特高压交流变压器结构与保护配置.pptx

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1、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1第1页/共33页主体结构示意变压器铁芯结构变压器主体与调压补偿变分箱布置变压器三相分体布置1000KV/500KV/110KV第2页/共33页变压器内部绕组特高压单相接线图特高压变压器高、中、低压侧绕组采用YN-yn-d11接线。主体变和调压补偿变通过管路母线连接组合后可作为一台完整的变压器使用，也可将主体变单独使用第3页/共33页汇 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4第4页/共33页差动保护特高压变压器CT布置图差动保护是变压器的主保护

2、，特高压变压器各差动保 护 的 保 护 范 围 通 过 电 流 互 感 器(current transformer，CT)布置情况进行分析各差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中压

3、侧500KV110KV第5页/共33页特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

4、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。第6页/共33页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

5、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。第7

6、页/共33页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，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

7、要引入新方法，科学合理地补偿不平衡电流。第8页/共33页汇 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第9页/共33页产生的原因：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，对保障电网的安全稳定运行至关重要）产生的原因及其危害第10页/共33页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

8、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。励磁涌流的产生第11页/共33页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。励磁涌流的产生第12页/共33页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

9、。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第13页/共33页令时刻空载合闸，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，励磁涌流幅值伴随铁心剩磁含量的提高不断增大。励磁涌流的产生第14页/共33页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

10、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第15页/共33页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第16页/共33页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，容易与短路电流发生混淆。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

11、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：第17页/共33页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第18页/共33页推荐励磁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。第19页/共33页汇 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20第20页/共33页过流保护城市陷入瘫痪过流保护只用于后备保护，由于“调补变”的匝数相对于

12、整个变压器而言很少，当发生轻微匝间故障时，再折算到主体变压器来看更加轻微。故“调补变”的保护以差动形式单独配置。以500KV侧为例。变压器500KV侧的零序定时限I段应与500KV侧出线的零序灵敏段配合，这是定时限保护之间的配合；相应的，500KV侧的零序反时限保护需与500KV侧出线的零序反时限保护配合。由于主变的本质是自耦变压器，那么在配置自耦变压器的零序过流保护时分为两种情况:中压侧无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变压器零序等值电路第21页/共33页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中压侧:通常设置两段零序方

13、向过电流保护,其方向指向本侧母线,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高压侧应设置两段零序过电流保护,第段带方向,其方向指向变压器做该变压器的后备,并设置三级时限,跳闸方式分别为:第一级时限t1跳中压侧母联(或分段)开关,第二级时限t2跳主变中压侧开关,第三级时限t3跳主变三侧开关。第段不带方向,同时作该变压器和本侧母线出线的后备,设置一级时限t4跳主变三侧开关.第22页/共33页中压侧有零序电源时自耦变

14、压器零序过电流保护配置4.2.1中压侧此部分的第I段配置与上节4.1.1中完全相同，第II段不带方向，其余相同。4.2.2高压侧高压侧零序过电流保护应设两段,第段带方向,其方向指向本侧母线,作本侧母线的后备,动作时限设置两级,跳闸方式分别为:第一级时限t1跳主变高压侧开关,第二级时限t2跳主变三侧开关。第段不带方向,既作该变压器也作本侧母线出线的后备,动作时限设置一级t3跳主变三侧开关。第23页/共33页汇 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第24页/共33页非电气量保护定义及应用定义：变压器非电量保护是变压器的主保护。主要保护变压器

15、内部短路故障和油温、油位异常等。一般是指保护的判据不是电量（如电流、电压、频率、阻抗等），而是非电量。其中的主要类别是瓦斯保护（通过油速整定）、油温高保护（通过温度高低）、压力释放保护（压力）、防火保护（通过火灾探头等）、油位异常保护（油位高低整定）等。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，变压器非电量保护主要包括本体轻瓦斯保护、本体重瓦斯保护、有载轻瓦斯保护、有载重瓦斯保护、压力释放、冷控失电、油温过高、油位异常等，经软硬压板发信告警或直接经出口跳闸。第25页/共33页26非电气量保护主要类别1）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，

16、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）压力释放压力释放保护也是变压器的主保护。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）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。第26页/共33页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

17、、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本体的一个触点。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，实现各保护功能。第27页/共33页非电量保护优缺点1）非电量保护的优点电气量保护利用变压器各侧的电流和电压来鉴别变压器故障，此类保护通常都设置有定值门槛，如果低于定值门槛，则对应的保护可能无法动作。鉴于变压器本体特殊的结构特点，利用其本体的特征来鉴别变压器故障和异常运行情况，使之与电气量保护互相弥补，更好的为保护变压器发挥作用。2）非电量保护的缺点与电气量保护相比，非电量保护的缺点如下：（1）动作时间相对较长。因非电量保护不能直接反映变压器内部故障

18、，而为了抗干扰要求本身不能快速动作（动作时间不能小于10ms），所以其动作速度不及纵差保护。（2）保护范围有限。非电量保护只能反映变压器内部故障，不能反映变压器引线故障。第28页/共33页误动分析3）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：（1）因非电量保护接点绝缘下降，使得触点导通而导致出口接地绝缘下降。接点绝缘下降的原因主要有：变压器本体上的非电量保护进线盒设计不合理，防水防潮性能差，在大风大雨的情况下水汽渗进变压器内部非电量保护继电器安装的地方，使接点受潮。（2）工作人员在外部转接端子箱上工作后，忘记关好端子箱的门或者端子箱质量不佳、年久生锈破

19、裂，风雨天气雨水漏进端子箱内使端子受潮。（3）有些变压器厂家提供的至变压器内部的二次电缆是非屏蔽电缆，若施工时没有按反措要求把交直流分开而把直流电缆跟交流电缆捆扎在一起便形成一种事故隐患，容易引起保护误动作。（4）还有冷却器全停保护时间继电器损坏、接点粘连，温度继电器定值偏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。（6）变压器保护装置中非电量采用光耦输入、抗干扰能力差引起。总结以上原因，第1种情况导致非电量保护误动是最多的；第2种情况导致非电量保护误动次之；第36种情况导致非电量保护误动也都存在，尤其是第6种情况在近几年中发生较多，应引起足够的重视和采取相应

20、改进措施。第29页/共33页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改进措施：（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，其他变压器非电量保护全部只投入信号。（2）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）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）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。（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1M/1000V）。第30页/共33页非电量保护配置方

21、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：（1）本体重瓦斯投跳闸。本体轻瓦斯投信号。（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QJ-25型继电器，只有跳闸接点，无信号接点。（3）油温和绕组温度高发信号。（4）油位异常发信号。（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。（6）变压器空充时压力释放临时投跳闸，正常运行时发信号。第31页/共33页感谢聆听感谢聆听请批评指正请批评指正第32页/共33页33感谢您的观看！第33页/共33页