保护装置-第五章-电力变压器的保护

保护装置-第五章-电力变压器的保护

第五章 电力变压器的保护 ‎ 第一节 电力变压器的故障类型和保护措施 一、故障 ‎ 1、油箱内部故障：绕组相间短路、单相匝间短路、单相接地短路等 ‎ 2、油箱外部故障：绝缘套管及引出线上的多相短路、单相接地短路等 二、不正常运行情况 ‎ 1、油箱渗漏造成油面降低 ‎ 2、外部短路引起的过电流 ‎ 3、过负荷 三、变压器应设置的保护 ‎ 1、瓦斯保护（800KVA以上）：重瓦斯（故障）‎ ‎ 轻瓦斯（不正常运行）‎ ‎ 反映油箱内部故障和油面降低 ‎ 2、纵联差动保护或电流速断保护（故障）‎ ‎ 1000KVA及以上（并联运行：6300KVA以上） 纵联差动 ‎ 2000KVA以上，电流速断灵敏度不够 ‎ 作为引出线、套管及油箱内故障主保护 ‎ 3、过电流保护（故障）‎ ‎ 外部短路及内部短路的后备保护 ‎ 4、过负荷保护（不正常运行）‎ ‎ 反映对称过负荷 ‎ 5、接地保护（故障）‎ ‎ 110KV及以上大接地电流系统变压器——零序电流保护 ‎ 外部接地短路引起B过流 ‎ 内部接地短路的后备保护 ‎ 6、温度保护（不正常运行）‎ ‎ 上层油温监视，自动启动冷却风扇 ‎ 第二节 瓦斯保护 一、原理：‎ ‎ 1、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 二、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→油枕气流顺利通过 ‎ 顶盖与水平面坡度（1~1.5%)：防止气泡聚集在顶盖处 ‎ 3、结构：浮筒式（已淘汰）——空心浮筒渗油，水银接点抗震性差 ‎ 浮筒挡板式 ‎ 开口杯挡板式 ‎ （1）浮筒挡板式 ‎ 结构：上部——密封空心浮筒 ‎ 下部——金属挡板 ‎ 水银接点（可绕轴转动）‎ ‎ 原理：a、正常运行：‎ ‎ 浮筒浮起 ‎ 挡板下降（重力作用） →水银接点断开 ‎ b、轻微故障：‎ ‎ 气体上升 ‎ 漏油层 →油面下降→浮筒下转→水银接点动作，发信号 ‎ 轻瓦斯 ‎ c、严重故障：‎ ‎ 油流、气流→冲击挡板→水银接点动作→DL跳闸，且发信号 ‎ 重瓦斯 ‎ 放气阀作用：a、初次运行或换油→油中气体可能导致轻瓦斯误动作 ‎ 可将继电器顶部放气阀打开，放气 ‎ b、故障发生后，可通过放气阀收集瓦斯气体，分析其成分，便于故障分析 ‎ 特点：浮筒长时间浸泡在油中会向内渗油，水银接点抗震性差 ‎ （2）浮筒挡板式 ‎ 结构：上部——开口杯 ‎ 下部——金属挡板 上附磁铁（可绕轴转动） ‎ ‎ 干簧接点（两对）‎ ‎ 原理：a、正常运行：‎ ‎ 开口杯上浮 ‎ 挡板下降（重力作用） →磁铁远离干簧接点，不动作 ‎ b、轻微故障：‎ ‎ 气体上升 ‎ 漏油层 →油面下降→开口杯下转→干簧接点动作，发信号 ‎ 轻瓦斯 ‎ c、严重故障：‎ ‎ 油流、气流→冲击挡板→干簧接点动作→DL跳闸，且发信号 ‎ 重瓦斯 ‎ 特点：抗震性能好 三、接线 ‎ P182图11-3‎ ‎ WSJ：瓦斯继电器 ‎ BCJ：带自保持电流线圈（DZB-100，250或220系列）‎ ‎ 保证动作可靠 ‎ QP：试验用 四、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，不动作 ‎ ‎ ‎ 第三节 变压器的电流速断保护 一、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 二、原理 ‎ 简述 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 变压器的纵联差动保护 一、差动保护工作原理 ‎ 1、适用：2000KVA及以上变压器 ‎ 保护变压器绕组内部故障及其引出线的相间短路 ‎ 与重瓦斯配合作为主保护 ‎ 2、方式：环流法 ‎ 均压法（少用）‎ ‎ 3、环流法：比较流过被保护元件两端电流 ‎ 4、接线：P210图6-5‎ ‎ 被保护元件两端安装变比不同的LH；‎ ‎ 同一相LH二次线圈反极性串联；‎ ‎ LJ并接于两LH连线间 ‎ 5、原理：正常或外部短路——=-=0 （理论值） ‎ ‎ =（实际值）‎ ‎ 内部故障——=+（双端供电）‎ ‎ = （单端供电）‎ ‎ 6、特点：保护具有绝对选择性，无须延时 ‎ 7、动作值：Idz>Ibp。zd（外部短路时的最大不平衡电流）‎ 二、变压器差动保护的特点 ‎ （不平衡电流产生的因素及其防止措施）‎ ‎ 1、励磁涌流的影响 ‎ （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 ‎ （2）产生原因：‎ ‎ Φt=Φfzq+Φz ‎ 　Φz ∝（Φz滞后900）‎ ‎ 若=0瞬间投入变压器：Φz=-Φm ‎ ‎ Φs（剩磁）‎ ‎ Φfzq=Φm+Φs（逐渐衰减）‎ ‎ Φmax=2Φm+Φs ‎ 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 IeIbp↑↑‎ ‎ （4）采取措施：↑Idz ‎ 或采用具有速饱和变流器的BCH型差动继电器（对非周期分量传变不良）‎ ‎ 2、变压器接线组别的影响 ‎ （1）原因：变压器接线形式Y/Δ-11‎ ‎ 原、副边电流相位差300Ibp ‎ （2）采取措施：Y侧LH接成Δ ‎ 相位补偿 ‎ Δ侧LH接成Y ‎ 接线图及相量图见P189‎ ‎ （3）变比选择：Y接LH变比——nLH（Y）=IeB（Δ）/5‎ ‎ Δ侧LH变比——nLH（Δ）=IeB（Y）/5‎ ‎ 实际上选一个接近和稍大于计算值的标准变比 ‎ 3、LH实际变比和计算变比不同时的影响 ‎ （1）原因：‎ ‎ 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 ‎ （2）采取措施：BCH型差动继电器的平衡绕组Wph予以消除 ‎ Wph接于保护臂电流小的一侧 ‎ 接线应注意极性，且i1Wph=（i2-i1）Wcd ‎ 见P188图11-7‎ ‎ 4、两侧LH型号不同而产生不平衡电流 ‎ （1）原因：高压侧——套管式LH ‎ 低压侧——线圈式LH ‎ （2）采取措施：a、采取Ktx提高保护动作电流 ‎ 同型——Ktx=0.5‎ ‎ 不同型——Ktx=1‎ ‎ b、按10%误差的要求选择两侧LH ‎ （即按此误差而形成的Iph≤10%I1（一次电流））‎ ‎ 5、变压器分接头改变的影响 ‎ （1）原因：分接头变→变比改变→Iph ‎ （2）采取措施：引入相对误差系数提高Idz 复习提问：‎ ‎1、差动保护的工作原理 ‎2、变压器差动保护接线不平衡电流产生的原因及相应措施 三、采用BCH-2型继电器的差动保护 ‎ 1、组成：带短路线圈的速饱和变流器；‎ ‎ 执行元件——DL-11/0.2型LJ ‎ 其中： 中间柱（截面大一倍）——Wcd、Wph1、Wph2、 匝数由抽头 ‎ 速饱和变流器结构 左边柱——（与绕向相同） 位置整定 ‎ （三铁芯柱型） 右边柱——W2‎ ‎ 2、速饱和变流器工作原理 ‎ （1）区内故障：‎ ‎ idl（非周期分量衰减快）→周期分量大→Δ↑（磁感应强度变化量）→‎ e2↑（感应电势）→i2↑‎ ‎ 继电器灵敏动作 ‎ （2）区外故障或励磁涌流：‎ ‎ ibp→非周期分量大→直流助磁（铁芯饱和）→周期分量引起Δ↓→e2↓→i2↓‎ ‎ 继电器不动作 ‎ （3）结论：速饱和变流器的直流助磁作用可以有效地躲开外部短路时的非周期分量和励磁涌流 ‎ 3、各线圈的作用 ‎1）短路电圈的作用 ‎ （1）作用：消除ibp中非周期分量的影响 ‎ （2）区内故障：‎ ‎ 原理：idl（非周期分量衰减快）‎ ‎ Icd∝idl→φcd→Ed→Id ‎ →（去磁）‎ ‎ →（助磁）‎ ‎ 设：/=2‎ ‎ 且B柱铁芯截面比A、C柱大一倍（RAC=RBC ）‎ ‎ =‎ ‎ 结论：区内故障、不影响继电器的动作 ‎ （3）区外故障、励磁涌流 ‎ 原理：ibp（非周期分量大）‎ ‎ Icd∝ibp→铁芯迅速饱和→R（磁阻）↑→漏磁↑‎ ‎ （助磁）磁路长→漏磁更大→助磁作用减少更多 ‎ （去磁）磁路短→漏磁稍小→去磁作用减少稍小 ‎ C柱总磁通减少e2↓→i2↓‎ ‎ 继电器难以动作 ‎ 结论：继电器可可靠躲过外部短路产生的暂态不平衡电流的冲击和变压器空载投入时的励磁涌流 ‎ （4）优点：a、Wcd流过周期分量，短路线圈（、）不影响继电器的动作安匝数；‎ ‎ Wcd流过非周期分量，短路线圈（、）使继电器难以动作 ‎ b、保持/=2 、匝数↑（、差别↑）→‎ 直流助磁↑→动作电流↑‎ ‎ c、/↓去磁↑→动作安匝↑‎ ‎ （5）缺点：只适用对主保护动作快速性要求不很高的中小型变压器差动保护 ‎ （区内故障时idl非周期分量的影响）‎ ‎ 2）平衡线圈的作用 ‎ （1）Wph1、Wph2消除LH实际变比与计算变比不同而产生的ibp ‎ （2）可与Wcd串联使用提高继电器灵敏度和调整范围 ‎ 3、用BCH-2型继电器构成的双绕组变压器差动保护接线图 ‎ 参见P215图6-13及P204（或中专教材）‎ ‎ 归总式原理图、展开式原理图 四、纵差动保护的整定计算原则和步骤 1、 确定基本侧 变压器额定电压（KV）‎ 变压器额定电流（KA）‎ LH的接线方式 LH的计算变比 LH的标准变比 LH的二次回路额定电流 ‎ 以LH的二次回路额定电流较大侧作为基本侧。‎ 2、 动作电流计算 按下述三个条件中最大者作为基本侧动作电流 ‎1）躲过变压器空载合闸或外部短路切除后电压恢复时的励磁涌流：‎ ‎2)躲过LH二次回路断线时引起的不平衡电流 ‎3) 躲过外部短路时的最大不平衡电流 3、 确定基本侧工作线圈匝数 取整（解决接近，偏小）得=‎ ‎4、确定非基本侧工作线圈匝数 ‎ 取整 ‎5、校验相对误差：‎ ‎ ‎ ‎6、短路线圈抽头确定：‎ ‎ 根据变压器容量大小确定：容量大的选匝数较少的A-A、B-B，容量小的选匝数较多的C-C、D-D ‎7、灵敏度校验 ‎1）单侧电源：‎ ‎2双侧电源：‎ 注意：‎ （1） 以最小运行方式下短路电流总值最小的点为校验点；‎ （2） 的取值如下表： ‎ 故障点 B（Y）‎ B（△）‎ B（Y）‎ ‎2‎ B（△）‎ ‎1‎ （3） 电流的折算（电压等级）‎ 例题P217‎ 思考题：‎ ‎1、简述差动继电器的结构 ‎2、说明速饱和变流器的工作原理、作用 ‎3、说明短路线圈的作用，其匝数的变化对动作值的影响 ‎4、简述平衡线圈的作用 ‎ 试验：电磁型差动继电器 一、熟悉DCD-2型CJ结构 ‎ 中间速饱和变流器 ‎ 执行元件 二、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 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 ‎ 动作于跳两侧DL，或按先后秩序跳闸。‎ 三、种类 ‎ 过电流保护（降压变压器）Idz1—— 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保护Idz3 灵敏度高 ‎ Idz1> Idz2 > Idz3‎ ‎ Klm1< Klm2< Klm3‎ ‎（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）‎ ‎ P222图6-19‎ 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 ‎ （二）低电压起动的过电流保护 ‎ 组成：1~3LJ——完全星形接线 ‎ 1~3YJ——相电压 ‎ YZJ——电压回路断线监视 ‎ ‎ ‎ 原理过程：电压回路断线——YZJ发信号 ‎ 短路——跳1DL、2DL ‎ XJ发信号 ‎ 适用：双侧电源变压器或多台并列运行变压器 ‎ 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Kzq）‎ ‎ 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 ‎（三）复合电压起动的过电流保护 ‎ 1、负序电压继电器（反映不对称故障）‎ ‎ DY-2型 ‎ 组成：负序电压滤过器FYG（利用负序分量反映故障）‎ ‎ 电压继电器DJ-131型 ‎ 其中：FYG组成——XA、XC、RA、RC ‎ RA=XA ‎ RC=XC ‎ 输入——Ua、Ub、Uc ‎ 输出——Umn ‎ 原理——输入正序电压：Umn=0FYJ接点闭合 ‎ 输入负序电压：Umn=1.5 UabFYJ接点断开 ‎ 2、原理接线 ‎ P223图6-20‎ ‎ 正常：FYJ接点闭合，Uac高不动作 ‎ 对称短路：FYJ接点闭合，Uac↓↓（三相短路）动作 ‎ 不对称短路：FYJ接点断开，Uac=0动作 ‎ 3、整定 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 ‎ 低电压继电器：‎ 负序电压元件：躲开正常时的不平衡电压=0.06U e ‎ 时间元件：阶梯原则 ‎ 4、特点 ‎ 灵敏度更高 作业：对照P223图6-20复合电压起动过电流保护原理图画出其展开图，并说明其工作原理 ‎ 第六节 变压器的接地保护和过负荷保护 一、特点 ‎ 三相对称，保护只装一相 二、安装 ‎ 升压B：装于低压侧 ‎ 降压B：装于高压侧 三、原理接线 ‎ 1、组成：LJ ‎ SJ（r：保持SJ线圈热稳定）‎ ‎ 2、动作原理：过负荷→发信号 ‎ 3、参数整定：电流元件——躲过变压器额定电流（不考虑自起动系数）‎ ‎ 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）‎ 复习提问：‎ ‎1、过电流保护的形式及区别 ‎2、低电压起动过电流保护的原理 ‎3、FYJ的结构及原理 ‎4、复合电压起动过电流保护的工作原理（对称短路、不对称短路）‎ ‎ 变压器保护接线全图示例 ‎ ‎ 一、展开图 ‎ 1、差动保护：5LH、6LH串联使用，增大容量 ‎ 2、复合电压起动过电流保护：2HWJ可不接 ‎ FYJ——晶体管型（BFY-12A）‎ 二、保护 ‎ 1、差动保护 ‎ 5LH、6LH——Δ接 ‎ 1LH ——Y接 ‎ 1~3CJ、1XJ、1LP、SH ‎ 2、瓦斯保护 ‎ WSJ：轻瓦斯——发信号 ‎ 重瓦斯——2XJ、QP、2R ‎ 3、复合电压起动的过电流保护 ‎ YJ、FYJ、YZJ、1~3LJ、1SJ、3XJ、2LP ‎ 前三种保护动作→BCJ→跳两侧DL ‎ 1~3LP：退出保护 ‎ QP：试验动作发信号 ‎ 第三种保护具有两个动作时限：较小时限（1SJ滑动触头）→跳35KV分段DL ‎ 较长时限→跳B两侧DL ‎ BCJ：具有电流自保持线圈（DZB-138型）‎ ‎ 1R：提高各XJ动作灵敏度 ‎ 4、过负荷保护 ‎ 4LJ、2SJ→发信号 ‎ 5、温度保护 ‎ WJ、BFJ（If.B>IBe）→发信号，起动B的通风机 第十一章思考题 ‎1、变压器应配置的各种保护及作用 ‎2、瓦斯保护的工作原理及其接线特点，瓦斯继电器的安装、结构及原理 ‎3、电流速断保护的装设及其原理、保护范围 ‎4、差动保护的原理 ‎ 变压器差动保护Ibp产生的原因及其消除措施 ‎5、BCH-2型差动继电器的结构、原理 ‎ 短路线圈及平衡线圈的作用 ‎6、过电流保护 ‎ 低电压起动的过电流保护 的接线、原理、适用对象、动作结果及Idz整定值大小特点 ‎ 复合电压起动过电流保护 ‎7、负序电压继电器的结构及特点 ‎8、变压器的过负荷保护接线特点、动作参数特点 ‎9、读懂35KV双绕组变压器保护接线全图 课堂练习：‎ ‎1、画出两相两继电器式变压器电流速断保护原理图及展开图 ‎2、画出双绕组变压器差动保护接线图（BCH-2型继电器）‎