特高压交流变压器结构与保护配置讲课讲稿.ppt

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1、特高特高压交流交流变压器器结构与保构与保护配配置置主体结构示意变压器铁芯结构变压变压器主体与器主体与调压补偿变调压补偿变分箱布置分箱布置变压变压器器三相分体布置三相分体布置1000KV/500KV/110KV变压器内部绕组特高特高压单压单相接相接线图线图特高特高压变压压变压器高、中、低器高、中、低压侧绕组压侧绕组采用采用YN-yn-d11接接线线。主体。主体变变和和调调压补偿变压补偿变通通过过管路管路母母线连线连接接组组合合后可作后可作为为一台完整的一台完整的变压变压器使用，也器使用，也可将主体可将主体变单变单独使用独使用汇 报 提 纲1.特高压变压器的结构特点2.差动保护3.励磁涌流4.过流

2、保护5.其他非电气量保护4差动保护特高压变压器CT布置图差差动动保保护护是是变变压压器器的的主主保保护护，特特高高压压变变压压器器各各差差动动保保 护护 的的 保保 护护 范范 围围 通通 过过 电电 流流 互互 感感 器器(current transformer，CT)布布置置情情况况进进行行分分析析各各差差动保护的功能及范围。动保护的功能及范围。保护名称组成结构作用范围励磁涌流闭锁判据纵联差动保护CTH1/CTH2、CTM1/CTM2、CTL1/CTL2 变压器各侧的各类故障是分侧差动保护CTH1/CTH2、CTM1/CTM2、CT5 高、中压侧绕组和引线的接地和相间故障，不保护绕组的匝间

3、故障否补偿变差动保护CT8、CT6 补偿变内部绕组所有故障和引线故障是调压变差动保护CT5、CT6、CT7 调压变压器内部绕组所有故障和引线故障是各差动保护的功能及范围高压侧1000KV中中压压侧侧500KV110KV特特高压变压器差动保护的配置高压变压器差动保护的配置纵联差动保护的保护范围最大，理论上可以动作于整个特高压变压器保护区内故障，但是实际运行发现，对于调压绕组与补偿绕组发生轻微匝间短路时，该保护灵敏度减低甚至出现保护拒动，因此引入保护范围较小的其他类型差动保护；分侧差动保护只体现主体变串联绕组及公共绕组的故障，虽然保护范围减小，但是灵敏度较高；分相差动保护不存在差流合成，得到的差流

4、能够最真实的反映出励磁涌流与故障电流的本质特征，对于该保护区内发生的轻微匝间短路有较高的灵敏度；低压侧小区差动保护对特高压变压器低压套管引出线到低压母线间发生故障时起到保护作用；针对纵联差动保护对调压补偿变轻微匝间短路的灵敏度不足的问题，特高压变压器配置了单独的调压补偿变差动保护。特高压变压器差动保护回路中的不平衡电流特高压变压器差动保护回路中的不平衡电流1、变压器不平衡电流产生原因（1）计算变比与实际变比不一致产生的不平衡电流 变压器及电流互感器的变比是按照相关标准生产的，即变压器与电流互感器一旦出厂后，变比就是固定不变的。在现场运行实际中，变压器与电流互感器的实际变比与按照公式计算出的变比

5、很难吻合，所以很可能引起不平衡电流，影响差动保护动作的可靠性。（2）传变误差引起的不平衡电流 流入差动继电器的不平衡电流与变压器高、低压侧电流互感器的励磁电流相关，电流互感器励磁涌流直接流入差动保护装置，引起保护误动作。（3）变压器励磁涌流产生的不平衡电流 任何一个变压器都可以等效为一个由条电路加条磁路的等值电路，励磁回路相当于变压器内部故障的故障支路，当变压器产生励磁涌流时，该电流将全部流入差动继电器，形成不平衡电流。由于励磁涌流很大，如果单独依靠调整差动保护动作定值，会使得差动保护在变压器内部故障时灵敏度降低，甚至引起差动保护误动作。（4）变压器调压时产生的不平衡电流 通过改变变压器档位实

6、现调压，可以实现电网无功的含理分布，而改变变压器档位的实质就是在改变变压器的变比。当变压器变比由于调压而发生改变时，变比不可能再发生变化，而差动保护定值一般会按照额定变比来整定。故调压破坏了与变压器的变比平衡，必然会产生不平衡电流。特高压变压器差动保护回路中的不平衡电流特高压变压器差动保护回路中的不平衡电流2、减小不平衡电流影响的主要措施为了减小电流互感器计算变比与实际变比不一致产生的不平衡电流，传统方法是通过平衡线圈消除，而微机保护可以通过软件实现电流幅值的精确平衡调整；在我国智能电网快速发展的今天，可以采用电子式光电互感器来消除由于传变误差引起的不平衡电流；对于变压器励磁涌流产生的不平电流

7、，可以通过通过多种方法实现励磁涌流的抑制或者识别，保证差动保护不会因为涌流而发生误动作；对于变压器调压引起的不平衡电流，目前在工程实际中主要在档位改变时，投退不同的定值单的方法来躲过不平衡电流，但是这种保护定值的不断切换，为现场实际工作带来了诸多的不便，有必要引入新方法，科学合理地补偿不平衡电流。汇 报 提 纲1.特高压变压器的结构特点2.差动保护3.励磁涌流4过流保护5.其他非电气量保护9产生的原因：变压器励磁涌流是指变压器空载合闸时，由于变压器铁芯的饱和而产生的暂态电流。造成的危害：变压器励磁涌流会引起电力系统电压骤降、谐波污染、和应涌流、铁磁谐振等。（因而进行抑制励磁涌流的研究，对保障电

8、网的安全稳定运行至关重要）产生的原因及其危害建立一台单相变压器的等值电路来分析励磁涌流产生原因，以及合闸初相角和变压器铁芯剩磁对励磁涌流的影响。考虑损耗的单相变压器空投等值电路单相变压器理想化空投等值电路 为时域电网电压；为变压器原边漏电阻；为变压器原边漏电感；为变压器励磁电阻；为变压器励磁电感。为方便计算，做出如下假设；(1)电源采用理想电源及线路无损耗；(2)变皮器原边漏电阻与漏电感均为零；(3)忽略激磁电阻，变压器原边匝数为一匝。励磁涌流的产生电网电压与变压器铁芯磁通建立直接的关系为：单相变压器理想化空投等值电路由式1所示的微分方程可以得到空载合闸时的铁芯磁通：其中是稳态磁通幅值为变压器

9、铁芯剩磁，其大小和方向与变压器切除时刻的电压（磁通）有关。励磁涌流的产生电力变压器的饱和磁通一般为 ，而变压器的运行电压一般不会超过额定电压的10%，相应的磁通 不会超过饱和磁通 。所以在变压器稳态运行时，铁心是不会饱和的。若铁心的剩磁 ，合闸半个周期 后 达到最大值，即 。最严重的情况是在电压过零时刻 合闸，的最大值为 ，远大于饱和磁通 ，造成变压器严重饱和。此时 的波形如图所示。变压器暂态磁通励磁涌流的产生令 时刻空载合闸，分别取合闸角 ，通过式2分析不同剩磁 对铁心磁通值的影响。合闸初相角固定不同剩磁时的铁心磁通值通过分析发现，变压器励磁涌流的幅值在 0最大，并且合间角一定时，励磁涌流幅

10、值伴随铁心剩磁含量的提高不断增大。励磁涌流的产生合闸电阻抑制涌流的等值图针对如图所示的等值电路，依据电磁感应定律与基尔霍夫电压定律列写回路方程，为简化计算，令变压器线圈面数为匝，忽略变压器原边漏电感，并设加装合闽电阻前的回路总电阻为 ，为加装的断路器合闸电阻。考虑 （为特高压变压器空载合闸时的瞬时电感值），所以励磁涌流的计算式可以表示为利用合闸电阻抑制励磁涌流不同合闸电阻下的高压侧励磁涌流仿真波形不同合闸电阻下的中压侧励磁涌流仿真波形特高压变压器空投时励磁涌流与故障电流识别由于受到特高压变压器特殊结构及铁心材料的影响，励磁涌流中二次谐波含量很小，低于常规的二次谐波闭锁原理的整定门槛值，容易与短

11、路电流发生混淆。二次谐波闲锁原理二次谐波闲锁原理二次谐波闭锁原理是基于励磁涌流中含有大量的二次谐波分量的特点，设定二次谐波的口槛值，当涌流中二次谐波含量超过该口槛值时，闭锁差动保护。二次谐波闭锁原理的判据可以表示为：从图中波形可以看出，如果简单地采用分相闭锁的励磁涌流识别方式时，本次空投情况下，A相比例差动保护原件将要误动作推荐推荐励磁励磁涌流识别方案涌流识别方案将励磁涌流闭锁定值自适应变化与“分相制动”方式相结合并通过差动电流中二次谐波含量的变化趋势进行辅助判断的励磁涌流识别方案目前被广泛采纳。该方案的判断过程如图所示。汇 报 提 纲1.特高压变压器的结构特点2.差动保护 3.励磁涌流4.过

12、流保护5.其他非电气量保护20过流过流保护保护城市陷入瘫痪过过流流保保护护只只用用于于后后备备保保护护，由由于于“调调补补变变”的的匝匝数数相相对对于于整整个个变变压压器器而而言言很很少少，当当发发生生轻轻微微匝匝间间故故障障时时，再再折折算算到到主主体体变变压压器器来来看看更更加轻微。故加轻微。故“调补变调补变”的保护以差动形式单独配置。的保护以差动形式单独配置。以以500KV侧侧为为例例。变变压压器器500KV侧侧的的零零序序定定时时限限I段段应应与与500KV侧侧出出线线的的零零序序灵灵敏敏段段配配合合，这这是是定定时时限限保保护护之之间间的的配配合合；相相应应的的，500KV侧的零序反

13、时限保护需与侧的零序反时限保护需与500KV侧出线的侧出线的零序反时限零序反时限保护配合。保护配合。由于主变的本质是由于主变的本质是自耦变压器自耦变压器，那么在配置自耦变压器的，那么在配置自耦变压器的零序过零序过流保护流保护时分为时分为两种情况两种情况:中压侧无零序电源时自耦变压器零序过电流中压侧无零序电源时自耦变压器零序过电流保护配置保护配置,中压侧有零序电源时自耦变压器零序过电流保护配置中压侧有零序电源时自耦变压器零序过电流保护配置自耦自耦变压变压器零序等器零序等值电值电路路中压侧无零序电源时自耦变压器零序过电流保护配置4.11中中压侧压侧:通常设置两段零序方向过电流保护,其方向指向本侧母

14、线,第段作本侧母线的后备,第段作本侧母线出线的后备。其中第段设三级时限,跳闸方式分别为:第一级时限t1跳本侧母联(或分段)开关,第二级时限t2跳主变本侧开关,第三级时限t3跳主变三侧开关。第段设一级时限t4跳主变三侧开关.4.1.2高高压侧压侧应设应设置置两段零序两段零序过电过电流保流保护护,第第段段带带方向方向,其方向指向其方向指向变压变压器做器做该变该变压压器的后器的后备备,并并设设置三置三级时级时限限,跳跳闸闸方式分方式分别为别为:第一第一级级时时限限t1跳中跳中压侧压侧母母联联(或分段或分段)开关开关,第二第二级级时时限限t2跳主跳主变变中中压侧压侧开关开关,第三第三级级时时限限t3跳

15、跳主主变变三三侧侧开关。第开关。第段不段不带带方向方向,同同时时作作该变压该变压器和本器和本侧侧母母线线出出线线的的后后备备,设设置一置一级时级时限限t4跳主跳主变变三三侧侧开关开关.中压侧有零序电源时自耦变压器零序过电流保护配置4.2.1中中压侧压侧此部分的此部分的第第I段段配置与上配置与上节节4.1.1中完全相同中完全相同，第第II段不段不带带方向方向，其余相，其余相同同。4.2.2高高压侧压侧高高压侧压侧零序零序过电过电流保流保护应设护应设两段两段,第第段段带带方向方向,其方向指向本其方向指向本侧侧母母线线,作本作本侧侧母母线线的后的后备备,动动作作时时限限设设置两置两级级,跳跳闸闸方式

16、分方式分别为别为:第一第一级时级时限限t1跳主跳主变变高高压侧压侧开关开关,第二第二级时级时限限t2跳主跳主变变三三侧侧开关。开关。第第段段不不带带方方向向,既作既作该变压该变压器也作本器也作本侧侧母母线线出出线线的后的后备备,动动作作时时限限设设置一置一级级t3跳主跳主变变三三侧侧开关。开关。汇 报 提 纲1.特高压变压器的结构特点2.差动保护3.励磁涌流 4.过流保护5.非电气量保护24非电气量保护定义及应用定义定义：变压器非电量保护是变压器的：变压器非电量保护是变压器的主保护主保护。主要保护变压器。主要保护变压器内部短路故障内部短路故障和和油温油温、油位异常油位异常等。一般是指保护的判据

17、等。一般是指保护的判据不是不是电量（如电流、电压、频率、阻电量（如电流、电压、频率、阻抗等），抗等），而是而是非电量。其中的主要类别是非电量。其中的主要类别是瓦斯保护瓦斯保护（通过油速整定）、（通过油速整定）、油温高油温高保护保护（通过温度高低）、（通过温度高低）、压力释放保护压力释放保护（压力）、（压力）、防火保护防火保护（通过火灾探头等）（通过火灾探头等）、油位异常保护油位异常保护（油位高低整定）等。（油位高低整定）等。实际应用实际应用：非电量保护可对输入的非电量接点进行记录和保护报文记录并上传，：非电量保护可对输入的非电量接点进行记录和保护报文记录并上传，变压器非电量保护主要包括本体变压

18、器非电量保护主要包括本体轻瓦斯保护轻瓦斯保护、本、本体重瓦斯保护体重瓦斯保护、有载轻瓦斯保有载轻瓦斯保护护、有载重瓦斯保护有载重瓦斯保护、压力释放压力释放、冷控失电冷控失电、油温过高油温过高、油位异常油位异常等，经软硬等，经软硬压板发信告警或直接经出口跳闸。压板发信告警或直接经出口跳闸。26非电气量保护主要类别1 1）瓦斯保护）瓦斯保护当变压器内部出现不严重的匝间短路故障、放电或单相接地时，其他保护因为得到的信号弱而不起作用，但这些故障均能引起变压器油以及其它材料分解产生气体，进而造成喷油冲动瓦斯继电器。瓦斯保护按保护功能分为轻瓦斯保护及重瓦斯保护两种。2）压力释放）压力释放压力释放保护也是变

19、压器的主保护。它是反应变压器内部油压的，压力释放，保护原理功能与重瓦斯保护基本相同。压力释放阀安装于变压器的油箱顶部，由一组弹簧跟保护触点组成。3 3）油位异常及油温保护油位异常及油温保护变压器油温保护是通过采集变压器的上层油温或者绕组温度而形成的一种保护。通常变压器油温保护只发报警信号不作用于跳闸。非电气量保护的工作原理非电气量跳闸及发信原理图非电量发信原理图 变压器的非电量保护，不管是瓦斯保护还是油温、油位等异常的保护，变压器的非电量保护，不管是瓦斯保护还是油温、油位等异常的保护，其原理都是在变压器的控制跳闸回路或者信号回路中串入变压器其原理都是在变压器的控制跳闸回路或者信号回路中串入变压

20、器本体的一个本体的一个触点触点。当变压器出现异常时，触点闭合，跳闸回路或者信号回路接通，实现。当变压器出现异常时，触点闭合，跳闸回路或者信号回路接通，实现各保护功能。各保护功能。非电量保护优缺点1）非电量保护的）非电量保护的优点优点电电气气量量保保护护利利用用变变压压器器各各侧侧的的电电流流和和电电压压来来鉴鉴别别变变压压器器故故障障，此此类类保保护护通通常常都都设设置置有有定定值值门门槛槛，如如果果低低于于定定值值门门槛槛，则则对对应应的的保保护护可可能能无无法法动动作作。鉴鉴于于变变压压器器本本体体特特殊殊的的结结构构特特点点，利利用用其其本本体体的的特特征征来来鉴鉴别别变变压压器器故故障

21、障和和异异常常运行情况，使之与电气量保护运行情况，使之与电气量保护互相弥补互相弥补，更好的为保护变压器发挥作用。，更好的为保护变压器发挥作用。2）非电量保护的）非电量保护的缺点缺点与电气量保护相比，非电量保护的缺点如下：与电气量保护相比，非电量保护的缺点如下：（1）动动作作时时间间相相对对较较长长。因因非非电电量量保保护护不不能能直直接接反反映映变变压压器器内内部部故故障障，而而为为了了抗抗干干扰扰要要求求本本身身不不能能快快速速动动作作（动动作作时时间间不不能能小小于于10ms），所所以以其其动作速度不及纵差保护。动作速度不及纵差保护。（2）保保护护范范围围有有限限。非非电电量量保保护护只只

22、能能反反映映变变压压器器内内部部故故障障，不不能能反反映映变压器引线故障。变压器引线故障。误动分析3）非电量保护误动原因分析）非电量保护误动原因分析统计运行分析表明，非电量保护误动的原因主要表现在以下几个方面：统计运行分析表明，非电量保护误动的原因主要表现在以下几个方面：（1）因因非非电电量量保保护护接接点点绝绝缘缘下下降降，使使得得触触点点导导通通而而导导致致出出口口接接地地绝绝缘缘下下降降。接接点点绝绝缘缘下下降降的的原原因因主主要要有有：变变压压器器本本体体上上的的非非电电量量保保护护进进线线盒盒设设计计不不合合理理，防防水水防防潮潮性性能能差差，在在大大风风大大雨雨的的情情况况下下水水

23、汽汽渗渗进进变变压压器器内内部部非非电电量量保保护护继继电电器器安装的地方，使接点受潮。安装的地方，使接点受潮。（2）工工作作人人员员在在外外部部转转接接端端子子箱箱上上工工作作后后，忘忘记记关关好好端端子子箱箱的的门门或或者者端端子子箱质量不佳、年久生锈破裂，风雨天气雨水漏进端子箱内使箱质量不佳、年久生锈破裂，风雨天气雨水漏进端子箱内使端子受潮端子受潮。（3）有有些些变变压压器器厂厂家家提提供供的的至至变变压压器器内内部部的的二二次次电电缆缆是是非非屏屏蔽蔽电电缆缆，若若施施工工时时没没有有按按反反措措要要求求把把交交直直流流分分开开而而把把直直流流电电缆缆跟跟交交流流电电缆缆捆捆扎扎在在一

24、一起起便便形形成成一种事故隐患，容易引起一种事故隐患，容易引起保护误动作保护误动作。（4）还还有有冷冷却却器器全全停停保保护护时时间间继继电电器器损损坏坏、接接点点粘粘连连，温温度度继继电电器器定定值值偏偏低处于动作状态导致保护误动出口。低处于动作状态导致保护误动出口。（5）设计不合理引起，有的是安装接线错误引起。）设计不合理引起，有的是安装接线错误引起。（6）变变压压器器保保护护装装置置中中非非电电量量采采用用光光耦耦输输入入、抗抗干干扰扰能能力力差差引引起起。总总结结以以上上原原因因，第第1种种情情况况导导致致非非电电量量保保护护误误动动是是最最多多的的；第第2种种情情况况导导致致非非电电

25、量量保保护护误误动动次次之之；第第36种种情情况况导导致致非非电电量量保保护护误误动动也也都都存存在在，尤尤其其是是第第6种种情情况况在在近近几年中发生较多，应引起足够的重视和采取相应改进措施。几年中发生较多，应引起足够的重视和采取相应改进措施。非电量保护改进措施基于对非电量保护误动原因的分析，提出如下的非电量保护基于对非电量保护误动原因的分析，提出如下的非电量保护改进措施改进措施：（1 1）关于非电量保护的配置建议除重瓦斯继电器投入跳闸外，其他变压器非）关于非电量保护的配置建议除重瓦斯继电器投入跳闸外，其他变压器非电量保护全部只投入信号。电量保护全部只投入信号。（2 2）变压器本体上的电缆进

26、线应从下往上接入，进线盒应加装防雨罩。）变压器本体上的电缆进线应从下往上接入，进线盒应加装防雨罩。（3 3）应采用具有一定动作功率的中间继电器，不宜采用光耦输入。）应采用具有一定动作功率的中间继电器，不宜采用光耦输入。（4 4）二次电缆宜采用屏蔽电缆（变压器本体进线盒至端子箱的中间电缆也应）二次电缆宜采用屏蔽电缆（变压器本体进线盒至端子箱的中间电缆也应采用屏蔽电缆），交直流分开。采用屏蔽电缆），交直流分开。（5 5）建议明确一、二次管理上的分界点，变压器本体内接点的绝缘检查由一）建议明确一、二次管理上的分界点，变压器本体内接点的绝缘检查由一次负责，二次负责回路的绝缘检查及接线的正确性（二次回路

27、绝缘次负责，二次负责回路的绝缘检查及接线的正确性（二次回路绝缘1M1M/1000V/1000V）。）。非电量保护配置方案为了防止非电量保护误动作，在保证重瓦斯保护安全可靠投入运行为了防止非电量保护误动作，在保证重瓦斯保护安全可靠投入运行的前提下，其余非电量保护宜作用于信号。非电量保护的配置方案的前提下，其余非电量保护宜作用于信号。非电量保护的配置方案如下：如下：（1 1）本体重瓦斯投跳闸。本体轻瓦斯投信号。）本体重瓦斯投跳闸。本体轻瓦斯投信号。（2 2）调压重瓦斯投跳闸，不设调压轻瓦斯保护。早期的调压瓦斯继）调压重瓦斯投跳闸，不设调压轻瓦斯保护。早期的调压瓦斯继电器，具有调压轻瓦斯发信和跳闸接

28、点；而目前的调压瓦斯继电器电器，具有调压轻瓦斯发信和跳闸接点；而目前的调压瓦斯继电器一般采用一般采用QJ-25QJ-25型继电器，只有跳闸接点，无信号接点。型继电器，只有跳闸接点，无信号接点。（3 3）油温和绕组温度高发信号。）油温和绕组温度高发信号。（4 4）油位异常发信号。）油位异常发信号。（5 5）冷却器全停发信号。无人值班站，冷却器全停宜作用于跳闸。）冷却器全停发信号。无人值班站，冷却器全停宜作用于跳闸。（6 6）变压器空充时压力释放临时投跳闸，正常运行时发信号。）变压器空充时压力释放临时投跳闸，正常运行时发信号。感谢聆听感谢聆听请批评指正请批评指正此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢