第五章电力变压器的继电保护.pptx
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1、套管第1页/共122页第2页/共122页第一节电力变压器的继电保护电力变压器电力变压器是电力系统中大量使用的重要电器设备,它的故障对供电的可靠性和系统的正常运行带来严重后果,同时是电力系统中大量使用的重要电器设备,它的故障对供电的可靠性和系统的正常运行带来严重后果,同时大容量变压器也是非常重要的元件。因此,必须根据变压器容量和重要程度装设性能良好、动作可靠的保大容量变压器也是非常重要的元件。因此,必须根据变压器容量和重要程度装设性能良好、动作可靠的保护。护。第3页/共122页一、电力变压器的故障 相间短路油箱内接地短路匝间短路油箱内部故障对变压器来说是非常的危险,高温电弧不仅会烧毁绕组和铁芯,
2、而且还会使变压器油绝缘受热分解产生大量气体,引起变压器油箱爆炸的严重后果。相间短路油箱外接地短路(套管和引线)第4页/共122页变压器故障按严酷程度分类根据变压器故障程度不同,对不同故障模式进行严酷程度分类:(1)类灾难性:变压器爆炸或完全损坏;(2)类致命性:变压器性能严重下降或严重受损,必须立即停运;(3)类临界性:变压器性能轻度下降或轻度受损;(4)类轻度性:不甚影响变压器运行但要进行非计划检修。第5页/共122页变压器故障按原因分类对变压器故障的原因,基本上可以做如下分类:(1)制造:制造工艺不良、设计不合理、材料质量不良、异物进入、杂质;(2)维护:维护不当、受潮、操作失误、振动;(
3、3)环境:外部短路、雷电侵袭、自然损坏;(4)其它。第6页/共122页二、不正常运行过电流、过电压、过负荷、油面降低、过励磁等三、保护配置1、瓦斯保护:、瓦斯保护:800KVA的油浸式的油浸式Tr 400KVA的车间内的车间内Tr 反映变压器油箱内部各种短路故障和油面降低反映变压器油箱内部各种短路故障和油面降低第7页/共122页三、保护配置2、纵差动保护:反映变压器绕组和引出线的相间短路,以及中性点直接接地电网侧绕组和引线的接地短路及绕组匝间短路,应装设纵差保护或电流速短保护一般:并列运行变压器6300KVA单独运行变压器10000KVA重要单独运行变压器6300KVA都应装设差动保护2000
4、KVA变压器的电流速断保护Klm不够时,也装设差动保护第8页/共122页三、保护配置3、电流速断保护10000KVA变压器且过电流保护时限大于0.5S时当灵敏度不满足要求时,宜装设纵差保护。4、外部相间短路引起过电流时应采取的保护(1)过电流保护:用于降压Tr(2)低电压起动的过电流保护:(3)复合电压起动的过电流保护:升压Tr及(1)的Klm不 够的降压Tr(4)负序电流及单相式低电压起动的过电流保护:大容量 升压Tr及联络Tr(5)阻抗保护:对升压Tr和系统联络Tr当Klm及选择性不够 时采用第9页/共122页三、保护配置5、外部接地短路时应采取的保护(1)零序电流保护直接接地系统(2)零
5、序方向电流保护直接接地系统,有选择性要求(3)零序过电压保护;中性点装放电间隙的加零序电流保护 Tr部分接地,部分不接地,当接地变压器跳闸后,不接地变压器继续带电运行时装设相应保护第10页/共122页三、保护配置6、过负荷保护并列运行变压器、备用变压器等保护接于一相流上延时作用于发信号,必要时自动减负荷或跳闸7、过励磁保护对于由于频率降低和电压升高等原因而引起的励磁电流升高允许范围内:发信号超过允许值:跳闸8、其它保护温度、压力、冷却系统等第11页/共122页导致变压器过励磁的原因有导致变压器过励磁的原因有 一、电力系统由于发生事故,而解列,造成系统中某一部分因大量甩负荷使变压器电压升高,或由
6、于发电机自励磁引起过电压。二、由于发电机铁磁谐振过电压,使变压器过励磁。三、发电机变压器组在与系统并列之前,由于误操作,附加了较大励磁电流,造成变压器过励磁。四四、发电机起动过程中,转子在低速下预热时,或双轴发电机低频下并列后,误将发电机电压升到额定值,从而使变压器因低频而过励磁。五、在切除机组过程中,主气门关闭,出口断路器断开,而灭磁开关拒动。此时由于原动机减速,自动励磁装置力求保持机端电压,从而造成变压器低频过励磁。事实上,正常运行情况下,突然甩负荷也会引起变压器过励磁的这是由于励磁调节系统和原动机调速系统都是由惯性环节组成,突然甩负荷后电压迅速上升,而频率上升缓慢,则电压频率比 Uf 上
7、升,从而使变压器过励磁。第12页/共122页第二节变压器的瓦斯保护瓦斯保护的原理瓦斯保护的构成瓦斯保护的接线第13页/共122页一原理油箱内部发生故障(包括匝间短路、经电阻的接地等轻微故障)故障点电流、电弧变压器油及其它绝缘材料受热分解产生气体流向油枕的上部。当故障严重时变压器油迅速膨胀产生大量的气体,气体夹杂着油流冲向油枕的上部。反映上述气体或油流而动作的保护瓦斯保护1、气体与油的混合物重(严重故障)反应油流速度跳闸2、气体与油的混合物轻(不正常or少数匝间)气体体积发信号第14页/共122页 轻瓦斯:反应油面降低,匝数很少的匝间故障重瓦斯:严重故障跳闸特点:内部保护之一,反应油箱内部故障H
8、2:潮气CO、CO2:固体绝缘材料分解C2H2:放电故障CH4、C2H4:过热性通过瓦斯气体分析,诊断变压器潜伏性故障第15页/共122页二瓦斯继电器1.瓦斯继电器安装图瓦斯保护主要是由瓦斯继电器组成,它安装在油箱与油枕之间的管道上。1%1.5%2%4%瓦斯继电器安装处油枕第16页/共122页2.瓦斯继电器(1)构成(2)原理正常轻微故障严重故障轻微漏油严重漏油FJ380型复合式瓦斯继电器的结构图型复合式瓦斯继电器的结构图(开口杯挡板式瓦斯继电器的结构图)(开口杯挡板式瓦斯继电器的结构图)下开口杯下开口杯上开口杯开口杯干簧触点永久磁铁永久磁铁永久磁铁永久磁铁进油挡板进油挡板平衡锤平衡锤平衡锤平
9、衡锤放气阀放气阀探针探针支架支架挡板挡板第17页/共122页第18页/共122页三、瓦斯保护的原理接线1.原理接线图第19页/共122页2.说明:1、BCJ:自保持中间继电器:动作后由DL辅助触点来解除出口回路的自保持防止抖动2、信号继电器3:换油时使用3、瓦斯继电器1:轻发重跳4、瓦斯保护的动作过程第20页/共122页四、评价:1、优点:动作快,灵敏度高,接线简单,能反应油箱内任何故障2、缺点:可靠性不太高,仅能反应油箱内故障,不能反应油箱以外的套管及引出线等部位上的故障。瓦斯保护可作为变压器的主保护之一。第21页/共122页第三节.变压器的电流速断保护电流速断保护的原理电流速断保护的整定计
10、算第22页/共122页一、原理是反应电流增大而瞬时动作的保护装于Tr的电源侧,对Tr及其引出线上的各种短路进行保护,为保证选择性只能保护Tr的一部分,一般是保护Tr的原绕组,适用于小容量的Tr,且过流保护时限大于0.5S时第23页/共122页二、整定计算1、躲过Tr负荷侧出口d1点短路时的最大短路电流来整定2、躲过励磁涌流(根据实际经验及实际数据,)一般取取1、2中的较大者作起动电流第24页/共122页二.整定计算3、灵敏度校验按变压器原边d2点短路时整定4、评价优点:简单迅速缺点:只能保护Tr的一部分第25页/共122页第四节变压器的纵差动保护纵差动保护原理不平衡电流产生的原因及防止措施整定
11、计算差动继电器的原理及结构第26页/共122页一、问题的提出电流速断保护Klm不够瓦斯保护只能反应油箱内部故障第27页/共122页二二.原理:原理:1、正常和外部故障时2、内部故障三绕组变压器相同 第28页/共122页3、保护特点:保护整个变压器与其它保护无配合关系可实现整个Tr的快速保护与运行方式无关必须选择合适的CT变化使 与 接近即变压器变比即提高Klm的关键:如何减小IbP成为纵差保护的关键。第29页/共122页三、不平衡电流产生的原因及消除方法1、稳态不平衡电流IbP(1)由于CT变比与标准变比不一致产生 (计算 变比与实际变比不同)原因:确定,此情况较难满足第30页/共122页例如
12、:35KV/6KV IbP=?Y/I=I2第31页/共122页消除方法采用通过速饱和铁芯的差动继电器的平衡线圈WPh来消除 Wcd差动线圈 WPh平衡线圈 W2工作线圈 Wd”、Wd短路线圈设 WPh接到二次侧计算小的一侧第32页/共122页 使抵消在W2中的作用计算WPh匝数,一般不为整数 仍有IbP在整定中加以考虑第33页/共122页(2)由于Y/变压器接线方式产生的 Y,d11变压器接线第34页/共122页(2)由于Y/变压器接线方式产生的 P174 图6-4消除方法:相位补偿法 可完全消除Tr的Y侧,CT采用:一次侧:Y形联接 二次侧:形联接Tr的侧CT两侧均采用Y形联接幅值增大 倍,
13、注意选择变比CT第35页/共122页(3)由于变压器带负荷调整分接头而产生的IbP在整定中加以考虑(4)两个CT特性不同而产生的IbP尽量选用同型CT,此时Ktx=1第36页/共122页2、暂态不平衡电流IbP(1)外部故障时短路电流暂态非同期分量引起的IbP非周期分量 使CT饱合 由于饱和特性不同 IbP较大第37页/共122页(1)外部故障时短路电流暂态非同期分量引起的IbP曲线1:互感器2次侧感应非周期分量电流曲线2:总的电流。曲线3:铁芯饱和以后电流的周期分量。曲线4:短路电流中衰减的非周期分量可见其中含有较大的直流分量第38页/共122页消除措施采用速饱和变流器因为暂态不平衡电流中含
14、有较大的直流分量。直流分量电流使速饱和变流器饱和,这时,交流分量电流难于转换到速饱和变流器的副边。差动继电器不会动作。但加入速饱和变流器,以后当内部故障时,必须等到非周期分量衰减后才能动作,增加了保护动作时间。第39页/共122页(2)由变压器励磁涌流所产生的不平衡电流IbP正常情况下励磁电流只存在于变压器的某一侧,此电流一般不超过额定电流的2%10%,在外部故障时,由于电压降低,励磁电流减小,其影响就更小了,在保护中可以不用考虑。空载投入变压器和外部故障切除后电压恢复时产生励磁涌流;(68)Ie。励磁涌流的大小和衰减与外加电压相位,剩余大小方向,电源容量大小,Tr容量大小及铁芯性质等有关。第
15、40页/共122页励磁涌流的产生及变化曲线(1)稳态工作时(2)空载合闸时(3)励磁涌流的构成 非周期分量 高次谐波励磁涌流的大小和衰减与外加电压相位,剩余大小方向,电源容量大小,Tr容量大小回路阻抗及铁芯性质等有关第41页/共122页对于大型的变压器,其励磁涌流衰减相当慢,例如50MVA以上变压器,涌流衰减到最大峰值的50%需要时间长达几秒到几十秒。典型励磁涌流记录波形第42页/共122页励磁涌流的特点:只在电源侧出现且倍数不确定含非周期分量且往往使涌流偏于时间轴一侧含有大量二次谐波含间断角防止措施:内部故障存在动作延时,等非周期分量衰减后再动作采用具有饱和铁芯的差动继电器鉴别短路电流与励磁
16、涌流的差别利用二次谐波制动等第43页/共122页问题:以上影响不平衡电流的因素哪些可以消除,哪些是不可能消除?第44页/共122页四、整定计算1、整定原则原则一:躲CT二次侧断线时产生的电流及躲最大负荷电流Kk=1.3原则二:躲外部短路时最大不平衡电流IbpmaxKk=1.3稳态最大不平衡电流:见P176第45页/共122页原则三:躲励磁涌流当采用波形鉴别或二次谐波制动的原理构成时,无须在考虑励磁涌流的影响,当采用速饱和铁芯的继电器时一般:但都必须经过现场空载合闸实验。2、灵敏度的校验注:单侧电源供电系统最小运行方式,Tr发生短路时的最小短路电流。即使灵敏系数满足要求纵差保护也不能反应匝间故障
17、和轻微故障第46页/共122页五、几种差动继电器1、带有速饱和变流器的差动继电器BCH2(1)速饱和变流器的工作原理原理:非周期分量不易通过速饱和变流器而变换到二次侧作用:防止暂态过程中不平衡电流(非周期分量)的影响第47页/共122页(2)速饱和变流器的工作原理缺点:非周期分量衰减后才能动作,增加了保护动作时间Tr容量越大,衰减越慢导致t增大越不利(3)带加强型速饱和变流器的差动继电器结构:组成见图第48页/共122页BCH一2型差动继电器由电磁型电流继电器、三柱铁芯和几个线圈组成,如图所示。两边柱铁芯截面较小是中间柱铁芯截面的一半,易于饱和。在中间柱上绕有四个线圈。差动线圈Wcd:两个平衡
18、线圈Wph:两个短路线圈Wd:工作线圈W2。第49页/共122页 短路线圈加强躲非周期分量的能力,更易躲暂态过程中的不平衡电流和励磁涌流。第50页/共122页(4)BCH-2接线13249112111057*0132121648100 1 2 316 12 8 4 05 6 8 10 13 20Wph.1Wph.2WcdWdW”dA1B1C1D1A2B2C2D2W2LJ三绕组变压器采用三绕组变压器采用BCH2型型继电器构成纵差保护的单相接线图继电器构成纵差保护的单相接线图第51页/共122页 BCH-2型差动继电器直流助磁特性曲线 工作绕组接入保护的差动回路,平衡绕组可以按照实际需要接入环流回
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- 第五 电力变压器 保护
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