10.1 概述

1. 第10章 电力变压器的继电保护 10.1 概述 1. 变压器的故障： 各相绕组之间的相间短路 单相绕组部分线匝之间的匝间短路 油箱内部故障 单相绕组或引出线通过外壳发生的单相接地故障

2. 引出线的相间短路 油箱外部故障 绝缘套管或引出线通过外壳发生的单相接地短路 2. 变压器不正常工作状态： A、油箱漏油造成油面降低 过励磁 B、外加电压过高或频率降低 C、外部短路或过负荷 过电流

3. 10.2 电力变压器的纵差保护 一、变压器纵差保护的基本原理 按比较被保护的变压器两侧电流的大小和相位的原理实现的。 被保护元件两端安装变比不同的LH； 二次侧同极性端用导线联接 LJ并接于两LH连线间

4. = （实际值） 由于电流互感器特性、变比等因素，流过继电器的电流为不平衡电流。 (1)正常运行和外部短路时: 流过差动继电器的电流为 = 0 （理论值）

5. (2)变压器内部故障时: 流入差动继电器的电流为 （双端供电） （单端供电） 该电流大于KD的动作电流时，KD动作，使DL1、DL2同时跳闸，将故障变压器退出工作。 差动保护是不带时限，动作迅速的保护。

6. 二、由于变压器各侧额定电压和额定电流不同， 必须适当选择各侧电流互感器的变比 或= 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： 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。

7. 三、变压器纵联差动保护的特点 (2)解决办法：应按误差的要求选择两侧的电流互感器 ，确定差动保护的动作电流时，引入一个同型系数 。 （不平衡电流产生的因素及其防止措施） 1. 电流互感器型号不同而产生的不平衡电流 (1)原因：高压侧——套管式LH 低压侧——线圈式LH 同型—— Kst=0.5 不同型——Kst=1 Ibp.CT =Kst∙fer∙Id.max/ nl1其中Kst =1

8. 2.由变压器两侧电流相位不同而产生的不平衡电流：2.由变压器两侧电流相位不同而产生的不平衡电流： 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。 变压器Δ侧CT（二次侧）：Y形。

10. 可见,差动臂中的电流同相位了,但 为使正常运行或区外故障时, Ir=0,则应使 高压侧电流互感变比加大√3倍. 该项不平衡电流消除。

11. 3.计算变比与实际变比不同而产生的不平衡电流:3.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Ir≠0,产生Ibp.

12. 例：一台31.5MVA，两侧电压分别为10.5KV（Δ）和115KV（Y），Y/Δ-11接线的变压器例：一台31.5MVA，两侧电压分别为10.5KV（Δ）和115KV（Y），Y/Δ-11接线的变压器 两侧额定电流：I1e=31.5MVA/ *10.5KV=1730A I2e=31.5MVA/ *115KV=158A 选择LH变比：低压侧 nL1=2000/5=400 高压侧 nL2= *158/5≈300/5=60 两臂电流：i1=1730/400=4.32A i2= *158/60=4.55A 不平衡电流:Ibp=i2-i1=4.55-4.32=0.23A

13. 4.由变压器带负荷调整分接头而产生的不平衡电流: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), 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

14. 5.暂态情况下的不平衡电流: 1)、 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). 变压器两侧电流互感器的铁芯特性及饱和程度不同。 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∙fer∙Kst∙Id.max/nl1

15. 2) 由励磁涌流产生的不平衡电流: （1）励磁涌流： 变压器空载合闸（副边开路，原边投入电网称空载合闸）时的暂态励磁电流只存在变压器电源侧。通过电流互感器反应到差动回路中不能被平衡， （2）产生原因： 在稳态工作情况下，铁心中的磁通应滞后于外加电压90度。 u,φ u φ m 0 ωt φ -φ m

16. u,φ 2φ φ m+ s u φ 0 ωt 若 =0 瞬间空载投入变压器，铁心中应该 具有磁通 -Φm Φs（剩磁） 但是由于铁心中的磁通不能突变，必须产生一个非周期分量的磁通+Φm ，将 -Φm抵消。 如果不计非周期分量的衰减，则经半个周期以后，总磁通将达到 Φmax=2Φm+Φs

17. 励磁涌流iL 3）特点：变压器正常运行——励磁涌流iL≤3~6%Ie 空载合闸——励磁涌流iL≥6~8 Ie Ibp↑↑ ①有很大的非周期分量分量. 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;在一个周期中间断角为α。

18. 在变压器纵差动保护中防止励磁涌流影响的方法有：在变压器纵差动保护中防止励磁涌流影响的方法有： (1)采用具有速饱和铁心的差动继电器； (2)鉴别短路电流和励磁涌流波形的差别； (3)利用二次谐波制动 。

19. 确定动作电流计算值 ① 躲开励磁涌流： ② 躲开TA二次回路断线影响： ③ 躲开外部短路时流经保护的最大不平衡电流： 根据经验，可靠系数取1.3。其中： ——高、中压侧调压分接头调压范围的一半； ——两侧TA同型系数，型号相同取0.5，不同取1； ——TA的最大误差，取10%； ——计算误差，初次计算取0.05； ——流经保护的最大外部短路电流； 若是双绕组变压器，则: 保护动作电流计算值取上述三条件最大值。

20. 10.4 电力变压器的瓦斯保护 一、 瓦斯继电器的构成和动作原理 当变压器油箱内部发生故障时，短路电流产生的电弧使变压器油和其它绝缘材料分解，从而产生大量的可燃性气体，人们将这种可燃性气体统称为瓦斯气体。 故障程度越严重，产生的瓦斯气体越多，流速越快，气流中还夹杂着细小的、灼热的变压器油。它们将从油箱流向油枕的上部。当严重故障时，油会迅速膨胀并产生大量的气体，此时将有剧烈的气体夹杂着油流冲向油枕的上部。 瓦斯保护是利用变压器油受热分解所产生的热气流和热油流来动作的保护。

21. 变压器安装示意图 安装位置：安在油枕之间的连接管道上。

22. 2、瓦斯保护的接线 KG上接点：闭合后延时发出“轻瓦斯动作信号” KG下接点：动作后经KS启动出口继电器KCD， 使变压器各侧断路器跳闸。

24. 瓦斯保护能反应油箱内部的各种故障，如铁芯过热烧伤、油面降低等，但差动保护对此无反应。瓦斯保护能反应油箱内部的各种故障，如铁芯过热烧伤、油面降低等，但差动保护对此无反应。 又加变压器绕组发生少数线匝的匝间短路，虽然短路匝内短路电流很大会造成局部绕组严重过热产生强烈的油流向油枚方向冲击，但表现在相电流上其量值却并不大，因此差动保护没有反应，但瓦斯保护对此却能灵敏地加以反应， 但瓦斯保护不能反应油箱外的套管及引出线上的 故障，而差动保护能够反映 。

25. 10.4 电力变压器电流速断保护 对于容量较小的变压器，可在电源侧装设电流速断保护。 对变压器及其引出线上各种型式的短路进行保护。 保护动作电流: １）按大于变压器负荷侧母线上短路时流过保护的最大短路电流 2) 躲过变压器空载投入时的励磁涌流 取上述两条件较大值为整定值。

26. 要求在保护安装处K2点发生两相金属性短路进行校验：要求在保护安装处K2点发生两相金属性短路进行校验： ≥2

28. 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。 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

29. 10.5 电力变压器相间短路后备保护 一、保护作用 区外故障：过电流保护——远后备 区内故障：近后备 二、安装地点 一般装于电源侧 动作跳两侧DL，或按先后秩序跳闸。 三、种类 过电流保护（降压变压器）Iop1——灵敏度低 带低电压起动的过电流保护Iop2 灵敏度高 复合电压起动的过电流保护Iop3

30. （一）过电流保护 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——三相三继电器 小接地电流系统——两相两继电器 或两相三继电器 （用于提高Y/Δ变压器后故障短路时保护灵敏度）

31. 动作电流： 躲开B最大负荷电流 最大负荷电流确定 并列变压器 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

32. K K rel st = I I op e T K re 对降压变压器应考虑电动机的自起动电流。 过电流保护的动作电流为 保护装置的灵敏度校验

33. 接线图

34. （二）低电压起动的过电流保护

35. 组成： 1~3KA——完全星形接线 1~3KV——线电压 原理过程： 短路——跳1QF、2QF KS发信号 适用：双侧电源变压器或多台并列运行变压器

36. 特点：为提高保护装置灵敏度，可采用两套低电压继电器（高、低压侧线电压）→接线复杂特点：为提高保护装置灵敏度，可采用两套低电压继电器（高、低压侧线电压）→接线复杂 整定： 电流元件——躲开变压器额定电流（不考虑Kst） 电压元件——70%Ue。x（保护安装侧额定线电压） 时间元件——阶梯原则 只有电压测量元件和电流测量元件同时动作后 才能起动时间继电器，经预定的延时发出跳闸脉冲。

37. 3、复合电压起动的过电流保护 原理接线

38. 负序电压继电器U2（反映不对称故障） 输入——Ua、Ub、Uc 输出——Umn 原理—输入正序电压：Umn=0 U2接点闭合 输入负序电压 U2接点断开 时间元件：阶梯原则

39. 正常：U2接点闭合，不动作 对称短路： 三相短路开始瞬间一般会短时出现一个负序电压，U2动作 不对称短路： 出现负序电压，U2动作

40. 定值确定： 1）电流元件 躲开变压器Ie。B（不须考虑自起动系数Kzq） 可靠系数，取1.2 返回系数，取0.85 2）低压元件 3）负序电压元件 躲开正常时的不平衡电压 低压元件灵敏度 ： ＞ 1.2 负序电压元件灵敏度 ＞ 1.2

41. 4、三绕组变压器后备保护配置 对于三绕组变压器的后备保护，当变压器油箱内部故障时，应断开各侧断路器， 当油箱外部故障时，只应断开近故障点侧的变压器断路器，使变压器的其余两侧继续运行。 1）对单侧电源的三绕组变压器: 应设置两套后备保护，分别装于电源侧和负荷侧。保护带两级时限，以较小的时限跳开变压器断路器QF3，以较大的时限断开变压器各侧断路器。

42. 单侧电源三绕组变压器后备保护配置图 2）对于多侧电源的三绕组变压器，应在三侧都装设后备保护。

43. 5、变压器的过负荷保护 变压器过负荷电流三相对称，过负荷保护装置只采用一个 电流继电器接于一相电流回路中，经过延时后发出信号。

44. 1)对双绕组升压变压器，装于发电机电压侧。 2)对一侧无电源的三绕组升压变压器，装于发电机电压侧和无电源侧。 3)对三侧有电源的三绕组升压变压器，三侧均应装设。 4)对于双绕组降压变压器，装于高压侧。 5)仅一侧电源的三绕组降压变压器，若三侧的容量相等，只装于电源侧；若三侧的容量不等，则装于电源侧及容量较小侧。 6)对两侧有电源的三绕组降压变压器，三侧均应装设。 装于各侧过负荷保护，经过同一时间继电器作用于信号。

45. 过负荷保护电流确定： 时间元件 —— 6~10s （考虑：比过流保护大2Δt；大于电动机自起动时间）

46. 对于全绝缘与分级绝缘的解释：    （1）分级绝缘就是变压器的靠近中性点部分绕组的主绝缘，其绝缘水平比端部绕组的绝缘水平低，而与此相反，一般变压器首端与尾端绕组绝缘水平一样叫全绝缘。    （2）从变压器的绝缘角度来说，电力系统中运行的变压器分为全绝缘和分级绝缘变压器，对于全绝缘变压器其中性点绝缘水平与相线端绝缘水平相同，但对于分级绝缘变压器其中性点绝缘水平比相线端低得多(我国110KV变压器中性点用35KV级绝缘，220KV变压器中性点用110KV级绝缘，330KV变压器中性点用154KV级绝缘)。    （3）分级绝缘和全绝缘的最简单区别在于如果变压器中性点瓷瓶是A.B.C三相瓷瓶长度的一半则为分级绝缘.如果一样则为全绝缘。

47. 10.6 电力变压器的零序保护 要求：大电流接地系统中的变压器，一般要求在变压器上装设接地（零序）保护。 作为变压器本身主保护的后备保护和相邻元件接地短路的后备保护。 有若干台变压器并联运行的变电站: 采用一部分变压器中性点接地运行，而另一部分变压器中性点不接地运行的方式。

48. 1、中性点直接接地变压器的零序电流保护

49. 保护的动作时限 比引出线零序电流后备段的最大动作时限大一个阶梯时限△t。 为了缩小接地故障的影响范围及提高后备保护动作的快速性，通常配置为两段式零序电流保护，每段各带两级时限。 较短时限断开母联或分段断路器，较长时间段开变压器断路器,解列灭磁。

50. 零序Ⅰ段作为变压器及母线的接地故障后备保护，与引出线零序Ⅰ段作为变压器及母线的接地故障后备保护，与引出线 零序Ⅰ段在灵敏系数上配合整定，以较短延时（t1）作用于 跳开母联或分段断路器QF,以较长延时（t2）跳开变压器各 侧断路器。零序Ⅱ段作为引出线接地故障的后备保护，应该 与其零序保护的后备段配合，t3与相邻元件后备段动作延 时配合，t4比t3延长一个阶梯时限。