【文章內(nèi)容簡介】 。 22 1 第一章 緒論 在電力系統(tǒng)中廣泛地用電力變壓器來升高或降低電壓，故電力變壓器是電力系統(tǒng)中不可缺少的重要電氣設(shè)備之一。它的安全運(yùn)行是電力系統(tǒng)可靠工作的必要條件 。電力變壓器有別于發(fā)電機(jī)，它無旋轉(zhuǎn)部件，是一種靜止的電氣設(shè)備，是連續(xù)運(yùn)行的，停電機(jī)會(huì)很少，而且絕大部分安裝在室外，受自然環(huán)境影響較大。另外，電力變壓器時(shí)刻受到外接負(fù)荷的影響，特別是受電力系統(tǒng)短路故障的威脅較大。因此，電力變壓器在運(yùn)行中，仍然可能發(fā)生各種類型故障或出現(xiàn)不正常的工作狀態(tài)。它的故障對(duì)電力系統(tǒng)的安全連續(xù)運(yùn)行會(huì)帶來嚴(yán)重影響，特別是大容量變壓器的損壞，對(duì)系統(tǒng)的影響更為嚴(yán)重。尤其是隨著電力事業(yè)的發(fā)展，超高壓輸電線路在我國的建設(shè)越來越普遍，大容量超高壓的大型電力變壓器的應(yīng)用也隨之?dāng)U大，其運(yùn)行正常直接關(guān)系到整 個(gè)電網(wǎng)可靠性。因此必須根據(jù)電力變壓器容量的大小、電壓的高低和重要程度，設(shè)置性能良好、動(dòng)作可靠的繼電保護(hù)裝置。要求電力變壓器繼電保護(hù)不僅可靠，而且要快速。 電力變壓器的型號(hào) 電力變壓器的型號(hào)有 35kV級(jí) S9~系列油浸式電力變壓器 S(B)HM非晶合金卷鐵芯電力變壓器 20KV 級(jí) SC(B)10系列環(huán)氧樹脂澆注干式變壓器 SGB11R卷鐵芯 H 級(jí)非包封線圈干式電力變壓器 SG10型 H 級(jí)絕緣干式電力變壓器 SC(B)9/10干式變壓器 10KV級(jí) ZPSG系列干式整流變壓器 SG系列三相干式隔離變 壓器 KBSG 礦用防爆干式變壓器 QZB 系列自耦變壓器 雙電壓無勵(lì)磁調(diào)壓干式配電變壓器 20KV級(jí) S11系列油浸式電力變壓器 35KV 級(jí) ZS系列油浸整流變壓器 10kV 級(jí) S S11系列油浸式電力變壓器 10kv S13型級(jí)超低損耗三角形卷鐵心無勵(lì)磁調(diào)壓油浸式配電變壓器 CKSC 系列串聯(lián)電抗器等。 電力變壓器的故障類型和不正常工作狀態(tài) 要完成電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的基本任務(wù)，首先必須“區(qū)分”電力系統(tǒng)的正常、不正常工作和故障三種運(yùn)行狀態(tài)，“甄別”出發(fā)生故障和出現(xiàn)異常的元件。 2 而要進(jìn)行“區(qū)別和甄別”，必須 尋找電力元件在這三種運(yùn)行狀態(tài)下的可測(cè)參數(shù)量(繼電保護(hù)主要測(cè)電氣量 )的“差異”，提取和利用這些可測(cè)參數(shù)量的“差異”，實(shí)現(xiàn)對(duì)正常、不正常工作和故障元件的快速“區(qū)分”。依據(jù)可測(cè)電氣量的不同差異，可以構(gòu)成不同原理的繼電保護(hù)。 （ 1）電力變壓器的故障類型 電力變壓器的故障通?？梢苑譃橛拖鋬?nèi)部故障和油箱外部故障兩種。油箱內(nèi)部故障主要是指發(fā)生在變壓器油箱內(nèi)包括高壓側(cè)或低壓側(cè)繞組的相間短路、匝間短路、中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)側(cè)繞組的單相接地短路以及鐵芯的繞損等。變壓器內(nèi)部故障是很危險(xiǎn)的，因?yàn)楣收蠒r(shí)產(chǎn)生的電弧，不僅會(huì)損壞繞 組的絕緣、燒壞鐵芯，而且由于絕緣材料和變壓器油因受熱分解而產(chǎn)生大量的氣體，有可能引起變壓器油箱的爆炸。所以，繼電保護(hù)應(yīng)快地切除這些故障。油箱外部故障最常見的主要是變壓器繞組引出線和絕緣套管上發(fā)生的相間短路和接地短路 (直接接地系統(tǒng)側(cè) )。 （ 2）電力變壓器的不正常工作狀態(tài) 變壓器的不正常運(yùn)行狀態(tài)主要有：變壓器外部相問短路引起的過電流和外部接地短路引起的過電流和中性點(diǎn)過電壓；負(fù)荷長超過額定容量引起的過負(fù)荷：油箱漏油引起的油面降低或冷卻系統(tǒng)故障引起的溫度升高。此外，對(duì)大容量變壓器，由于其額定工作時(shí)的磁通密度 接近于鐵芯的飽和磁通密度，因此，在過電壓或低頻率等異常運(yùn)行方式下，還會(huì)發(fā)生變壓器的過勵(lì)磁故障。這些不正常的運(yùn)行狀態(tài)會(huì)使繞組、鐵芯和其他金屬構(gòu)件過熱，威脅變壓器絕緣。 3 第二章 電力變壓器保護(hù)的類型 電力變壓器的保護(hù)類型 針對(duì)電力變壓器的上述故障類型及不正常運(yùn)行狀態(tài)，應(yīng)對(duì)變壓器裝設(shè)相應(yīng)的繼電保護(hù)裝置。其任務(wù)就是反應(yīng)上述故障或異常運(yùn)行狀態(tài)，并通過斷路器切除故障變壓器，或發(fā)出信號(hào)告知運(yùn)行人員采取措施消除異常運(yùn)行狀態(tài)。同時(shí)，變壓器保護(hù)還應(yīng)能作相鄰電氣元件的后備保護(hù)故根據(jù) DL40091《繼 電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程》的規(guī)定，電力變壓器應(yīng)裝設(shè)如下保護(hù)：瓦斯保護(hù)、縱連差動(dòng)保護(hù)、電流速斷保護(hù)、過電流保護(hù)、零序電流保護(hù)、過負(fù)荷保護(hù)、過勵(lì)磁保護(hù) 變壓器瓦斯保護(hù) 變壓器瓦斯保護(hù)是利用安裝在變壓器油箱與油枕間的瓦斯繼電器來判別變壓器內(nèi)部故障；當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生故障時(shí)，電弧使油及絕緣物分解產(chǎn)生氣體。故障輕微時(shí)，油箱內(nèi)氣體緩慢的產(chǎn)生，氣體上升聚集在繼電器里，使油面下降，繼電器動(dòng)作，接點(diǎn)閉合，這時(shí)讓其作用于信號(hào)，稱為輕瓦斯保護(hù)；故障嚴(yán)重時(shí)，油箱內(nèi)產(chǎn)生大量的氣體，在該氣體作用下形成強(qiáng)烈的油流，沖擊 繼電器，使繼電器動(dòng)作，接點(diǎn)閉合，這時(shí)作用于跳閘并發(fā)信，稱為重瓦斯保護(hù)。 變壓器縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù) 1）構(gòu)成變壓器縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的基本原則 所謂變壓器的縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)，是指由變壓器的一次和二次電流的數(shù)值和相位進(jìn)行比較而構(gòu)成的保護(hù)?？v聯(lián)差動(dòng)保護(hù)裝置，一般用來保護(hù)變壓器線圈及引出線上發(fā)生的相間短路和大電流接地系統(tǒng)中的單相接地短路。對(duì)于變壓器線圈的匝間短路等內(nèi)部故障，通常只作后備保護(hù)。 縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)裝置由變壓器兩側(cè)的電流互感器和繼電器等組成，兩個(gè)電流互感器串聯(lián)形成環(huán)路，電流繼電器并接在環(huán)路上。因此，電流 繼電器的電流等于兩側(cè)電流互感器二次側(cè)電流之差。在正常情況下或保護(hù)范圍外發(fā)生故障時(shí)，兩側(cè)電流互感器二次側(cè)電流大小相等，相位相同，因此流經(jīng)繼電器的差電流為零，但如果在保護(hù)區(qū)內(nèi)發(fā)生短路故障，流經(jīng)繼電器的差電流不再為零，因此繼電器將動(dòng)作， 4 使斷路器跳閘，從而起到保護(hù)作用。 變壓器縱差保護(hù)是按照循環(huán)電流原理構(gòu)成的，變壓器縱差保護(hù)的原理要求變壓器在正常運(yùn)行和縱差保護(hù)區(qū)（縱差保護(hù)區(qū)為電流互感器 TA TA2 之間的范圍）外故障時(shí)，流入差動(dòng)繼電器中的電流為零，保證縱差保護(hù)不動(dòng)作。但由于變壓器高壓側(cè)和低壓側(cè)的額定電流不同 ，因此，為了保證縱差保護(hù)的正確工作，就須適當(dāng)選擇兩側(cè)電流互感器的變比，使得正常運(yùn)行和外部故障時(shí)，兩個(gè)電流相等。 2）不平衡電流產(chǎn)生的原因和消除方法 ： 不平衡電流產(chǎn)生的原因主要有：?變壓器的勵(lì)磁涌流。?變壓器兩側(cè)電流相位不同。?計(jì)算變比與實(shí)際變比的不同。?兩側(cè)電流互感器型號(hào)不同。?變壓器帶負(fù)荷調(diào)整分接頭。 ： ?由變壓器勵(lì)磁涌流所產(chǎn)生的不平衡電流 變壓器的勵(lì)磁涌流僅流經(jīng)變壓器的某一側(cè)，因此，它通過電流互感器反應(yīng)到差動(dòng)回落中不能被平衡，在正 常運(yùn)行情況下，此電流很小，一般不超過額定電流的 210。在外部故障時(shí)，由于電壓降低，勵(lì)磁涌流減小，它的影響就很小。但是在變壓器空載投入和外部故障切除恢復(fù)時(shí)，由于變壓器的鐵芯嚴(yán)重飽和，勵(lì)磁電流將劇烈增大，這時(shí)出現(xiàn)數(shù)值很大的勵(lì)磁電流，可達(dá)額定電流的 5— 10倍。（通常稱為勵(lì)磁涌流）勵(lì)磁涌流中含有大量的非周期分量和高次諧波分量（以二次諧波為主）它不是正弦波。而是尖頂波，往往使涌流偏于時(shí)間軸的一側(cè)。勵(lì)磁涌流的大小和衰減速度、合閘瞬時(shí)外加電壓的相位鐵芯中剩磁的大小和方向、電流容量的大小、回路的阻抗、變壓器的容量和鐵芯 性質(zhì)等有關(guān)系。例如，正好在電壓瞬時(shí)值為最大時(shí)合閘，就不會(huì)出現(xiàn)勵(lì)磁涌流，而只有正常時(shí)的勵(lì)磁電流。對(duì)于三相變壓器而言，無論在任何瞬間合閘，至少有兩相要出現(xiàn)程度不同的勵(lì)磁涌流。 變壓器差動(dòng)保護(hù)中減小勵(lì)磁涌流影響的方法：防止勵(lì)磁涌流的影響，采用BCH 型具有速飽和變流器的繼電器是國內(nèi)目前廣泛采用的一種方法。當(dāng)外部故障時(shí)，所含非周期分量的最大不平衡電流能使速飽和變流器的鐵芯很快單方面的飽和，致使不平衡電流難以傳變到差動(dòng)繼電器的差動(dòng)線圈上，保證差動(dòng)保護(hù)不會(huì)誤 5 動(dòng)。內(nèi)部故障時(shí)，速飽和變流器的一次線圈中雖然也有非周期分 量，但它的衰減速度相當(dāng)快，一般 2個(gè)周期衰減完畢，以后變流器中通過的全是周期性的短路電流，所以繼電器能靈敏動(dòng)作。鑒別短路電流和勵(lì)磁涌流波形的差別，它是利用整流后的波形在動(dòng)作整定值下存在時(shí)間長短來判定是內(nèi)部故障還是勵(lì)磁涌流。利用二次諧波制動(dòng)，差動(dòng)保護(hù)在變壓器空載投入和外部故障切除電壓恢復(fù)時(shí)，利用二次諧波進(jìn)行制動(dòng)，內(nèi)部故障時(shí)，利用比例制動(dòng)回路躲過不平衡電流。 ?由變壓器兩側(cè)電流相位不同而產(chǎn)生的不平衡電流 由于變壓器通常采用 Y， d11 的接線方式，因此，其兩側(cè)電流的相位相差 30度，即使變壓器兩側(cè)的電流大小相等 ，反映到差動(dòng)繼電器中也回出現(xiàn)不平衡電流。為了消除這種不平衡電流的影響，可用相位補(bǔ)償法，通常將變壓器的星形側(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)接方式后可把二次電流的相位校正過來。相位補(bǔ)償后，在互感器接成三角形側(cè)的差動(dòng)一臂中，電流又增大了 倍。為了保證在正常運(yùn)行及外部故障情況下差動(dòng)回路中沒有電流，就必須將該側(cè)電流互感器的變比加大 倍（在微機(jī)保護(hù)中，通過程序中的平衡系數(shù)來平衡），以減小二次電流，使之與另一側(cè)的電流相等。 ?由計(jì)算變比與實(shí)際變比不同而 產(chǎn)生的不平衡電流 由于變壓器兩側(cè)的電流互感器都是根據(jù)產(chǎn)品目錄選取標(biāo)準(zhǔn)的變比，而變壓器的變比也是一定的，因此，兩側(cè)互感器的變比與變壓器的變比很難滿足要求，此時(shí)差動(dòng)回路中將有電流流過。在實(shí)際選擇互感器時(shí)，通常是根據(jù)互感器的定型產(chǎn)品來確定一個(gè)比較接近的變比。 為了消除此不平衡電流，常采用具有速飽和鐵芯的差動(dòng)繼電器利用它的平衡線圈來消除此差電流的影響。一般平衡線圈接于保護(hù)臂電流小的一側(cè)，因?yàn)槠胶饩€圈和差動(dòng)線圈共同繞在繼電器的中間磁柱上。適當(dāng)選擇平衡線圈的平衡匝數(shù)，使它產(chǎn)生懂得磁勢(shì)與差流在差動(dòng)線圈中產(chǎn) 生的磁勢(shì)相抵消。因此在鐵芯中沒有磁通，繼電器不可能動(dòng)作。但實(shí)際上平衡線圈只能按整匝數(shù)進(jìn)行選擇，所以還會(huì)有一殘余的不平衡電流存在，在整定計(jì)算時(shí)應(yīng)加以考慮。 ?由兩側(cè)電流型號(hào)不同而產(chǎn)生的不平衡電流 由于變壓器兩側(cè)電流互感器的型號(hào)不同，它們的飽和特性、勵(lì)磁電流（歸算 6 到同一側(cè)）也就不同，因此在外部故障時(shí)差動(dòng)回路中所產(chǎn)生的不平衡電流就較大。此時(shí)應(yīng)采用電流互感器的同型系數(shù)，并適當(dāng)提高差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作電流。 ?由變壓器帶負(fù)荷調(diào)整分接頭而產(chǎn)生的不平衡電流 帶負(fù)荷調(diào)整分接頭是電力系統(tǒng)中采用帶負(fù)荷調(diào)壓的變壓器來調(diào) 整電壓的常用方法，實(shí)際上改變分接頭就是改變變壓器的變比，假如差動(dòng)保護(hù)已按某一變比調(diào)整好（如利用平衡線圈），則當(dāng)分接頭改變時(shí)就會(huì)產(chǎn)生新的不平衡電流流入差動(dòng)回路，此時(shí)不可能再用重新選擇平衡線圈的方法來消除這個(gè)不平衡電流，為了避免不平衡電流的影響，在整定保護(hù)的動(dòng)作電流時(shí)應(yīng)予以考慮，通常是提高保護(hù)的動(dòng)作整定值。 綜上所述，由變壓器兩側(cè)電流相位不同和計(jì)算變比與實(shí)際變比的不同產(chǎn)生的不平衡電流可適當(dāng)?shù)剡x擇電流互感器二次線圈的接法和變比、以及采用平衡線圈的方法，可使其降到最小。但由勵(lì)磁涌流、互感器的型號(hào)不同和帶負(fù)荷 調(diào)整分接頭而產(chǎn)生的不平衡電流是不可能消除的。因此變壓器的縱差動(dòng)保護(hù)必須躲過這不平衡電流的影響。不平衡電流越小，保護(hù)的靈敏度就越高，從而保證變壓器安全可靠運(yùn)行。 電流速斷保護(hù) 1）電流速斷保護(hù)的原理分析 電流速斷保護(hù)按被保護(hù)設(shè)備的短路電流整定，當(dāng)短路電流超過整定值時(shí)，側(cè)保護(hù)裝置 動(dòng)作，斷路器跳閘，電流速斷保護(hù)一般沒有時(shí)限，不能保護(hù)線路全長（為避免失去選 擇性），即存在保護(hù)的死區(qū)．為克服此缺陷，常采用略帶時(shí)限的電流速斷保護(hù)以保護(hù) 線路全長．時(shí)限速斷的保護(hù)范圍不僅包括線路全長，而深入到相鄰線路的無時(shí)限保 護(hù) 的一部分，其動(dòng)作時(shí)限比相鄰線路的無時(shí)限保護(hù)大一個(gè)級(jí)差． 電流速斷保護(hù)的特點(diǎn) 接線簡單，動(dòng)作可靠，切除故障快，但不能保護(hù)線路全長，保護(hù)范圍受到系統(tǒng)運(yùn) 行方式變化的影響較大。 速斷保護(hù)是一種短路保護(hù)， 為了使速斷保護(hù)動(dòng)作具有選擇性， 一般電力系統(tǒng)中速斷保護(hù)其實(shí)都帶有一定