继电保护原理与应用毕业设计论文(3)

继电保护原理与应用

3 变压器继电保护应用

3.1 变压器的故障类型及保护方式

变压器的故障可分为油箱内部故障和油箱外部故障。油箱外的故障主要是套管和引出线上发生相间短路以及接地短路。油箱内的故障包括绕组的相间短路、接地短路、匝间短路以及铁芯的烧损等。油箱内故障时产生的电弧，不仅会烧坏绕组的绝缘、烧毁铁芯，而且由于绝缘材料和变压器油因受热分解而产生大量的气体，有可能引起变压器油箱的爆炸，对于变压器发生的各种故障，保护装置因能尽快地将变压器切除。实践表明，变压器套管和引出线上的相间短路、接地短路、绕组的匝间短路是比较常见的故障形式；而变压器邮箱内发生相间短路的情况比较少。

变压器的不正常运行状态主要有：变压器外部短路引起的过流，负荷长时间超过额定容量引起的过负荷，风扇故障或漏油等原因引起冷却能力的下降。这些不正常运行状态会使绕组和铁芯过热。此外，对于中性点不接地运行的星形接线变压器，外部接地短路时有可能造成变压器中性点过电压，威胁变压器绝缘；大容量变压器在过电压或低频等异常运行工况时会使变压器过励磁，引起铁芯和金属构件的过热。变压器处于不正常运行状态时，继电保护应根据其严重程度，发出告警信号，使运行人员及时发现并采取相应的措施，以确保变压器的安全。

变压器油箱内故障时，除了变压器各侧电流、电压变化外，油箱内的油、气、温度等非电量也会变化。因此变压器保护分电量保护和非电量保护两种。非电量保护装设在变压器内部。电量保护主要有差动保护、过流保护。

3.2 变压器保护的配置情况

1.主保护

(1）差动保护：比率差动、差动速断

(2）非电量保护：本体重瓦斯、有载重瓦斯、压力释放、冷空失电、油温高、油温低

2.后备保护

高后备、中后备、低后备其保护。 配置示意见图3.1

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图3.1变压器保护配置示意图

3.2.1 变压器纵差保护

变压压器的差动保护，主要用来保护变压器内部以及引出线和绝缘套管的相间短路，并且也可以用来保护变压器内的匝间短路，其保护区在变压器一、二次侧所装电流互感器之间，主要切除CT范围内的各种短路故障。

比率差动保护主要防止区外短路时误动作,差动速断保护主要防止大短路电流作用下带谐波制动的差动保护拒动。 1.变压器差动保护原理

?，分别为变压器如图3.2为双绕组单相变压器纵差保护的原理接线图。I?1、I2??、I??为相应的电流互感器一次侧和二次侧电流，参考方向为母线指向变压器；I12二次电流，则流入差动继电器KD的差动电流为

?=I?1?、+I?2? Ir纵差保护的动作判据为：

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（3-1）

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Ir≥Iset

由此可见，正常运行和变压器外部故障时，差动电流为零，保护不会动作；当变压器内部故障时，相当于变压器内部多了一个故障支路，流入差动继电器的电流等于故障点电流，只要故障点电流大于差动继电器的动作电流，差动保护就会迅速动作，切除故障。

图3.2双绕组单相变压器纵差保护的原理接线图

2.变压器差动保护接线方式

在电力系统中，三绕组变压器通常采用YN，Yn,d11的接线方式，如图3.3所示，因为各侧电流相位不一致，d侧电流比y侧电流超前30°，从而在变压器差动保护的差回路中产生较大的不平衡电流。在原来的电磁式保护中，按照差动保护原理，在正常运行或有穿越性电流流过时，流入继电器的电流必须为零，即必须保证电源侧与负荷侧电流相位相差180°，使流入差动继电器的电流接近于零。因此，必须通过改变接线组别的方法矫正相位差，而改变接线组别的话，既麻烦且容易出现错误。在微机保护逐渐普及的今天，由于软件计算的灵活性，允许变压器各侧TA二次侧都按Y形接线，在进行差动计算时由软件对变压器副边电流进行相位校准，各侧电流存在的相位差由软件自动进行校正，简化了TA接线，现场施工中简单易行。 由软件进行相位校准后，还必须对各侧TA变比进行计算调

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整，才能消除不平衡电流对变压器差动保护的影响。在微机保护装置中变比的计算调整也是靠软件实现的，将计算出的TA调整系数当作定值送入微机保护，

由保护软件实现TA自动平衡功能，消除不平衡电流的影响。应注意的是采用微机型差动保护装置之后各侧差动TA的极性仍然朝向母线侧，只有这样的接线才能保证软件计算正确。

图3.3双绕组三相变压器纵差保护原路接线图

3. 变压器差动保护的不平衡电流产生的原因和消除方法 (1)由变压器各侧绕组接线方式不同而产生的不平衡电流：

如经常采用的Y/Δ-11型 接线方式，两侧电流的相位差30°，幅值相差3倍。 消除方法：相位校正。

a.通过电流互感器的接线校正：变压器Y侧CT采用Y/Δ-11接线，变压器Δ侧CT采用Y/Y-12接线。

b.通过软件的算法进行校正。

(2)由计算变比与实际变比不同而产生的不平衡电流: 消除方法:

a.利用差动继电器的平衡线圈进行磁补偿。 Ibp=Δfzd?Id.max/ nl1

其中: Δfzd=(Wph.js-Wph.zd)/ (Wph.js+Wph.zd)

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Δfzd―继电器整定匝数与计算匝数不等引起的相对误差 Id.max ―外部故障时,流过变压器高压侧的最大短路电流。

b.采用自耦变流器。在变压器一侧的电流互感器（三绕组变压器需在两侧）的二次侧，装设自耦变流器，改变其变比，使各侧二次电流相等。

c.通过软件中的不平衡系数进行校正。 (3)由电流互感器误差不同而产生的不平衡电流: 此不平衡电流在整定计算中予以考虑。

(4)由变压器带负荷调整分接头而产生的不平衡电流: 此不平衡电流在整定计算中应予以考虑。 (5)暂态情况下的不平衡电流: a.非周期分量的影响:

此不平衡电流在整定计算中应予以考虑。 b.励磁涌流的影响:

当空载变压器投入电网或变压器外部故障切除后电压恢复时，励磁电流大大增加，其值有可能达到变压器额定电流的6～8倍，该电流称为励磁涌流。

4.励磁涌流 (1).涌流的产生：

在变压器空载投入电源或外部故障切除后电压恢复过程中，会出现励磁涌流。合闸时，变压器铁芯中的磁通急剧增大，使铁芯瞬间饱和，这时出现数值很大的冲击励磁电流(可达5～10倍的额定电流)，通常称为励磁涌流。

(2).三相变压器励磁涌流波形特征的因素 ①.电源电压大小和合闸初相角： ②.系统等值阻杭大小和相角；

③.变压器三相绕组的接线方式相中性点接地方式； ④.三相铁心结构型式(三相三柱或五柱、单相变压器组)； ⑤.铁心硅钢片组装工艺水平(拼接残余气隙大小)； ⑥.铁心材质(磁化特性、磁滞特性、局部滋滞回环）； ⑦.合闸前铁心磁通大小(剩磁4r)和方向：

⑧.涌流经电流互感器的非线性传变，即互感器的饱和特性 (3).励磁涌流特点

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