【正文】 變壓器的繼電保護(hù) 第一節(jié) 變壓器的故障類型 不正常運(yùn)行狀態(tài)及其保護(hù)方式 ?變壓器是電力系統(tǒng)中十分重要的供電元 件，它的故障將對(duì)供電的可靠性和系統(tǒng)的 正常運(yùn)行帶來(lái)嚴(yán)重的影響，同時(shí)大容量的 變壓器也是十分貴重的元件，因此需要根 據(jù)變壓器容量和重要程度裝設(shè)性能良好， 工作可靠的繼電保護(hù)裝置。 1. 變壓器內(nèi)部故障 ?油箱內(nèi)故障： 繞組的相間 短路 、接地短路、 匝間短路、鐵心燒損等 . ?油箱外部故障： 套管和引出線上發(fā)生相間短 路和接地短路 油箱內(nèi)部故障非常危險(xiǎn)，高溫電弧不僅會(huì)燒毀繞組和鐵芯，還會(huì)使變壓器油絕緣分解產(chǎn)生大量氣體，引起變壓器油箱爆炸的嚴(yán)重后果 油箱內(nèi)故障 油箱外部故障 2. 變壓器不正常運(yùn)行狀態(tài)主要包括： 1) 由于 變壓器外部相間短路 引起的過(guò)電流 （相間短路 —— 過(guò)電流） 2) 由于 變壓器外部接地短路 引起的過(guò)電流和中性點(diǎn)過(guò)電壓 （接地短路 —— 過(guò)電流、中性點(diǎn)過(guò)電壓） 3) 由于 負(fù)荷超過(guò)額定容量 引起的過(guò)負(fù)荷 （過(guò)負(fù)荷） 4) 由于 漏油等原因 而引起的油面降低 （油面降低） 5) 在 過(guò)電壓 或 低頻率 等異常運(yùn)行方式下，發(fā)生變壓器的過(guò)勵(lì)磁 （過(guò)勵(lì)磁） 變壓器的不正常運(yùn)行狀態(tài)會(huì)使繞組和鐵芯過(guò)熱。此外，對(duì)于中性點(diǎn)不接地運(yùn)行的星形接線方式變壓器，外部接地短路時(shí)有可能造成變壓器中性點(diǎn)過(guò)電壓，威脅變壓器的絕緣；大容量變壓器在過(guò)電壓或低頻率等異常運(yùn)行方式下會(huì)發(fā)生變壓器的過(guò)勵(lì)磁，引起鐵芯和其它金屬構(gòu)件的過(guò)熱。 變壓器不正常運(yùn)行時(shí)，繼電保護(hù)應(yīng)根據(jù)其嚴(yán)重程度，發(fā)出告警信號(hào)，使運(yùn)行人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)并采取相應(yīng)的措施，以確保變壓器的安全。 3. 保護(hù)方式 1)瓦斯保護(hù) ?特點(diǎn)： 動(dòng)作迅速，靈敏性高，安裝接線簡(jiǎn)單。反應(yīng)油箱內(nèi)的各種故障，不反應(yīng)油箱外部的故障。 ?對(duì)變壓器油箱內(nèi)的各種故障、應(yīng)裝設(shè)瓦斯保護(hù)，它反應(yīng)于油箱內(nèi)部所產(chǎn)生的氣體或油流而動(dòng)作。其中輕瓦斯保護(hù)動(dòng)作于信號(hào)，重瓦斯保護(hù)動(dòng)作于跳開變壓器各電源側(cè)的斷路器。 ?裝設(shè)范圍： 800kVA及以上的油浸式變壓器和400kVA及以上的車間內(nèi)油浸式變壓器。 2)縱差動(dòng)保護(hù)或電流速斷保護(hù) ?特點(diǎn)： 反應(yīng)變壓器油箱內(nèi)外故障 ?對(duì)變壓器繞組、套管及引出線上的故障，應(yīng)裝設(shè)差動(dòng)保護(hù)或電流速斷保護(hù)。 ?縱差動(dòng)保護(hù)范圍： 6300kVA以上并列運(yùn)行的變壓器；10000kVA以上單獨(dú)運(yùn)行的變壓器；容量為 6300kVA以上的發(fā)電廠廠用變壓器和工業(yè)企業(yè)中的重要變壓器。 ?電流速斷的保護(hù)適用： 10000kVA以下的變壓器，且其過(guò)電流保護(hù)的時(shí)限大于 。 ?縱差動(dòng)保護(hù)和電流速斷動(dòng)作后，均應(yīng)跳開變壓器各電源側(cè)的斷路器。 3)外部相間短路時(shí)，應(yīng)采用的保護(hù) ?對(duì)于外部相間短路引起的變壓器過(guò)電流，應(yīng)采用下列保護(hù)： a、 過(guò)電流保護(hù)： 用于降壓變壓器，保護(hù)的整定值考慮在事故狀態(tài)下可能出現(xiàn)的過(guò)負(fù)荷電流 b、 復(fù)合電壓（負(fù)序電壓和線電壓）起動(dòng)的過(guò)電流保護(hù)： 用于升壓變壓器及過(guò)電流保護(hù)靈敏性不滿足要求的降壓變壓器上 c、 負(fù)序電流及單相式低電壓起動(dòng)的過(guò)電流保護(hù)： 用于大容量升壓變壓器和系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)變壓器 d、 阻抗保護(hù)： 對(duì)升壓變壓器和系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)變壓器當(dāng)采用 b、 c的保護(hù)不能滿足靈敏性和選擇性要求時(shí)，采用阻抗保護(hù)。 4)外部接地短路時(shí)，應(yīng)采用的保護(hù) a、 中性點(diǎn)直接接地電力網(wǎng)內(nèi)，應(yīng)裝設(shè)零序電流保護(hù) b、 自耦變壓器和高、中壓側(cè)中性點(diǎn)都直接接地的三繞組變壓器，當(dāng)有選擇性要求時(shí)，應(yīng)增設(shè)零序方向元件 。 5)過(guò)負(fù)荷保護(hù) ?對(duì) 400kVA以上的變壓器，當(dāng)數(shù)臺(tái)并列運(yùn)行或單獨(dú) 運(yùn)行并作為其它負(fù)荷的備用電源時(shí)，應(yīng)根據(jù)可能過(guò) 負(fù)荷的情況，裝設(shè)過(guò)負(fù)荷保護(hù)。 6)過(guò)勵(lì)磁保護(hù) ?高壓側(cè)電壓為 500kV及以上的變壓器，對(duì)頻率降低和 電壓升高而引起的變壓器勵(lì)磁電流的升高，應(yīng)裝設(shè)過(guò) 勵(lì)磁保護(hù)。 （在變壓器過(guò)勵(lì)磁允許的范圍內(nèi)，保護(hù)作 用于信號(hào)，超過(guò)允許值，可動(dòng)作于跳閘） 7)其它保護(hù) ?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)裝設(shè)可作用于信號(hào)或動(dòng)作于跳閘的保護(hù)裝置。 第二節(jié) 變壓器縱差動(dòng)保護(hù) ?主要是變壓器內(nèi) 部繞組故障、外部 套管及引出線故障 雙繞組變壓器 Ｉ Ｉ 高壓側(cè) 低壓側(cè) 1I2I39。2I39。12II??1I?1TAn2TAnTn 為變壓器兩側(cè)的一次電流 參考方向均由母線指向變壓器 2I1I 、 分別為兩側(cè)電流互感器的變比。 1TAn 2TAn則流入差動(dòng)繼電器KD的電流為： 12rI I I????因此縱差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作判據(jù)為： r setII?39。1I 39。2I 為相應(yīng)的電流互感器二次電流 設(shè)變壓器的變比為 : 忽略變壓器的損耗，正常運(yùn)行和區(qū)外故障時(shí)有 : 12/Tn U U?.21TI n I??Ｉ Ｉ 高壓側(cè) 低壓側(cè) 1I2I39。2I39。12II??1I?1TAn2TAnTn21211 2 1 12 2 1( 1 )rT A T AT T A TT A T A T AIIInnn I I n n In n n??????? ? ?則差動(dòng)電流可表示為： 若選擇電流互感器的變比，使之滿足 : 21TATTAn nn ?122TrTAn I IIn??則有： 正常運(yùn)行和變壓器外部故障時(shí)，差電流為零，保護(hù)不會(huì)動(dòng)作； ?由于變壓器高壓側(cè)和低壓側(cè)的額定電流不同，為確?？v差動(dòng)保護(hù)的正常工作，必須適當(dāng)選取電流互感器的變比，使得在正常運(yùn)行和外部故障時(shí)，兩個(gè)二次電流相等，即應(yīng)使： 39。 1212122211TA TATATTAIIIInnnInnI? ? ? ???或其中 ： 高壓側(cè)電流互感器變比 1TAn2TAnTn： 變壓器的變比 ： 低壓側(cè) 電流互感器 變比 要實(shí)現(xiàn)變壓器的縱差保護(hù)，必須適當(dāng)?shù)倪x擇兩側(cè)電流互感器的變比，使其比值等于變壓器的變比 ，即 Tn21TATTAnnn??由于變壓器常采用 Y， d11的接線方式，因此， 其兩側(cè)電流的相位差為 ，若兩側(cè)電流互感 器仍采用通常的接線方式，則二次電流由于相 位不同，也會(huì)有一個(gè)差電流流入繼電器，為消 除這種不平衡電流的影響，通常都是將變壓器 星形側(cè)的三個(gè)電流互感器接成三角形，而將變 壓器三角形側(cè)的三個(gè)電流互感器接成星形，并 適當(dāng)考慮聯(lián)接方式后，即可把二次電流的相位 校正過(guò)來(lái)。 ?30Ｉ Ｉ Ｉ Ｉ Ｉ Ｉ YAIdAI1TAn2TAn39。dAI39。39。YA YBII?變壓器星形側(cè)的三個(gè)電流互感器接成三角形 變壓器三角形側(cè)的三個(gè)電流互感器接成星形 YCIYBIdCIdBIdaI dbIdcI39。YAI39。YBI 39。YCI39。dAI 39。dBI 39。dCIYAIYBIYCI星形側(cè)一次電流 dAIdBIdCI30三角形側(cè)一次電流 39。YAI39。YBI39。YCI39。39。YA YBII?39。39。YB YCII?39。39。YC YAII?星形側(cè)二次電流 39。dAI39。dBI39。dCI三角形側(cè)二次電流 星形側(cè)差動(dòng)臂二次電流 . . .39。 39。 39。. ()B r Y B Y C dBI I I I? ? ?要使 A相的繼電器在正常運(yùn)行及外部故障時(shí)不動(dòng)作，需滿足 ： .d A T YAI n I?由于： .39。2dAdATAIIn?而 流入三個(gè)差動(dòng)繼電器的差動(dòng)電流為： . . .39。 39。 39。. ()A r Y A Y B d AI I I I? ? ?. . .39。 39。 39。. ()C r Y C Y A dCI I I I? ? ?. . .39。 39。 39。Y A Y B d AI I I??.. . .39。 39。 39。133 YAY A Y B Y ATAII I In? ? ?又由于： 即有： ..123 Y A d AT A T AIInn?所以 213 TA TTAn nn ?按相差動(dòng) Y式中 、 、 是流入三個(gè)差動(dòng)繼電器的差電流 。這樣就可以消除兩側(cè)電流相位不一致的影響 。 由于 側(cè)采用了兩相電流差 ， 相當(dāng)于變壓器的變比增加了 倍 ， 因此電流互感器變比的選擇應(yīng)該滿足： .ArI .BrI .CrI3213 TA TTAnnn?模擬式的差動(dòng)保護(hù)都是采用這種接線方式，對(duì)于數(shù)字式差動(dòng)保護(hù)，也可以將星形側(cè)的三相電流直接接入保護(hù)裝置內(nèi)，由計(jì)算機(jī)的軟件實(shí)現(xiàn)相位調(diào)整功能，以簡(jiǎn)化接線。 三繞組變壓器 Ｉ－Ｉ 1I 2I1I? 39。2I3I39。3I39。 39。 39。1 2 3rI I I I? ? ?電力系統(tǒng)中常常采用三繞組變壓器。三繞組變壓器的縱差動(dòng)保護(hù)原理與雙繞組變壓器是一樣的。 接入縱差動(dòng)繼電器的差電流為： 高壓側(cè) 中壓側(cè) 低壓側(cè) 正常運(yùn)行時(shí)由高壓側(cè)、中壓側(cè)同時(shí)向低壓側(cè)提供功率 13Tn23Tn設(shè)變壓器的 1－ 3側(cè)和 2－ 3側(cè)的變比為 和 ，考慮到正常運(yùn)行和區(qū)外故障時(shí)變壓器各側(cè)電流滿足 : 13Tn 23Tn電流互感器變比的選擇應(yīng)該滿足 : 3 1 31 3T A TTAnnn ?變壓器高中壓側(cè)采用星形接線 ,低壓側(cè)采用三角形接線 三相變壓器各側(cè)電流互感器的接線方式和變比的選擇也要參照 Y,d11雙繞組變壓器的方式進(jìn)行調(diào)整，即 Δ側(cè)互感器用 Y接線方式；兩個(gè) Y側(cè)互感器則采用 Δ 接線方式。 3 2 32 3T A TTAnnn ?高壓側(cè)電流折算到低壓側(cè) 中壓側(cè)電流折算到低壓側(cè) . . .1 2 31 3 2 3 0TTn I n I I? ? ?2. 差動(dòng)保護(hù)的不平衡電流及減小不平衡電流的方法 ?變壓器的縱差保護(hù)同樣需要躲開流過(guò)差動(dòng)回路中的不平衡電流，產(chǎn)生不平衡電流的原因和消除方法如下： I. 由計(jì)算變比與實(shí)際變比不同而產(chǎn)生的不平衡電流 1）由計(jì)算變比與實(shí)際變比不同 而產(chǎn)生的不平衡電流