一外部故障时,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.山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/nl其中Ktx=1 此不半衡电流在整定计算中应予以考虑 1.山变压器带负荷调整分接头而产生的不半衡电流: 改变分接头→改变nB→破坏n2/nll=nB或的关系 产生新的不平衡电流(CT二次侧不允许开路,即n12,nl不能改变) bp.△U=△ J. Id. max/n11无法消除 此不半衡电流在整定计算中应予以考虑 以上分析可知,稳态情况下,bp山三部分组成 Ibp=Ibp. T+ Ibp CT +lbp. AU 5.暂态情况下的不平衡电流: (1)非周期分量的影响: 比稳态珈bp大,且含有很大的非周期分量,持续时间比较长(几|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 [bp. 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 (2)山Ⅱy产生的不半衡电流 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 ⅡL↑→励磁涌流.可达(6-8)te. 共波形参看教材173页,图6- 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采用具有速饱和铁心的差动继电器 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心柱A、B、C,A、C柱截面积相等且为B柱截面积的一半。 B柱: Wphl, Wph2 Wed. Wd A柱:Wd 柱:W2 lcd-m)Φcd=Φc"+dcl l-m>Φd'=ΦdBA"+ΦdBC l-mxl"=ΦdAB"+dda 各柱上的磁通: ΦA=Φcd-ddBA-①d ΦB=Φcd-Φd"-ΦdAB" Φc=Φcd"+ΦdAC"-ΦdBC 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,ΦdAC"与Φdbc’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一>铁心饱和所以使—>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:二个铁心柱,六个线圈 Wg工作线圈,接在差动回路中 Wph半衡线圈,作用同前述 两个Wph制动线圈接差动回路的一个臂上 两个W2一二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 →中g/中g'→E2’、E=E2’+E2” g”→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 I2h→Φ2h(仪在两个边柱上环流)一>E2’=E2”>E=E2’-E2 3)Ig≠0,2h≠0 I2h→Φ2h→磁路状念改变一>铁心饱和→动作安匝↑即,动作电流上升↑ I2h→Id2Wh↑→Id2↑→具有制动特性 3.制动特性 Id2.J=F(2h) 山实验得出如下图
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,铁心严重饱和,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a K2h=tg a 制动系数一般取0。3-0。1 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为元制动特性纵差休护的动作电流IdzJ=Kk* tbp. max) 曲线3为制动特性曲线 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-dmax时,使IdJ= 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 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IdJ 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=d2—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(IdzJ2),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=2h直线5它去制动特性曲线交于c点(dz),在c点之上(5 高于3)动作。实际上,介于bd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IzJ0IdzJ2之间变化。且Idz.J0,Idz.J1,IdzJ3 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 试验4:电磁型差动继电器 熟悉DCD-2型CJ结构 中间速饱和变流器 执行元件 、改图编号 BCH-2型→DCD-2型 三、注意事项 1、Wph匝数整定:整定板插头上、下各有一个 2、认真阅读实验指导书 第五节变压器相间短路的后备保护 变压器的主保护为:差动保护和瓦斯保护,其它的均为后备保护 保护作用 区外故障:过电流保护—远后备 区内故障:近后备 安装地点 一般装于电源侧 动作于跳两侧断路器,或按先后秩序跳闸。 种类 过电流护(降压变压器)Idz 灵敏度低 带低电压起动的过电流保护Idz2 复合电压起动的过电流侏护Idz3 灵敏度高 Idz 1> Idz2 >Idz3 KIml< KIm2< KIm3 (一)过电流休护 特点:不带电压闭锁 适用:降压变压器 安装:电源侧 接线:大接地电流系统—三相二继电器 小接地电流系统——两相两继电器 或两相二继电器(用于提高Y/Δ变压器后故障短路时保护灵敏 度) 动作电流:躲开B最大负荷电流(考虑Kzq) 注意 可靠系数,取1.2-1.3 返回系数,取0.85 动作结果:远后备——跳低压侧(降压变)DL 或高压侧(升压变)DL 近后备—跳两侧DL
