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1、变压器保护一、变压器可能发生的故障和异常情况(一) 变压器的内部故障：指变压器油箱里面发生的各种故障。(1) 主要故障类型：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(2) 内部故障的危害：因为短路电流产生的高温电弧不仅会烧毁绕组绝缘和铁芯，而且会使绝缘材料和变压器油受热分解而产生大量气体，有可能使变压器外壳局部变形破裂，甚至发生油箱爆炸事故。因此，当变压器内部发生严重故障时，必须迅速将变压器切除。(二) 变压器的外部故障：系指油箱外部绝缘套管及其引出线上发生的各种故障。(1) 主要故障类型：引出线之间发生的相间短路油箱外部故
2、障绝缘套管闪络或破碎而发生的单相接地（通过外壳）短路(三) 变压器的异常情况：由于外部短路或过负荷而引起的过电流、油箱漏油而造成的油面降低、变压器中性点电压升高、由于外加电压过高或频率降低引起的过励磁等。二、变压器保护的配置(一) 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(二) 差动保护或电流速断保护: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(三) 相间短路的后备保护：防御变压器外部相间短路并作为瓦斯保护和差动保护（或电流速断保护）的后备。(四) 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。(五) 过负
3、荷保护：防御变压器对称过负荷(六) 过励磁保护：防御变压器过励磁三、变压器纵差动保护(一) 变压器纵差动保护的作用及保护范围变压器纵差动保护作为变压器的主保护，其保护区是构成差动保护的各侧电流互感器之间所包围的部分。包括变压器本身、电流互感器与变压器之间的引出线。(二) 变压器纵联差动保护的原理内部故障时，差动继电器中的电流等于各侧电流互感器的二次电流之和，足以使继电器动作。正常运行和外部故障时，差动继电器中的电流等于各侧电流互感器的二次电流之差。理论上，当各侧电流互感器的变比等于变压器的变比时，流入差动继电器中的电流为零。实际上，由于变压器的励磁涌流、接线方式和电流互感器误差等因素，差动继电
4、器中会流过不平衡电流。(三) 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/-11型 接线方式，两侧电流的相位差30，幅值相差倍。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/-11接线，变压器侧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=fzdId.max/ nl1其中: fzd=(Wph.js-Wph.zd)/ (Wph.js+Wph.zd)Id.max 外部故障时,流过变压器高压侧的
5、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68倍，该电流称为励磁涌流。特点:
6、有很大的直流分量。(80%基波)有很大的谐波分量,尤以二次谐波为主。(20%基波)波形间出现间断。措施:采用具有速饱和铁芯的差动继电器;间断角原理的差动保护;利用二次谐波制动;利用波形对称原理的差动保护。四、微机变压器纵差动保护的整定计算方法：(一) 变压器参数计算以一台具体的变压器为例进行计算：型号：SFSZ10-50000/110 三相 容量比：100/100/50额定电压：11081.25%/38.522.5%/10.5kV短路阻抗：X110*=2.1196X35*=0X10*=1.3646名称各侧参数额定电压（kV）11038.510.5变压器一次额定电流（A）262.43749.81
7、2749.29变压器各侧接线YNYNd11电流互感器接线方式星型星型星型电流互感器变比300/5600/53000/5说明：(1) 由于各装置厂家采用的算法不同，基本侧的选取、平衡系数的计算应按照具体装置的说明书进行计算。(2) 对低压侧容量为50%的变压器,计算低压侧额定电流时必须取额定容量；(3) 各侧的Un必须取变压器铭牌上的额定电压。(二) 比率制动差动元件整定图 纵差保护动作特性图(1) 启动电流Iop.min：a. 整定原则：应能可靠躲过变压器额定负载时的最大不平衡电流。最大不平衡电流主要考虑正常运行时电流互感器比误差、调压、各侧电流互感器型号不一致等产生的不平衡电流。Iop.mi
8、nKrel（KerUm）Ie式中： Ie变压器的额定电流二次值； Krel可靠系数，取1.31.5； Ker电流互感器的比误差，10P型取0.032，5P型和TP型取0.012 U变压器调压引起的误差，取调压范围中偏离额定值的最大值（百分值） m由于电流互感器变比未完全匹配产生的误差，初设时取0.05。在工程实用整定计算中可选取Iop.min=（0.20.5）Ie。一般工程宜采用不小于0.3 Ie的整定值。b. 具体计算：Iop.minKrel（KerUm）Ie 1.5(0.0320.10.05) Ie 0.315 Ie根据工程使用整定计算，取0.35 Ie。(2) 起始制动电流Ires.0：
9、对折线型的比率制动差动元件，拐点电流即开始起制动作用时的电流，一般按照高压侧额定电流的0.81倍考虑。另外，为躲过区外故障切除后的暂态过程对变压器差动保护的影响，可使保护的制动作用提早产生，也可取为0.60.8倍的额定电流。(3) 比率制动系数Kz:a. 整定原则：应当能可靠躲过外部短路引起的最大不平衡电流。 计算最大不平衡电流：双绕组变压器：Iunb.max（KapKccKerUm）Ik.max式中: Ik.max外部短路时，最大穿越短路电流周期分量； Kap非周期分量系数，两侧同为TP级电流互感器取1.0，两侧同为P级电流互感器取1.52； Kcc电流互感器的同型系数，取1.0； Ker电
10、流互感器的比误差，取0.1 U变压器调压引起的误差，取调压范围中偏离额定值的最大值（百分值） m由于电流互感器变比未完全匹配产生的误差，初设时取0.05。三绕组变压器：Iunb.maxKapKccKerIk.maxUhIk.h.maxUmIk.m.maxmIIk.I.maxmIIIk.II.max式中: Kap、Kcc、Ker含意同上。Ik.max外部短路时，最大穿越短路电流周期分量； Uh、Um变压器高、中压侧调压引起的误差，取调压范围中偏离额定值的最大值（百分值）Ik.h.max 、Ik.m.max在所计算的外部短路时，流过高、中压侧电流互感器的周期分量；Ik.I.max 、Ik.II.m
11、ax在所计算的外部短路时，相应的流过非靠近故障点两侧电流互感器的周期分量； mI、mII由于电流互感器变比未完全匹配产生的误差，初设时取0.05。 计算差动保护的动作电流Iop.max：Iop.maxKrelIunb.max式中: Krel可靠系数，取1.31.5。 确定最大制动电流Ires.max:根据具体装置的制动电流的算法确定。 计算比率制动系数Kz：Kz=b. 具体计算： 10kV母线故障时的最大短路电流：三相短路：0.2246*。折合至变压器额定电流的倍数：=4.49Ie 计算最大不平衡电流：Iunb.maxKapKccKerIk.maxUhIk.h.maxUmIk.m.maxmII
12、k.I.maxmIIIk.II.max2.01.00.14.49Ie0.14.49Ie00.054.49Ie01.57Ie 计算差动保护的动作电流：Iop.maxKrelIunb.max 1.51.57 Ie 2.36 Ie 确定最大制动电流：根据说明书：动作电流：Id=+制动电流：Ir=0.5（+）10kV没有电源，当35kV母线短路时，高压侧电流等于中压侧电流，低压侧电流为零。因此制动电流Ires.max=6.83 Ie(4) 计算最大制动电流时的比率制动系数Kz：Kz=0.50(5) 灵敏系数的计算：按最小方式下差动保护区内变压器引出线上两相金属性短路计算。根据最小短路电流对应的制动电流
13、，在动作特性曲线上查的对应的Iop，则灵敏系数为：Ksen=具体计算：两相短路：0.1664*折合至变压器额定电流的倍数：=3.328Ie此时的制动电流：Ir=0.53.328Ie=1.664 Ie根据Kz=0.50求得：Iop.max=0.932 IeKsen=3.572灵敏度满足要求。(三) 二次谐波制动比：指差动电流中的二次谐波制动分量与基波分量的比值，通常整定为15%20%。注意，二次谐波制动比越大，则保护的谐波制动作用越弱，反之亦反。(四) 差动速断元件整定：当区内故障电流很大时，电流互感器可能饱和，从而使差流中含有大量的谐波分量，并使差流波形发生畸变，可能导致差动保护拒动或延缓动作
14、。差动速断元件只反应差流的有效值，不受差流中的谐波和波形畸变的影响。差动速断元件的整定值应按躲过变压器励磁涌流来确定。Iop=KIe式中： Ie变压器的额定电流K正值系数，K推荐值如下：6300kVA及以下： 7126300kVA31500 kVA： 4.5740000kVA120000 kVA： 36120000kVA及以上： 25五、变压器后备保护 变压器的后备保护主要分为相间短路故障的后备保护和接地故障的后备保护。变压器后备保护的配置一般在各侧分别配置，构成所谓的高后备、中后备、低后备。各侧后备保护的作用有区别，对系统的降压变而言，主电源侧的高后备主要作为变压器内部故障的后备保护及其中、
15、低压侧母线故障的后备保护。中、低压侧的后备保护则主要作为各侧引出线、各侧母线及相邻线路的后备保护。具体算例：仍以上述变压器为例。(一) 高压侧后备保护：(1) CT变比：相间保护：600/5 接地保护：300/5(2) 保护配置：RCS-9681(3) 复合电压闭锁过流：本装置设三段复合电压闭锁过流保护，各段电流及时间可独立整定，分别设置整定控制字控制其投退。一、二段可选是否经方向闭锁，三段可选是否经复合电压闭锁。分析：35kV、10kV侧没有电源，110kV侧复合电压闭锁过流保护仅需要做变压器和中、低压侧母线的故障的后备保护，所以不必经方向闭锁。a. 复合电压闭锁相间低电压定值： 按躲过运行
16、中可能出现的最低电压U1.zd=式中：Umin正常运行时可能出现的低电压，一般取（0.90.95）UN Krel可靠系数，取1.11.2 Kr返回系数，电磁型取1.151.2，微机型取1.05。 按躲过电动机自起动时的电压：电压取自变压器低压侧电压互感器时 U1.zd取（0.50.7)UN电压取自变压器低压侧电压互感器时 U1.zd取（0.70.8)UN本例取：70V 灵敏度校验：Ksen=式中：Ur.max计算方式下，灵敏系数校验点发生金属性相间短路时，保护安装处的最高残压。35kV母线三相短路：79.56V10kV母线三相短路：89.96V通过计算结果可以看出，中、低压侧故障时高压侧残压均
17、大于整定值，低电压元件不能动作，因此要求经中、低压侧低电压元件开放。b. 复合电压闭锁负序相电压定值：按躲过正常运行时的不平衡电压整定，U2.zd取（0.040.08）UN本例取：6V灵敏度校验：Ksen=式中：Uk.2.min后备保护区末端两相金属性短路时，保护安装处的最小负序电压值。35kV母线两相短路：7.99V10kV母线两相短路：5.26VKsen=1.331.3d. 动作时间：与中、低压侧过流保护时间配合。本例取：2.3S跳三侧(4) 过负荷信号：按躲过变压器的额定电流Iop=式中：Krel可靠系数，取1.05 Kr返回系数，取0.850.95本例计算：Iop=(1.05/0.95
18、)262.43/120=2.4A取：2.4A（288A）动作时间：4S发信号(5) 零序电流：在中性点直接接地电网中，如变压器中性点直接接地运行，对单相接地引起的变压器过电流，应装设零序过电流保护，保护可由两段组成，其动作电流与相关线路零序过电流保护配合。分析：本例所计算的变压器是终端变压器，线路L1的开关2没有配置保护，因此本保护的计算按110kV母线接地故障有不小于1.5的灵敏系数整定；为确保系统中其它位置发生接地故障本保护不误动，动作时间通常与电源侧的其他出线的接地保护三段或末段时间配合。本例计算：110kV母线接地故障时的零序电流：0.0655*Iop=352490.0655/(1.5
19、60)=11.5A取：8A（480A）电源侧其他出线接地保护最长时间：1.6S取：2S跳三侧(6) 中性点间隙保护：为限制变压器中性点不接地运行时可能出现的中性点过电压，在变压器中性点应装设放电间隙，经间隙接地时，投入反应间隙放电的零序电流保护和零序电压保护；变压器未装设放电间隙，不接地运行时，应投入零序电压保护。放电间隙零序电流保护：当流过击穿间隙的电流大于或等于100A时保护动作。零序过电压：取150180V，110kV变压器通常取150V。(二) 变压器中压侧后备保护：(1) CT变比：相间保护：1500/5 (2) 保护配置：RCS-9682(3) 本装置设四段复合电压闭锁过流保护，各
20、段电流及时间可独立整定，分别设置整定控制字控制其投退。一、二、三段可选是否经方向闭锁，四段可选是否经复合电压闭锁。分析：中压侧后备保护是没有配置母线保护的中压侧母线的主保护，同时做35kV出线的远后备。根据起作用，四段保护的具体整定如下：a. 复合电压闭锁过流一、二段：做中压侧母线的主保护，按与35kV出线的速断保护或限时速断保护配合。IIop=KrelKbrIop.0式中：Krel可靠系数，又称配合系数，取1.051.15 Kbr分支系数Iop.0与之配合的线路保护相关段动作电流本例计算：35kV出线速断最大定值：600/5 22A 0SIIop=KrelKbrIop.0=1.0512212
21、0/300=9.24A取9.5A(2850A)灵敏度校验：Ksen=式中：Ik.2.min本侧母线金属性短路时流过保护的最小短路电流。两相短路：0.2796* Ksen=0.8660.279616496/2850=1.41.5灵敏度满足要求。动作时间：与35kV出线的速断或限时速断保护动作时间配合。本例取：0.6S跳35kV分段，0.9S跳本侧。由于定值远大于变压器额定电流，因此不必经复合电压闭锁。b. 复合电压闭锁过流三、四段： 按躲变压器额定电流整定Iop=式中：Krel可靠系数，取1.21.3 Kr返回系数，取0.850.95实际计算中，通常取1.5倍变压器额定电流。说明：复合电压闭锁的
22、过流保护，只考虑本变压器的额定电流，无复合电压闭锁的过电流保护，应考虑电动机的自启动系数。本例计算：Iop=1.5749.81/300=3.75A 与35kV出线过流保护配合：IIop=KrelKbrIop.0式中：Krel可靠系数，又称配合系数，取1.051.15 Kbr分支系数Iop.0与之配合的线路保护相关段动作电流本例计算：35kV出线过流最大定值：600/5 6A 1.4SIIop=KrelKbrIop.0=1.116120/300=2.64A取：3.8A（1140A）灵敏度校验：Ksen=式中：Ik.2.min本站35kV出线末端金属性短路时流过保护的最小短路电流。两相短路：0.1
23、2* Ksen=0.8660.1216496/1140=1.51.3灵敏度满足要求。复合电压计算同高压侧。低压侧后备保护同中压侧。1)中性点直接接地;2)中性点不接地; 3)中性点经放电间隙接地。（1）中性点直接接地运行对中性点直接接地系统，配置三段式零压闭锁零序(方向)过电流保护。I段和II段均有两个时限并可独立通过控制字选择经方向元件闭锁,III段一时限,不经方向。用于电压闭锁和零序方向的零序电压是采用自产零序电压(由UA,UB,UC软件生成)还是采用PT开口三角电压可通过选择。当零序电压采用自产零序电压，PT断线后可选择退出零流方向和零压闭锁或不退出。当零序电压采用PT开口三角电压，在有
24、零序方向元件投入的情况下，故障处理程序中设有PT开口三角电压的极性检查。对带方向的零序电流保护,方向元件由零序电压(自产零序电压UZC或开口三角电压3U0)和自产零序电流(由IA,IB,IC并联后生成的零序电流,接入IZC*,IZC)构成;方向元件灵敏角为-99,方向元件可通过控制字选择为指向变压器或母线。对零序方向元件,当变压器内部故障,选择方向指向变压器。零序过流保护推荐跳闸方式如下: I段一时限跳本侧联络开关,二时限跳本侧出口开关; II段一时限跳本侧出口开关,二时限跳变压器各侧开关; III段跳变压器各侧开关。（2）中性点不接地或经放电间隙接地运行对中性点不接地或经放电间隙接地系统，配置一段零序过电压保护和一段间隙过流保护，各有一时限。零序过电压用PT开口三角电压。零序过电压保护和间隙过流保护动作后跳变压器各侧开关。4）相间故障后备保护方向元件的整定(a)三侧有电源的三绕组升压变压器，相间故障后备保护为了满足选择性要求，在高压侧或中压侧要加功率方向元件，其方向一般指向该侧母线。(b)高压及中压侧有电源或三侧均有电源的三绕组降压变压器和联络变压器，相间故障后备保护为了满足选择性要求，在高压侧或中压侧要加功率方向元件，其方向一般指向变压器,也可指向本侧母线。
