最新变压器保护 (324)幻灯片.ppt
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1、目 录电力变压器的故障类型和不正常工作状态 电力变压器保护配置电力变压器保护的基本原理电力变压器保护运行注意事项电力变压器保护的异常处理电力变压器保护的日常维护、巡视二、电力变压器保护配置原则(一)电力变压器保护分类(二)电力变压器保护配置(三)有关重合闸配置问题分析(四)变电站主变保护配置示例 (一)变压器保护分类 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、温度等非电量也会发生变化。因此,作为变压器的保护分为电量保护和非电量保护。 (二)变压器保护配置1、瓦斯保护 电力变压器通常是利用变压器油作为绝缘和冷却介质。当变压器油箱内故障时,在故障电流和故障点电弧的作用下,
2、变压器油和其他绝缘材料会因受热而分解,产生大量气体。气体排出的多少以及排出速度,与变压器故障的严重程度有关。利用这种气体来实现保护的装置,称为瓦斯保护。 瓦斯保护能够保护变压器油箱内的各种轻微故障(例如绕组轻微的匝间短路、铁芯烧损等),但像变压器绝缘子闪络等油箱外面的故障,瓦斯保护不能反应。 2、差动保护或电流速断保护 对容量为6300kVA及以上的变压器,以及发电厂厂用变压器和并列运行的变压器, 10 000kVA及以上的发电厂厂用备用变压器和单独运行的变压器,应装设纵差动保护。电流速断保护用于对于容量为10 000kVA及以下的变压器,速断保护。对2000kVA以上的变压器,当电流速断保护
3、的灵敏性不能满足要求时,也应装设纵差动保护。3、外部相间短路和接地短路时的后备保护 变压器的相间短路后备保护通常采用过电流保护、低电压启动的过电流保护、复合电压启动的过电流保护以及负序过电流保护等(也有采用阻抗保护作为后备保护的情况)。 发生接地故障时,变压器中性点将出现零序电流,母线将出现零序电压,变压器的接地后备保护通常都是反应这些电气量构成的。 4、过负荷保护 变压器长期过负荷运行时,绕组会因发热而受到损伤。对400kVA以上的变压器,当数台并列运行,或单独运行并作为其他负荷的备用电源时,应根据可能过负荷的情况,装设过负荷保护。 5、过励磁保护 对频率减低和电压升高而引起变压器过励磁时,
4、励磁电流急剧增加,铁芯及附近的金属构件损耗增加,引起高温。长时间或多次反复过励磁,将因过热而使绝缘老化。高压侧电压为500kV及以上的变压器,应装设过励磁保护,在变压器允许的过励磁范围内,保护作用于信号,当过励磁超过允许值时,可动作于跳闸。6、其他非电量保护 对变压器温度及油箱内压力升高和冷却系统故障,应按现行有关变压器的标准要求,专设可作用于信号或动作于跳闸的非电量保护。 为了满足电力系统稳定方面的要求,当变压器发生故障时,要求保护装置快速切除故障。(三)有关重合闸问题分析 根据重合闸控制的开关所接通或断开的电力元件不同,重合闸可分为线路重合闸、变压器重合闸、母线重合闸。所以从“理论上”讲,
5、变压器是可以装设重合闸的。 然而,在电力系统的故障中,大多数是输电线路(特别是架空线路)的故障。而输电线路故障大都是“瞬时性”的。输电线路加装“重合闸”有可能大大提高供电的可靠性。 变压器是充油设备,其故障大多数是“永久性”的,重合闸会加重变压器的损坏程度,另外变压器发生故障时,无论主保护还是后备保护动作,均发永跳令,闭锁开关重合闸。所以变压器开关不设重合闸。(四)变电站主变保护配置示例 1、220kV兴隆站示例 本站主变保护装置 PST-1200系列保护。 主变压器保护装置是以差动保护、后备保护和瓦斯保护为基本配置的成套变压器保护装置。保护装置有两种不同的差动保护,设有完全相同的CPU插件,
6、分别完成差动保护功能,高压侧后备保护功能,低压侧后备保护功能,各种保护功能均有软件实现,瓦斯保护由独立机箱。 变压器PST 1200型保护压板投停情况:序号压板名称压板投停情况 1差动保护:(功能压板) 正常投入,当差动保护测方向、CT回路开路时,差动二次回路异常时,停用差动保护压板2220KV侧复压过流 正常运行时投入,PT失压时,不停用(负荷超过50%时申请停用),应立即处理PT失压3220KV侧零序方向过流段 正常运行时投入,PT失压时,停用220KV侧零序方向过流段保护压板 4220KV侧零序电流正常运行时投入,PT失压时,不停用5220KV间隙保护 变压器220KV侧中性点不接地时,
7、投入间隙保护,当一台主变运行时,停用间隙保护 6110KV侧复压方向过流段正常运行时投入,PT失压时,停用110KV侧复压方向过流段保护压板 7110KV侧复压过流 正常运行时投入,PT失压时,不停用(负荷超过50%时,申请停用),应立即处理PT失压 8110KV侧零序方向过流段 正常运行时投入,PT失压时,停用110KV侧零序方向过流段保护压板 序号压板名称压板投停情况9110KV侧零序方向过流段 正常运行时投入,PT失压时,停用110KV侧零序方向过流段保护压板 10110KV侧零序过流 正常运行时投入1110KV段复压过流 正常运行时投入1210KV段速段过流 正常运行时投入1310KV
8、段复压过流 正常运行时投入1410KV段速段过流 正常运行时投入15差动、间隙及后备跳201开关 正常运行时投入16差动、间隙及后备跳201开关 正常运行时投入17差动、间隙及后备跳101开关、跳014开关 正常运行时投入18重瓦斯保护:(功能压板) 变压器送电及正常运行时投入压板 19瓦斯保护跳201开关、跳201开关、跳101开关、跳014开关 正常运行时投入。当变压器加油、更换桂胶等,按规定瓦斯需投信号时,停用瓦斯保护跳闸压板 2、500kV泰山站示例 #2、#3号主变保护采用南京自动化设备总厂生产的WBZ500H微机型变压器保护装置。整套装置由三个独立单元组成:主保护单元、后备保护单元
9、、非电量保护单元。 主保护包括:差动保护、分差保护、瓦斯保护。 后备保护包括:过激磁保护、相间阻抗保护、复合电压闭锁过流保护、零序电流保护、过负荷保护。 非电量保护包括:本体轻瓦斯保护、本体重瓦斯保护、冷却器全停保护、压力释放保护、油温高报警保护、绕组温度高报警保护、油位异常保护。 主变各保护屏保护配置表(一)保护屏及保护型号保护屏及保护型号 保护功能配置保护功能配置A屏 (WBZ-500H)包括差动保护及后备保护装置单元。高压侧:包括差动保护及后备保护装置单元。高压侧:差动保护、高压侧相间阻抗保护、高压侧接地阻抗保护、高压侧复压过流保护、高压侧零序过流保护、高压侧零序方向段保护、高压侧零序方
10、向段保护、过激磁保护、中性点零序过流保护。中压侧:中压侧:差动保护、中压侧相间阻抗保护、中压侧接地阻抗保护、中压侧零序过流保护、中压侧零序方向段保护、中压侧零序方向段保护、中压侧非全相保护、中压侧复压过流保护及公共绕组过负荷。低压侧:低压侧:差动保护、低压侧复压过流保护、低压侧速断过流保护。三侧过负荷、PT回路异常告警等。 主变各保护屏保护配置表(二)保护屏及保护型号保护屏及保护型号保护功能配置保护功能配置B屏 (WBZ-500H)包括差动保护及后备保护装置单元。高压侧:包括差动保护及后备保护装置单元。高压侧:差动保护、高压侧相间阻抗保护、高压侧接地阻抗保护、高压侧复压过流保护、高压侧零序过流
11、保护、高压侧零序方向段保护、高压侧零序方向段保护、过激磁保护、中性点零序过流保护。中压侧:中压侧:差动保护、中压侧相间阻抗保护、中压侧接地阻抗保护、中压侧零序过流保护、中压侧零序方向段保护、中压侧零序方向段保护、中压侧非全相保护、中压侧复压过流保护及公共绕组过负荷。低压侧:低压侧:差动保护、低压侧复压过流保护、低压侧速断过流保护。三侧过负荷、PT回路异常告警等。 主变各保护屏保护配置表(三)保护屏及保护型号保护屏及保护型号保护功能配置保护功能配置C屏 (WBZ-500H)包括分差保护、非电量保护。分差保护:包括分差保护、非电量保护。分差保护:三侧差动保护、TA断线闭锁差动保护、过负荷告警。非非
12、电量保护:电量保护:本体轻瓦斯保护、本体重瓦斯保护、冷却器全停保护、压力释放保护、油温高报警保护、绕组温度高报警保护、油位异常保护。 小 结一、变压器的故障类型和不正常工作状态 两种故障类型:油箱外和油箱内故障 不正常工作状态:变压器外部短路引起的过电流;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等。二、变压器保护配置 变压器保护分为电量保护和非电量保护。 主保护包括:差动保护、分差保护、瓦斯保护。 后备保护包括:过激磁保护、相间阻抗保护、复合电压闭锁过流保护、零序电流保护、过负荷保护。 非电量保护包括:本体轻瓦斯保护、本体重瓦斯保护、冷却器全停保护、压力释放保
13、护、油温高报警保护、绕组温度高报警保护、油位异常保护 进行了有关“重合闸”问题的分析思考与练习1、变压器有哪几种故障类型和不正常工作状态?2、什么是变压器保护的电量保护和非电量保护?3、变压器装设哪些保护?为什么不装设重合闸?三、变压器保护的基本原理(一)变压器的主保护(二)变压器的后备保护(三)变压器的非电量保护(一)变压器的主保护 主保护:为满足系统稳定和设备安全要求,能以最快速度有选择的切除被保护设备和线路故障的保护。 主保护包括:差动保护、分差保护、瓦斯保护。1、差动保护 变压器纵差保护是按照循环电流原理构成的,主要是用来反应变压器绕组、引出线及套管上的各种短路故障,是变压器的主保护。
14、双绕组变压器正常运行时的电流分布 三绕组变压器内部故障时的电流分布 利用套管CT利用开关侧CT差动保护保护范围示例差动保护特点 保护范围:三侧开关CT(包括CT)至主变部分。可以反应保护范围内的接地、相间、匝间故障。 动作特性:瞬时跳三侧开关 (0 S动作)(1)第一套差动保护 是根据鉴别波形间断角原理构成的一套差动保护。它利用励磁涌流的波形有较大的间断角,而短路电流的波形是连续这一点进行工作的,当变压器引出线、套管、油箱内部的线圈及差动CT之内的电气设备发生短路故障时,差动保护动作。1)是利用比较变压器各侧电流差值构成的主保护。2)电流取自变压器各侧的CT(35kV侧无开关的,取自35kV侧
15、套管CT)。3)动作范围是变压器三侧接地和短路故障。(2)第二套差动保护 是根据二次谐波制动原理构成的一套差动保护。它利用励磁涌流中含有大量二次谐波分量作为制动量这一点进行工作的,当变压器引出线、套管、油箱内部的线圈及差动CT之内的电气设备发生短路故障时,差动保护动作。1)作为变压器内部及套管引线的主保护。2)电流取自变压器高、中侧以及中性点套管CT。3)动作范围是变压器除35kV(三角形)之外的其他各侧 。(3)分侧差动保护 分侧差动保护是将变压器的各侧绕组作为被保护对象,在各绕组的两端设置CT而实现差动保护。 分侧差动保护用来提高切除自耦变压器内部单相接地短路故障的可靠性,接线简单可靠,对
16、相间和单相短路灵敏度高,但对匝间短路无保护作用。 1)分侧差动保护的电流取自主变高中压侧的开关电流以及公共绕组电流。 2)其保护范围为高、中压侧绕组以及引线上的接地和相间故障,但不保护绕组的匝间故障。 3)由于不依靠磁路因此上不必考虑励磁涌流的影响。2、瓦斯保护 (1)瓦斯保护:可以反应主变内部各种故障(包括接头过热、局部放电、铁芯故障等)的非电量主保护。轻瓦斯保护动作于发信号,重瓦斯保护动作瞬时跳开各侧开关 。(2)瓦斯保护原理图(3)瓦斯(气体)继电器安装位置“瓦斯(气体)继电器”安装位置在油箱与油枕的连接导管中(图中“1”所示)(4)瓦斯保护原理 当变压器发生内部故障时产生大量的气体将聚
17、集在瓦斯继电器的上部,使油下降,当油面降低到一定程度时,上浮筒下沉使水银接点接通,发轻瓦斯动作信号。如果是严重的故障时,油箱内的压力增大使油流冲击挡板,挡板克服弹簧阻力,带动磁铁向干簧触点方向移动使水银接点闭合接通跳闸回路。(5)瓦斯保护的范围1)油箱内部的相间短路故障2)绕组匝间、层间短期故障3)绕组与铁芯与外壳间的短路故障4)铁芯故障5)油面下降或漏油6)分接头接触不良等故障 3、差动、瓦斯特点分析 (1)瓦斯保护的主要优点是结构简单,灵敏性高,能反应变压器油箱内的各种故障。特别是能反应轻微匝间短路。它也是油箱漏油或绕组、铁芯烧损的唯一保护。 (2)差动保护能反应油箱外(变压器套管和引出线
18、的)故障,抗外部振动干扰能力强。 (3)瓦斯保护能反应变压器油箱内的任何故障,包括铁芯过热烧伤,油面降低,但差动保护对此无反应。又如变压器绕组产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枕方向冲击,但表现在相电流上却并不大,因此差动保护没有反应,但瓦斯保护对此却能有灵敏地加以反应。 (4)差动保护与瓦斯保护在保护范围上有一定互补性,不能相互代替,一起作为变压器的主保护。(二)变压器的后备保护 后备保护:主保护或开关拒动时,用来切除故障的保护。后备保护分为远后备和近后备两种。 远后备保护:当主保护或开关拒动时,由相邻电力设备或线路的保护来实现的后备保护
19、。 近后备保护:当主保护拒动时,由本电力设备或线路的另一套保护来实现的后备保护。 后备保护包括:过激磁保护、相间阻抗保护、复合电压闭锁过流保护、零序电流保护、过负荷保护等。1、过激磁保护 (1)变压器在运行过程中由于电压升高或者频率降低将会使变压器工作在过励磁状态,此时变压器磁通严重饱和,励磁电流急剧增加并且发生畸变,产生高次谐波,从而使内部损耗增大,铁芯温度升高,对绝缘造成破坏。另外由于铁芯饱和之后,漏磁通增大,在主变中产生涡流,引起局部过热,严重时可使得铁芯变形,损害介质。 (2)现代大型电力变压器,额定运行时的磁场强度一般在1.7-1.8T,而饱和时的磁场强度一般在1.9-2.0T,两者
20、已经很接近,所以当电压频率比增加时将产生过激磁,导致励磁电流增大,从而影响变压器寿命甚至烧毁变压器。一般避免方法: 1)防止电压过高运行。一般电压越高,过励情况越严重,允许运行时间越短。 2)加装过励磁保护:根据变压器特性曲线和不同的允许过励磁倍数发出告警信号或切除变压器。2、阻抗保护 利用阻抗元件来反应短路故障的保护装置,阻抗元件的阻抗值是接入该元件的电压与电流的比值:UIZ,也就是短路点至保护安装处的阻抗值。 (1)阻抗保护介绍 变压器高压并联电抗器和母线保护及辅助装置标准化设计规范中规定:330KV及以上电压等级的变压器需在高中压侧配置阻抗保护作为本侧母线故障和主变部分绕组故障的后备保护
21、。阻抗元件采用由具有偏移圆特性的相间、接地阻抗元件组成,其正反方向都有保护范围,正方向指向变压器,反方向则指向系统。指向变压器的阻抗元件其整定范围不应超过对侧母线,指向系统的阻抗元件其整定范围应与线路保护配合整定。 (2)国网标准化的相间和接地阻抗保护 1)作为本侧母线故障和主变部分绕组故障的后备保护,指向变压器的阻抗范围不超过对侧母线,指向母线的阻抗作为本侧母线故障的后备保护。 2)高压侧设置一段两个时限,第一时限跳开本侧断路器,第二时限跳开变压器各侧断路器。中压侧设置一段四时限,第一时限跳开分段,第二时限跳开母联,第三时限跳开本侧断路器,第四时限跳开变压器各侧断路器。 500kV变压器的特
22、殊保护分析(1)过励磁保护是用来防止变压器突然甩负荷或因励磁系统因引起过电压造成磁通密度剧增,引起铁芯及其它金属部分过热。(2)500kV、220kV阻抗保护,当变压器绕组或引出线发生相间短路时作为差动保护的后备保护。3、复合电压闭锁过流保护 (1)国网标准化配置 作为阻抗保护的补充,防止阻抗保护的出现死区国网标准化进行了以下配置: 高中压侧: 1)配置一段复压闭锁过流保护 2)不带方向,复压元件固定取各侧 3)保护动作后跳开主变各侧开关 低压侧: 1)配置一段复压闭锁过流保护 2)不带方向,复压元件固定取本侧 3)保护动作后跳开主变各侧开关 4)一时限跳本侧,2时限跳各侧 5)另设一段过流,
23、固定跳各侧 (2)复合电压闭锁过流保护构成 复合电压由相间低电压和负序电压元件或门构成,采用负序电压元件可以保证在不对称故障时有很高的灵敏度。在主变各侧发生不对称短路故障时,负序电压的幅值不受星角变化的影响,但负序电压不能反应三相短路,因此采用三个相间低电压元件作为三相短路的复压元件。 1)国网标准化的主变保护高、中压侧复压元件固定取各侧,低压侧复压元件固定取本侧。 2)默认标准版本保护复压选取可由控制字进行投退。 (3)复压元件总结 1)复压元件介绍变压器有多少侧,就有多少个复压元件。 2)针对某侧保护,可选择多侧的复压元件共同参与该侧保护,任一侧复压元件动作均可开放保护任何一侧的。 3)电
24、压出现异常,保护将主动退出该侧的复压,当复压所取侧都断线时,可根据设定退出保护还是变成过流。 4)各侧的电压压板,用于指明PT运行状态,退出该侧电压压板表示PT 检修。保护将退出该侧电压。如果各侧电压压板都退出,则退出保护的复压元件,保护将变为纯过流保护。 (4)复压闭锁方向过流保护方向元件的介绍 1)为防止保护安装处出口故障造成相关相的电压消失,造成方向元件无法判断,因此方向元件采用90度接线。 2)为了消除保护安装处附近三相短路的电压死区,方向元件带记忆功能 3)根据系统的不同,最大灵敏角有-30度和-45度两种,同时考虑到动作区边界的误差,动作范围设定为170度。 4)非国网标准化的版本
25、,其方向元件可以由控制字选择为方向指向母线或指向变压器。 4、零序电流保护(1)零压闭锁方向零流保护的组成 电压为110KV以上的变压器,在大电流系统侧应设置反映接地故障的零序电流保护,在两侧接大电流的三绕组变压器以及三绕组自藕变压器,应配置零序方向。 1)作为后备保护,当零序电流保护的灵敏度不足时,需引入零序电压元件配合使用。 2)当主变高中压侧均带电源且两侧同时接地运行时,任一侧发生接地故障,在高中压侧都会有零序电流通过,为使变压器两侧的零序保护互相配合,有时需要加设零序方向保护。(2)国网标准化配置 反应大电流接地系统的接地故障,作为变压器和相邻元件的后备保护。采用自产零序电流。 高压侧
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