【正文】 第一章 保護(hù)原理與配置 電力變壓器保護(hù) 瓦斯保護(hù) 一、 瓦斯保護(hù)配置原則 1） 及以上車間內(nèi)油浸式變壓器和 及以上油浸式變壓器，均應(yīng)裝設(shè)瓦斯保護(hù)。當(dāng)殼內(nèi)故障產(chǎn)生輕微瓦斯或油面下降時(shí)，應(yīng)瞬時(shí)動(dòng)作于信號(hào)；當(dāng)殼內(nèi)故障產(chǎn)生大量瓦斯時(shí)，應(yīng)瞬時(shí)動(dòng)作于斷開變壓器各側(cè)斷路器。 2）帶負(fù)荷調(diào)壓變壓器充油調(diào)壓開關(guān)，亦應(yīng)裝設(shè)瓦斯保護(hù)。 3）瓦斯保護(hù)應(yīng)采取措施，防止因瓦斯繼電器的引線故障、震動(dòng)等引起瓦斯保護(hù) 誤動(dòng)作。 4） 變壓器非電氣量保護(hù)不應(yīng)啟動(dòng)失靈保護(hù) 。 根據(jù)上述規(guī)程，本電網(wǎng)中的 2變壓器與 3變壓器均應(yīng)裝設(shè)瓦斯保護(hù)作為主保護(hù)之一。 二、瓦斯保護(hù)范圍 瓦斯保護(hù)是變壓器的主要保護(hù)，它可以反映油箱內(nèi)的一切故障。包括：油箱內(nèi)的多相短路、繞組匝間短路、繞組與鐵芯或與外殼間的短路、鐵芯故障、油面下降或漏油、分接開關(guān)接觸不良或?qū)Ь€焊接不良等。瓦斯保護(hù)動(dòng)作迅速、靈敏可靠而且結(jié)構(gòu)簡單。但是它不能反映油箱外部電路（如引出線上）的故障，所以不能作為保護(hù)變壓器內(nèi)部故障的唯一保護(hù)裝置。另外，瓦斯保護(hù)也 易在一些外界因素（如地震）的干擾下誤動(dòng)作。 三、瓦斯保護(hù)的原理 當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生輕微故障時(shí) ,氣體產(chǎn)生的速度較緩慢，氣體上升至儲(chǔ)油柜途中首先積存于氣體繼電器的上部空間，使油面下降，上開口杯隨之下下降而使干簧繼電器動(dòng)作，接通延時(shí)信號(hào)，這就是所謂的“輕瓦斯”；當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生嚴(yán)重故障時(shí)，則產(chǎn)生強(qiáng)烈的瓦斯氣體，郵箱內(nèi)壓力瞬時(shí)突增，產(chǎn)生很大的油流向油枕方向沖擊，因油流沖擊擋板，擋板克服彈簧的阻力，帶動(dòng)磁鐵向干簧觸點(diǎn)方向移動(dòng)，使干簧繼電器動(dòng)作，接通跳閘回路，使斷路器跳閘，這就是所謂的“重瓦斯”。 重瓦斯保護(hù)動(dòng) 作于跳閘，輕瓦斯動(dòng)作于信號(hào)。 9 四、變壓器溫度及壓力保護(hù) 變壓器非電量保護(hù)除了瓦斯保護(hù)外，還包括溫度及壓力保護(hù)等。由于非保護(hù)動(dòng)作量不需電氣量運(yùn)算。通常根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)、測(cè)試等方法獲得。 變壓器溫度及壓力保護(hù) 是對(duì)變壓器溫度及油箱內(nèi)壓力升高和冷卻系統(tǒng)故障，應(yīng)按現(xiàn)行電力變壓器標(biāo)準(zhǔn)的要求，裝設(shè)可作用于信號(hào)式動(dòng)作于跳閘的裝置。 縱差保護(hù) 一、縱差保護(hù)配置原則 對(duì)變壓器的內(nèi)部、套管及引出線的短路故障，按其容量及重要性的不同，應(yīng)裝設(shè)下列保護(hù)作為主保護(hù)，并瞬時(shí)動(dòng)作于斷開變壓器的各側(cè)斷路器： 1） 電壓在 10kV 及以下、容量在 10MVA 及以下的變壓器，采用電流速斷保護(hù)。 2） 電壓在 10kV 及以上、容量在 10MVA 及以上的變壓器，采用縱差保護(hù)。對(duì)于電壓為 10kV 的重要變壓器，當(dāng)電流速斷保護(hù)靈敏度不符合要求時(shí)也可采用縱差保護(hù)。 3） 電壓為 220kV 及以上的變壓器裝設(shè)數(shù)字式保護(hù)時(shí)，除非電量保護(hù)外，應(yīng)采用雙重化保護(hù)配置。當(dāng)斷路器具有兩組跳閘線圈時(shí)，兩套保護(hù)宜分別動(dòng)作于斷路器的一組跳閘線圈。 根據(jù)上述規(guī)程，本電網(wǎng)中的 2變壓器采用縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)作為主保護(hù)，而 3變壓器由于其 容量在 10MVA 以下，故采用電流速斷保護(hù)作為主保護(hù)。 二、 縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)原理 主變差動(dòng)保護(hù)作為變壓器的主保護(hù)，能反映變壓器內(nèi)部相間短路故障、高壓側(cè)單相接地短路及匝間層間短路故障，差動(dòng)保護(hù)是輸入的兩端 CT 電流矢量差，當(dāng)兩端 CT電流矢量差達(dá)到設(shè)定的動(dòng)作值啟動(dòng)動(dòng)作元件。差動(dòng)保護(hù)是保護(hù)兩端電流互感器之間的故障（即保護(hù)范圍在輸入的兩端 CT 之間的設(shè)上），正常情況流進(jìn)的電流和流出的電流在保護(hù)內(nèi)大小相等，方向相反，相位相同，兩者剛好抵消，差動(dòng)電流等于零；故障時(shí)兩端電流向故障點(diǎn)流，在保護(hù)內(nèi)電流疊加，差動(dòng)電流大于 零。驅(qū)動(dòng)保護(hù)出口繼電器動(dòng)作，跳開兩側(cè)的斷路器，使故障設(shè)備斷開電源。 縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)是按比較被保護(hù)元件（ 1號(hào)主變）始端和末端電流的大小和相位的原理而工作的。為了實(shí)現(xiàn)這種比較，在被保護(hù)元件的兩側(cè)各設(shè)置一組電流互感器 TATA2，其二次側(cè)按環(huán)流法接線，即若兩端的電流互感器的正極性端子均置于靠近母線一側(cè)，則將他們二次的同極性端子相連，再將差動(dòng)繼電器的線圈并入，構(gòu)成差動(dòng)保護(hù)。其中差動(dòng)繼電器線圈回路稱為差動(dòng)回路，而兩側(cè)的回路稱為差動(dòng)保護(hù)的兩個(gè)臂。 10 縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)是按比較被保護(hù)的變壓器兩側(cè)電流的大小和相位的 原理實(shí)現(xiàn)的。 縱差保護(hù)在發(fā)電機(jī)上的應(yīng)用比較簡單，但是作為變壓器內(nèi)部故障的主保護(hù)，縱差保護(hù)將有許多特點(diǎn)和困難。變壓器具有兩個(gè)或更多個(gè)電壓等級(jí)，構(gòu)成縱差保護(hù)所用電流互感器的額定參數(shù)各不相同，由此產(chǎn)生的縱差保護(hù)不平衡電流將比發(fā)電機(jī)的大得多，縱差保護(hù)是利用比較被保護(hù)元件各端電流的幅值和相位的原理構(gòu)成的，根據(jù) KCL 基本定理，當(dāng)被保護(hù)設(shè)備無故障時(shí)恒有各流入電流之和必等于各流出電流之和。 外部短路時(shí)，流入差動(dòng)繼電器的電流為最大不平衡電流。 22r I III I I?? （ 11） 內(nèi)部短路時(shí)，無論是單電源，還是雙電源，保護(hù)都能正確測(cè)量到短路點(diǎn)電流。 11 kIIIr IIII ???? ??? 22 （ 12） 變壓器縱差保護(hù)與發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)一樣，也可采用比率制動(dòng)方式或標(biāo)積制動(dòng)方式達(dá)到外部短路不誤動(dòng)和內(nèi)部短路靈敏動(dòng)作的目的?？v聯(lián)差動(dòng)保護(hù)（比率制動(dòng)式縱差保護(hù)）是比較被保護(hù)設(shè)備各引出端電氣量（例如電流）大小和相位的一種保護(hù)。 三、差動(dòng)保護(hù)不平衡電流產(chǎn)生的原因與對(duì)策 在實(shí)際運(yùn)行中，由于各種因素的影響會(huì)引起差動(dòng)回路中流過不平衡電流，而且不平衡電流往往對(duì)于變壓器差動(dòng)保護(hù)的正常工作影響很大，如果不能夠很好解決這些問題，就會(huì)直接影響變壓器差動(dòng)保護(hù)的性能，甚至造成變壓器差動(dòng)保 護(hù)誤動(dòng)或拒動(dòng)。 不平衡電流產(chǎn)生的原因 各側(cè)電流互感器的特性不可能完全一致，例如 110KV 側(cè)是使用斷路器中的套管式電流互感器，而 6KV 側(cè)多數(shù)是在高壓開關(guān)柜內(nèi)裝設(shè)獨(dú)立的環(huán)氧樹脂澆鑄式電流互感器，這兩者之間不但型號(hào)不同，而且特性也不一致，勢(shì)必在差回中引起不平衡電流。變壓 12 器的勵(lì)磁涌流也是引起不平衡電流的一個(gè)原因，變壓器空載合閘或外部短路故障切除后電壓恢復(fù)時(shí)，在變壓器電源側(cè)繞組中將產(chǎn)生很大的勵(lì)磁涌流，達(dá)到額定電流的 68倍，由于此電流只流過變壓器電源側(cè)繞組，因此，在差回路中必然要出現(xiàn)較大的不平衡電 流。此外，運(yùn)行中的變壓器帶負(fù)荷調(diào)壓使分接開關(guān)位置改變后，電流互感器二次電流的平衡關(guān)系被破壞，在差回路中產(chǎn)生不平衡電流。變壓器區(qū)外短路時(shí)，由于穿越性短路電流使 TA 鐵芯飽和，從而使不平衡差流增大，而且穿越性電流越大，不平衡差流就越大，二者呈現(xiàn)線性關(guān)系。 對(duì)于不平衡電流的對(duì)策 對(duì)于電流互感器型號(hào)不同的對(duì)策是使用廠家相同、伏安特性相同、準(zhǔn)確級(jí)次相同的電流互感器，對(duì)于勵(lì)磁涌流的影響可以使用帶有速飽和線圈的差動(dòng)繼電器，或者使用帶有二次諧波制動(dòng)的微機(jī)保護(hù)裝置進(jìn)行克服，對(duì)于改變有載分接開關(guān)與區(qū)外穿越性故障的情況可以相應(yīng)引入復(fù)式比率差動(dòng)保護(hù)，就是按復(fù)式比率大小而動(dòng)作的差動(dòng)保護(hù)，它能滿足正常運(yùn)行、區(qū)外故障、內(nèi)部故障及勵(lì)磁涌流等多種情況對(duì)保護(hù)的要求。在變壓器嚴(yán)重內(nèi)部故障時(shí)，短路電流很大的情況下， TA 嚴(yán)重飽和產(chǎn)生很大的不平衡電流，影響了復(fù)式比率差動(dòng)保護(hù)的快速動(dòng)作， 所以差動(dòng)保護(hù)還 應(yīng)有差動(dòng)速斷保護(hù)，作為輔助保護(hù)，以加快保護(hù)動(dòng)作速度。 電流速斷保護(hù) 一、變壓器的電流速斷保護(hù) 由于瓦斯保護(hù)不能反映變壓器箱體外部故障，所以對(duì)于 2021～ 10000kVA 及以下的中、小容量變壓器，若靈敏度滿足要 求時(shí)，應(yīng)采用電流速斷保護(hù)來瞬時(shí)切除變壓器 電源 測(cè)套管引出線及部分繞組的故障。這樣用電流速斷與瓦斯保護(hù)相配合，即可瞬時(shí)切除變壓器電源側(cè)套管、引出線及箱體內(nèi)的各種故障。 二、 接線及整定計(jì)算 電流速斷保護(hù)裝置裝設(shè)在變壓器的電源側(cè)。 當(dāng)電源側(cè)為大接地電流系 統(tǒng)時(shí)，保護(hù)裝置采用三相完全 星型 接線；當(dāng)電源側(cè)為小接地電流系統(tǒng) 時(shí)，采用兩相不完全星型接線或采用兩相三繼電器式接線。 其定值按下述條件計(jì)算： （ 1）按躲過變壓器外部短路故障時(shí)流過變壓器的最大短路電流整定，即 m a IKI ? （ 13） 13 式中 kK 可靠系數(shù)，取 ～ 。當(dāng)采用反時(shí)限特性繼電器時(shí)，可取 ～ ； 變壓器外部故障時(shí)流過保護(hù)的最大短路電流。 （ 2）按躲過變壓器空投時(shí)的勵(lì)磁涌流計(jì)算，即 ekIKI ?dz （ 14） 式中 kK 可靠系數(shù)，取 3～ 5。對(duì)變壓器額定容量較大者，取較小值； 反 之，取較大值； eI 變壓器額定電流。 取上述計(jì)算值較大者。 靈敏度校驗(yàn)： 需要用變壓器低壓側(cè)最小兩相短路電流校驗(yàn)電流速斷保護(hù)裝置的靈敏度 ，即 dzdlm IIK min.? （ 15） 式中 保護(hù)安裝處母線短路時(shí)的最小短路 電流。 靈敏度 lmK 不應(yīng)小于 2。當(dāng)靈敏度不滿足要求時(shí)，若保護(hù)定值系按躲過勵(lì)磁涌流的條件決定，則可使電流速斷保護(hù)帶有少許延時(shí)（如帶 延時(shí)），這樣定值計(jì)算中的kK值不必取 3～ 5 倍，而可適當(dāng)減?。ㄈ缛?2～ 3 倍），以提高保護(hù)的靈敏度。 變壓器相間短路的后備保護(hù) 一、變壓器相間短路后備保護(hù)的整定原則 對(duì)外部相間短路引起的變壓器 過電流，變壓器應(yīng)裝設(shè)相間短路后備保護(hù)。保護(hù)帶延時(shí)跳開相應(yīng)的斷路器。相間短路后備保護(hù)宜選用過電流保護(hù)、復(fù)合電壓（負(fù)序電壓和線間電壓）啟動(dòng)的過電流保護(hù)或復(fù)合電流保護(hù)（負(fù)序電流和單相式電壓啟動(dòng)的過電流保護(hù)）。 1） 35kV～ 66kV 及以下中小容量的降壓變壓器，宜采用過電流保護(hù)。保護(hù)的整定值要考慮變壓器可能出現(xiàn)的過負(fù)荷。 2） 110kV～ 500kV 降壓變壓器、升壓變壓器和系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)變壓器，相間短路后備保護(hù)用過電流保護(hù)不能滿足靈敏性要求時(shí)，宜采用復(fù)合電壓起動(dòng)的過電流保護(hù)或復(fù)合電流 14 保護(hù)。 所以，本電網(wǎng)中 2變壓器的相間短路后備保護(hù)采用過電流保護(hù)，若過電流保護(hù)不滿足靈敏性要求時(shí)，采用復(fù)合電壓啟動(dòng)的過電流保護(hù)或復(fù)合電流保護(hù)。對(duì) 3變壓器的相間短路后備保護(hù)采用過電流保護(hù)。 二、過電流保護(hù) 變壓器過電流保護(hù)的工作原理與線路定時(shí)限過電流保護(hù)相同。保護(hù)動(dòng)作后跳開變壓器兩側(cè)的斷路器。 過電流保護(hù)整定計(jì)算步驟如下： （ 1）保護(hù)的啟動(dòng)電流按躲過變壓器的最大負(fù)荷電流整定 m Lrerel IKKI ? （ 16） 式中 relK 可靠系數(shù)，取 ； reK 返回系數(shù)，取 ； 變壓器可能出現(xiàn)的最大負(fù)荷電流。 （ 2）變壓器 的最大負(fù)荷電流的確定。 1）對(duì)并聯(lián)運(yùn)行的變壓器，應(yīng)考慮切除一臺(tái)變壓器后的負(fù)荷電流。當(dāng)各臺(tái)變壓器的容量相同時(shí)，可按下式計(jì)算： TNL InnI .m a x. 1?? （ 17） 式中 n并聯(lián)運(yùn)行變壓器的最少臺(tái)數(shù)； TNI. — 每臺(tái)變壓器的額定電流。 2)對(duì)降壓變壓器，應(yīng)考慮負(fù)荷中電動(dòng)機(jī)自起動(dòng)時(shí)的最大電流，即： TNssL IKI .m ax. ? （ 18） 式中 ssK 綜合負(fù)荷的自啟動(dòng)系數(shù)，對(duì)于 110kV的降壓變壓站，低壓 610kV側(cè)取 ssK =，中壓 35kV側(cè)取 ssK =； TNI. 正常工作時(shí)的最大負(fù)荷電流，一般選擇變壓器額定電流。 （ 3）保護(hù)的靈敏度系數(shù)校驗(yàn) 15