【文章內容簡介】 。 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備之一。它的安全運行是電力系統(tǒng)可靠工作的必要條件 。電力變壓器有別于發(fā)電機，它無旋轉部件，是一種靜止的電氣設備，是連續(xù)運行的，停電機會很少，而且絕大部分安裝在室外，受自然環(huán)境影響較大。另外，電力變壓器時刻受到外接負荷的影響，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)。它的故障對電力系統(tǒng)的安全連續(xù)運行會帶來嚴重影響，特別是大容量變壓器的損壞，對系統(tǒng)的影響更為嚴重。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越來越普遍，大容量超高壓的大型電力變壓器的應用也隨之擴大，其運行正常直接關系到整 個電網(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，設置性能良好、動作可靠的繼電保護裝置。要求電力變壓器繼電保護不僅可靠，而且要快速。 電力變壓器的型號 電力變壓器的型號有 35kV級 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 SC(B)10系列環(huán)氧樹脂澆注干式變壓器 SGB11R卷鐵芯 H 級非包封線圈干式電力變壓器 SG10型 H 級絕緣干式電力變壓器 SC(B)9/10干式變壓器 10KV級 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 雙電壓無勵磁調壓干式配電變壓器 20KV級 S11系列油浸式電力變壓器 35KV 級 ZS系列油浸整流變壓器 10kV 級 S S11系列油浸式電力變壓器 10kv S13型級超低損耗三角形卷鐵心無勵磁調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)繼電保護的基本任務，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 而要進行“區(qū)別和甄別”，必須 尋找電力元件在這三種運行狀態(tài)下的可測參數(shù)量(繼電保護主要測電氣量 )的“差異”，提取和利用這些可測參數(shù)量的“差異”，實現(xiàn)對正常、不正常工作和故障元件的快速“區(qū)分”。依據(jù)可測電氣量的不同差異，可以構成不同原理的繼電保護。 （ 1）電力變壓器的故障類型 電力變壓器的故障通常可以分為油箱內部故障和油箱外部故障兩種。油箱內部故障主要是指發(fā)生在變壓器油箱內包括高壓側或低壓側繞組的相間短路、匝間短路、中性點直接接地系統(tǒng)側繞組的單相接地短路以及鐵芯的繞損等。變壓器內部故障是很危險的，因為故障時產(chǎn)生的電弧，不僅會損壞繞 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，繼電保護應快地切除這些故障。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 )。 （ 2）電力變壓器的不正常工作狀態(tài) 變壓器的不正常運行狀態(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過電壓；負荷長超過額定容量引起的過負荷：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，對大容量變壓器，由于其額定工作時的磁通密度 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行方式下，還會發(fā)生變壓器的過勵磁故障。這些不正常的運行狀態(tài)會使繞組、鐵芯和其他金屬構件過熱，威脅變壓器絕緣。 3 第二章 電力變壓器保護的類型 電力變壓器的保護類型 針對電力變壓器的上述故障類型及不正常運行狀態(tài)，應對變壓器裝設相應的繼電保護裝置。其任務就是反應上述故障或異常運行狀態(tài)，并通過斷路器切除故障變壓器，或發(fā)出信號告知運行人員采取措施消除異常運行狀態(tài)。同時，變壓器保護還應能作相鄰電氣元件的后備保護故根據(jù) DL40091《繼 電保護和安全自動裝置技術規(guī)程》的規(guī)定，電力變壓器應裝設如下保護：瓦斯保護、縱連差動保護、電流速斷保護、過電流保護、零序電流保護、過負荷保護、過勵磁保護 變壓器瓦斯保護 變壓器瓦斯保護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部故障；當變壓器內部發(fā)生故障時，電弧使油及絕緣物分解產(chǎn)生氣體。故障輕微時，油箱內氣體緩慢的產(chǎn)生，氣體上升聚集在繼電器里，使油面下降，繼電器動作，接點閉合，這時讓其作用于信號，稱為輕瓦斯保護；故障嚴重時，油箱內產(chǎn)生大量的氣體，在該氣體作用下形成強烈的油流，沖擊 繼電器，使繼電器動作，接點閉合，這時作用于跳閘并發(fā)信，稱為重瓦斯保護。 變壓器縱聯(lián)差動保護 1）構成變壓器縱聯(lián)差動保護的基本原則 所謂變壓器的縱聯(lián)差動保護，是指由變壓器的一次和二次電流的數(shù)值和相位進行比較而構成的保護?？v聯(lián)差動保護裝置，一般用來保護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。對于變壓器線圈的匝間短路等內部故障，通常只作后備保護。 縱聯(lián)差動保護裝置由變壓器兩側的電流互感器和繼電器等組成，兩個電流互感器串聯(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電流互感器二次側電流之差。在正常情況下或保護范圍外發(fā)生故障時，兩側電流互感器二次側電流大小相等，相位相同，因此流經(jīng)繼電器的差電流為零，但如果在保護區(qū)內發(fā)生短路故障，流經(jīng)繼電器的差電流不再為零，因此繼電器將動作， 4 使斷路器跳閘，從而起到保護作用。 變壓器縱差保護是按照循環(huán)電流原理構成的，變壓器縱差保護的原理要求變壓器在正常運行和縱差保護區(qū)（縱差保護區(qū)為電流互感器 TA TA2 之間的范圍）外故障時，流入差動繼電器中的電流為零，保證縱差保護不動作。但由于變壓器高壓側和低壓側的額定電流不同 ，因此，為了保證縱差保護的正確工作，就須適當選擇兩側電流互感器的變比，使得正常運行和外部故障時，兩個電流相等。 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：?變壓器的勵磁涌流。?變壓器兩側電流相位不同。?計算變比與實際變比的不同。?兩側電流互感器型號不同。?變壓器帶負荷調整分接頭。 ： ?由變壓器勵磁涌流所產(chǎn)生的不平衡電流 變壓器的勵磁涌流僅流經(jīng)變壓器的某一側，因此，它通過電流互感器反應到差動回落中不能被平衡，在正 常運行情況下，此電流很小，一般不超過額定電流的 210。在外部故障時，由于電壓降低，勵磁涌流減小，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時，由于變壓器的鐵芯嚴重飽和，勵磁電流將劇烈增大，這時出現(xiàn)數(shù)值很大的勵磁電流，可達額定電流的 5— 10倍。（通常稱為勵磁涌流）勵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，往往使涌流偏于時間軸的一側。勵磁涌流的大小和衰減速度、合閘瞬時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 性質等有關系。例如，正好在電壓瞬時值為最大時合閘，就不會出現(xiàn)勵磁涌流，而只有正常時的勵磁電流。對于三相變壓器而言，無論在任何瞬間合閘，至少有兩相要出現(xiàn)程度不同的勵磁涌流。 變壓器差動保護中減小勵磁涌流影響的方法：防止勵磁涌流的影響，采用BCH 型具有速飽和變流器的繼電器是國內目前廣泛采用的一種方法。當外部故障時，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繼電器的差動線圈上，保證差動保護不會誤 5 動。內部故障時，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快，一般 2個周期衰減完畢，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作。鑒別短路電流和勵磁涌流波形的差別，它是利用整流后的波形在動作整定值下存在時間長短來判定是內部故障還是勵磁涌流。利用二次諧波制動，差動保護在變壓器空載投入和外部故障切除電壓恢復時，利用二次諧波進行制動，內部故障時，利用比例制動回路躲過不平衡電流。 ?由變壓器兩側電流相位不同而產(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，其兩側電流的相位相差 30度，即使變壓器兩側的電流大小相等 ，反映到差動繼電器中也回出現(xiàn)不平衡電流。為了消除這種不平衡電流的影響，可用相位補償法，通常將變壓器的星形側的三個電流互感器接成三角形，而將變壓器三角形側的三個電流互感器接成星形，并適當考慮聯(lián)接方式后可把二次電流的相位校正過來。相位補償后，在互感器接成三角形側的差動一臂中，電流又增大了 倍。為了保證在正常運行及外部故障情況下差動回路中沒有電流，就必須將該側電流互感器的變比加大 倍（在微機保護中，通過程序中的平衡系數(shù)來平衡），以減小二次電流，使之與另一側的電流相等。 ?由計算變比與實際變比不同而 產(chǎn)生的不平衡電流 由于變壓器兩側的電流互感器都是根據(jù)產(chǎn)品目錄選取標準的變比，而變壓器的變比也是一定的，因此，兩側互感器的變比與變壓器的變比很難滿足要求，此時差動回路中將有電流流過。在實際選擇互感器時，通常是根據(jù)互感器的定型產(chǎn)品來確定一個比較接近的變比。 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臂電流小的一側，因為平衡線圈和差動線圈共同繞在繼電器的中間磁柱上。適當選擇平衡線圈的平衡匝數(shù)，使它產(chǎn)生懂得磁勢與差流在差動線圈中產(chǎn) 生的磁勢相抵消。因此在鐵芯中沒有磁通，繼電器不可能動作。但實際上平衡線圈只能按整匝數(shù)進行選擇，所以還會有一殘余的不平衡電流存在，在整定計算時應加以考慮。 ?由兩側電流型號不同而產(chǎn)生的不平衡電流 由于變壓器兩側電流互感器的型號不同，它們的飽和特性、勵磁電流（歸算 6 到同一側）也就不同，因此在外部故障時差動回路中所產(chǎn)生的不平衡電流就較大。此時應采用電流互感器的同型系數(shù)，并適當提高差動保護的動作電流。 ?由變壓器帶負荷調整分接頭而產(chǎn)生的不平衡電流 帶負荷調整分接頭是電力系統(tǒng)中采用帶負荷調壓的變壓器來調 整電壓的常用方法，實際上改變分接頭就是改變變壓器的變比，假如差動保護已按某一變比調整好（如利用平衡線圈），則當分接頭改變時就會產(chǎn)生新的不平衡電流流入差動回路，此時不可能再用重新選擇平衡線圈的方法來消除這個不平衡電流，為了避免不平衡電流的影響，在整定保護的動作電流時應予以考慮，通常是提高保護的動作整定值。 綜上所述，由變壓器兩側電流相位不同和計算變比與實際變比的不同產(chǎn)生的不平衡電流可適當?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。但由勵磁涌流、互感器的型號不同和帶負荷 調整分接頭而產(chǎn)生的不平衡電流是不可能消除的。因此變壓器的縱差動保護必須躲過這不平衡電流的影響。不平衡電流越小，保護的靈敏度就越高，從而保證變壓器安全可靠運行。 電流速斷保護 1）電流速斷保護的原理分析 電流速斷保護按被保護設備的短路電流整定，當短路電流超過整定值時，側保護裝置 動作，斷路器跳閘，電流速斷保護一般沒有時限，不能保護線路全長（為避免失去選 擇性），即存在保護的死區(qū)．為克服此缺陷，常采用略帶時限的電流速斷保護以保護 線路全長．時限速斷的保護范圍不僅包括線路全長，而深入到相鄰線路的無時限保 護 的一部分，其動作時限比相鄰線路的無時限保護大一個級差． 電流速斷保護的特點 接線簡單，動作可靠，切除故障快，但不能保護線路全長，保護范圍受到系統(tǒng)運 行方式變化的影響較大。 速斷保護是一種短路保護， 為了使速斷保護動作具有選擇性， 一般電力系統(tǒng)中速斷保護其實都帶有一定