【文章內容簡介】 過額定容量引起的過負荷以及由于漏油等原因而引起的油面降低。此外，對大容量變壓器，由于其額定工作時磁通密度相當接近于鐵 芯的飽和磁通密度，因此在過電壓或低頻等異常運行方式下，還會發(fā)生變壓器的過勵磁故障。 三、根據要設計 35kV 變電站主變壓器的參數，可能出現的故障類型、不正常運行狀態(tài)，相關國家標準的規(guī)定，對該變電站的主變壓器配置以下保護： 1. 瓦斯保護：它是油箱內部故障的主保護，能反應油面降低，并可根據故障的嚴重程度，動作于信號或跳閘。 2. 縱差動保護：用來保護變壓器繞組、套管及引出線上的相35kV 變電站繼電保護設計說明書 21 間短路、匝間短路及接地短路。 3. 復合電壓起動的過電流保護：主要用作外部短路及內部短路時的后備保護。 4. 過負荷保護：用來保護變壓器的對稱過負荷。 第 二節(jié) 變壓器瓦斯保護 該變電站的主變壓器是油浸式的。因此油箱內發(fā)生任何類型的故障或不正常工作狀態(tài)都會引起箱內油的狀態(tài)發(fā)生變化。瓦斯繼電器具有反映油箱內油、氣狀態(tài)和運行情況的功能。用它構成的瓦斯保護能反應包括縱聯(lián)差動保護不能反應的輕微故障在內的各種故障和不正常狀態(tài)。瓦斯繼電器是構成瓦斯保護的主要元件。它安裝在油箱與油枕之間的連接管道上，為了不妨礙氣體的流通，變壓器安裝時應使頂蓋沿瓦斯繼電器的方向與水平面具有 1%～ %的升高坡度。通往繼電器的連接管具有 2%～ 4%的升高坡度。瓦斯保護的原理接線圖如 下： 由其它保護來12信號信號輕瓦斯信號 圖中，瓦斯繼電器中上面的觸點表示“輕瓦斯保護”，動作后經延時發(fā)出報警信號。下面的觸點表示“重瓦斯保護”，動作后起動變壓器35kV 變電站繼電保護設計說明書 22 保護的總出口繼電器，使斷路器跳閘。當油箱內部發(fā)生嚴重故障時，由于油流的不穩(wěn)定可能造成觸點的抖動，為使斷路器能可靠跳閘，選用了具有自保持線圈的 BCJ 中間繼電器。為防止變壓器換油或進行試驗時引起重瓦斯保護誤動，可利用 QP 將跳閘回路切換到信號回路。 瓦斯保護的主要優(yōu)點是動作迅速、靈敏度高、安裝接線簡單、能反應 變壓器油箱內部發(fā)生的各種類型故障。 瓦斯保護的缺點是不能反應油箱以外變壓器套管及引出線等部位發(fā)生的故障，所以不能作為變壓器內部故障的唯一保護。 第三節(jié) 變壓器的差動保護 由于瓦斯保護不能保護套管及引出線等油箱外部的故障。因此，容量較大的變壓器上，幾乎都裝設了縱聯(lián)差動保護，用于保護變壓器繞組、套管及引出線上的短路故障。 一、變壓器的差動保護的基本原理 差動保護是按比較被保護的變壓器的兩側電流的大小和相位的原理實現的。為實現比較，因而采用了環(huán)流法接線其保護范圍為兩側電流互感器之間的全部區(qū)域。 差動保 護的理如圖所示（圖附后），縱差動保護用于保護變壓器繞組和引出線間的相間斷路，其原理是：正常運行和外部故障時，保護不會動作如圖所示，變壓器高壓側和低壓側兩部分都有電流流過，在選擇電流互感器的變比及連接時，要使兩側的互感器二次側電流 i1和 i2大小相等，方向相反，因此在差動繼電器中流過的電流 Ig=i1i2=0,繼電器不會動作。 35kV 變電站繼電保護設計說明書 23 當變壓器發(fā)生內部相間短路故障時，保護裝置動作，如圖 b 所示，此時只有接于電源側的電流互感器 1LH 有短路電流 Ld1流過其二次側電流 I1d,接于負荷側的電流互感器 3LH 的一二次側電流均為零， 此時流入差動繼電器的電流 Ij=i1d,當繼電器的整定值小于此電流時則繼電器動作，發(fā)出信號和跳閘。 單相原理圖如下： 39。39。 二、變壓器差動保護的特點 由變壓器勵磁涌流 LYI 所產生的不平衡電流 由于變壓器的勵磁電流 IL 只流經它的電源側，故造成變壓器兩側電流不平衡，在差動回路 中產生不平衡電流，使保護誤動。 當變壓器空載投入和外部故障切除后電壓恢復時，可能出現很大的勵磁涌流，其數值最大可達變壓器額定電流的 6～ 8 倍，所謂勵磁涌流，是在穩(wěn)態(tài)工作時，變壓器鐵心中的磁通應滯后于外電壓 ?90 。如果空載合閘時，正好電壓瞬時值 u=0 時接通電路，則鐵心中應該具35kV 變電站繼電保護設計說明書 24 有磁通 m?? ，但由于鐵心中的磁通不通突變，將出現一個非周期分量的磁通 m?? ，由于該分量衰減較慢，那么在最嚴重的情況下，經 過半個周期后，鐵心中的總磁通為穩(wěn)態(tài)磁通和非周期分量磁通疊加，即m?2 。此時，由于鐵心高度飽和使勵磁電流劇烈增加，從而形成了勵磁涌流，勵磁涌流的大小與合閘瞬間電壓的相位，變壓器容量的大小，鐵心中剩磁的大小和方向以及鐵心的特性等因素有關。而勵磁涌流的衰減速度則隨鐵心的飽和深度及導磁性能的不同而變化。因此，勵磁涌流具有以下特點： ? 包含很大成份的非周期分量，往往使涌流偏于時間軸的一側； ? 包含有大量的高次諧波，而以二次諧波為主； ? 波形之間出現間斷； 根據以上特點，在變壓器縱聯(lián)差 動保護中采用下列方法防止勵磁涌流的影響： ? 采用具有速飽和鐵心的差動繼電器 ? 鑒別短路電流和勵磁涌流波形的差別構成的保護 ? 利用二次諧波制動等 由變壓器兩側電流相位不同而產生的不平衡電流 由于變壓器常采用 Y、 d11 的接線方式，因此，其兩側電流的相位差為 ?30 。此時，如果兩側的電流互感器采用常規(guī)接線方式，則二次電流由于相位不同，也會有一個差電流流入繼電器。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)接方式后即可把二次電流的相位校正過來。 35kV 變電站繼電保護設計說明書 25 Y,d11 接線變壓器的縱聯(lián)差動保護接線和向量圖 電流互感器采用上述聯(lián)接方式以后，在互感器接成三角形側的差動一臂中，電流又增大了 3 倍 .此時為保證在正常運行及外部故障情況下差動回路中應沒有電流，就必須將該側電流互感器的變比加大 倍，以減小二次電流，使之與另一側的電流相等，故此時選擇變比的條件是： BNNN ?31 2 331 式中， 12,NN 為適應 Y， d 接線的需要而采用的新變比， nB 變壓器變比。 由計算變比與實際變比不同而產生的不平衡電流 由于兩側的電流互感器都是根據產品目錄選取標準的變比，而變壓 器的變比也是一定的。因此，三者的關系很難滿足 BNNN ?12 的要求，此時差動回路中將有電流流過。當采用具有速飽和鐵心的差動繼電器時，35kV 變電站繼電保護設計說明書 26 是利用它的平衡線圈來消除此差電流的 影響。 由兩側電流互感器型號不同而產生的不平衡電流 兩側互感器的型號不同，它們的飽和特性、勵磁電流（歸算至同一側）也就不同。因此，在差動回路中所產生的不平衡電流也就較大。應采用同型系數 Ktx＝ 1 的電流互感器。 由變壓器帶負荷調整分接頭而產生的不平衡電流 如果差動保護已按照某一變比調整好（如利用平衡線圈），則當分接頭改接時，就會產生一個新的不平衡電流流入差動回路。差動保護的電流回路在帶電的情況下是不能進行分接頭切換，否則會造成差動保護誤動。因此，對由此而產生的不平衡電流，應在縱聯(lián)差動 保護的整定值中予以考慮。 為了抑制電流互感器計算變比與實際變比不同而引起的不平衡電流以及變壓器本身勵磁涌流所產生的不平衡電流，采用 BCH2X 型差動繼電器進行消除。 差動線圈（工作繞組）的作用：在正常運行及外部故障的情況下，通過差動線圈的電流僅是不平衡電流，其對線圈的影響可以被平衡線圈消除到最小程度，不至于使差動繼電器動作，當保護區(qū)內部故障，由于短路電流通過差動線圈，電流繼電器即可迅速動作切除故障。 兩個平衡線圈的作用：由于變壓器兩側的電流互感器變比不能完全匹配，其兩側的二次電流不相等，則在變壓器正常運 行時，差動線圈中將有不平衡電流流過，為了消除這個不平衡電流的影響，通常將平衡線圈接入二次電流較小的一側，適當地選擇平衡線圈的數，使其所產生磁勢能完全抵消由變比不匹配所引起的磁勢，則在二次線圈中就不會感應電勢，因此繼電器中也沒有電流，達到了消除不平衡電流35kV 變電站繼電保護設計說明書 27 的目的。 短路線圈的作用原理：主要用來消除不平衡電流中的非周期分量電流，以提高保護動作的可靠性。 （差動繼電器的結構原理圖見附圖 3－ 1） 圖 31 BCH2 型差動繼電器原理圖 962 4135 71011 12平衡繞組Ⅰ差動繞組短路繞組二次繞組5 6 7 10 13 2016 12 8 4 00 1 2 3A B C D A C DB816 12 040 1 32平衡繞組Ⅱ 對 BCH2 差 動繼電器的原理圖作些說明： BCH2 差動繼電器具有一個差動線圈 Wcd 一個二次線圈 W2，兩個平衡線圈 Wph1 和 Wph2 以及由 Wd 和 Wdd 組成的短路線圈。 BCH2 差動繼電器的動作安匝為 60安匝，差動線圈在 1 20 匝處有抽頭，因此，繼電器的相應動作電流可整定為 1 、 、 3 安，如果平衡線圈不使用，還可以將平衡線圈當作差動線圈來使用，這時繼電器差動 線圈的最多匝數為 39 匝，相應的最小動作電流為 安。 BCH2 差動繼電器的短路線圈相等，并且有抽頭可以改變，當抽頭位于不同位置 時它們的匝數不同，改變匝數可以得到繼電器躲開非35kV 變電站繼電保護設計說明書 28 周期分量不同的特性，即直流分量愈大，所要求的一次交流動作電流也愈大，說明了速飽和變流器的作用；直流分量不變，短路線圈匝數愈多，所要求的一次動作電流也愈大，這就看出了短路線圈的作用；無直流分量在上述短路線圈各插頭位置時，動作安匝不變。因此要改變動作安匝就必須改變兩個短路繞組的比數，即保持兩個短路繞組的比值不變；設置兩組平衡繞組的目的是為了適用于三組變壓器。如果用于雙組變壓器，其一組平衡繞組可以當作差動線圈來使用，或者將兩組平衡繞組分別接入差動回路的兩臂中，使平衡更 加精確，差動保護十分重視電流互感器的積極及差動繼電器接線的準確性，以免引起誤動作。 BCH2 差動繼電器保護整定計算 參數名稱 35kV 側 側 變壓器額定電流 I1e= 35310000? =165A I2e= ? =550A 電流互感器接線方式 三角形 星型 電流互感器一次電流值 3 165＝ 550A 電流互感器變比 300/5=60 600/5=120 電流互 感器二次電流值 35kV 變電站繼電保護設計說明書 29 1 繼電器一次側動作電流的計算 由于二次回路額定電流 35KV 側大于 側，故此以 35K 側作基本側。 躲過變壓器外部故障的最大不平衡電流，差動保護的起動電流為： IdzJ＝ Kk ＝ Kk (10%Ktx+Δ U+Δ fza) ∕ nl = (1 ＋ ＋ ) 3410 = 躲開電流互感器二次回路斷線及勵磁涌流電流 Idz＝ Kk ＝ Kk I1e= 165= 經過計算取兩者的最大者為： Idz =266A 為 35kV側一次動作電流。 型差動繼電器的差動線圈和平衡線圈匝數整定計算 二次回路中變壓器額定電流最大的一側稱為基本側，將雙繞組變壓器兩側電流互感器分別接于差動繼電器的兩個平衡線圈上。 側差動線圈和平衡線圈匝數計算 （ 1）差動繼電器的二次動作電流 )( 26632 AK IKITAdzjxdz j ???? （ 2） 35kV 側差動線圈和平衡線圈工作匝數計算 Wgzj=dzjIAW0 ＝ ? （匝） 式中： AW0―――――― BCH2 型差動繼電器匝數，取 AW0＝ 60 安匝。 35kV 變電站繼電保護設計說明書 30 選取與 Wgzj相近的整數值作為適合的差動線圈和一組平衡線圈之和的工作匝數，即 Wgz1= Wcd1+ Wph1＝ 7+1＝ 8 （ 3）以選出的適合工作匝數為基礎，計算 35kV 側差動繼電器的二次動作電流為 )(86010 AWAWI gzdz j ??? 式中： AW0―――――― BCH2 型差動繼電器匝數，取 AW0＝ 60 安匝。 2. 10kV 側平衡線圈匝數整定計算 （ 1） 10kV 側平衡線圈匝數計算 Wph2j= Wgz1eeII21 － Wcd1＝ ??? 結論：取平衡線圈 2 的適用匝數 Wph2＝ 1 匝。 （ 2）適用匝數與計算匝數不等而產生的相對誤差 zaf? 計算 ??zaf 1222cdjphphjph WW WW ?? = ?? = （ 3）結論： zaf? 小于 ，