【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 必要條件。電力變壓器有別于發(fā)電機(jī)，它無(wú)旋轉(zhuǎn)部件，是一種靜止的電氣設(shè)備，結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠性較高，發(fā)生故障的機(jī)會(huì)相對(duì)較少。但是，變壓器是連續(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，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，仍然有可能發(fā)生各種類(lèi)型的故障或出現(xiàn)不正常工作狀態(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(lái) 嚴(yán)重的影響。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。因此，考慮到變壓器在電力系統(tǒng)中的重要地位及故障和不正常工作狀態(tài)可能造成的嚴(yán)重后果，必須根據(jù)電力變壓器容量和重要程度裝設(shè)相應(yīng)的繼電保護(hù)裝置。 （ 1）變壓器故障類(lèi)型 變壓器的故障可分為油箱外和油箱內(nèi)兩種故障。油箱外的故障主要是套管和引出線(xiàn)上發(fā)生相間短路及接地短路。油箱內(nèi)的故障包括繞組間相間短路、接地短路、匝間短路及鐵芯的燒損等。油箱內(nèi)故障時(shí)產(chǎn)生的電弧，不僅會(huì)損壞鐵芯的絕緣、燒毀貼心，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爆炸。對(duì)于變壓器發(fā)生的各種故障，保護(hù)裝置應(yīng)盡快的將變壓器切除。實(shí)踐表明，變壓器套管和引出線(xiàn)上的相間短路、接地短路、繞組的匝間短路是比較常見(jiàn)的故障形式；而油箱內(nèi)發(fā)生短路的情況比較少。 （ 2）變壓器不正常工作狀態(tài) 變壓器的不正常工作狀態(tài)主要有：油箱外部短路引起的過(guò)電流，負(fù)荷長(zhǎng)時(shí)間超過(guò)額定容量引起的過(guò)負(fù)荷，風(fēng)扇故障或漏油等原因引起冷卻能力的下降等。西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 這些不正常運(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(xiàn)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)行工況下會(huì)使變壓器過(guò)勵(lì)磁，引起鐵芯和其它金屬構(gòu)件的過(guò)熱。變壓器處于不正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，繼電保護(hù)應(yīng)根據(jù)其嚴(yán)重程度，發(fā)出報(bào)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。 變壓器油箱內(nèi)故障時(shí)，除了變壓器各側(cè)電流、電壓變化外，油箱內(nèi)的油、氣、溫度等非電量也會(huì)發(fā)生變化。因此，變壓器保護(hù)分電量保護(hù)和非電量保護(hù)兩種。非電量保護(hù)裝設(shè)在變壓器內(nèi)部。線(xiàn)路保護(hù)中采用的許多保護(hù)如過(guò)電流保護(hù)、縱差動(dòng)保護(hù)等在變壓器的電量保護(hù)中都有應(yīng)用，但在配置上有區(qū)別。 變壓器保護(hù)配置原則 容量為 800kVA 及以上的油浸式變壓器，均應(yīng)裝設(shè)瓦斯保護(hù)。當(dāng)油箱內(nèi)部故障產(chǎn)生輕微瓦斯或油面下降時(shí)，保護(hù)裝置應(yīng)瞬時(shí)動(dòng)作于信號(hào)；當(dāng)產(chǎn)生大量瓦斯時(shí)，瓦斯保護(hù)宜動(dòng)作于斷開(kāi)變壓器各電源側(cè)斷路器。對(duì)于高壓側(cè)未裝設(shè)斷路器的線(xiàn)路— 變壓器組，在采取瓦斯保護(hù)切除變壓器內(nèi)部故障時(shí)，瓦斯保護(hù)可僅動(dòng)作于信號(hào)。 對(duì)于容量為 400kVA 及以上的車(chē)間內(nèi)油浸式變壓器，也應(yīng)裝設(shè)瓦斯保護(hù)。 反應(yīng)變壓器繞組和引出線(xiàn)的相間短路的縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)或電流速斷保護(hù)，對(duì)其中 性點(diǎn)直接接地側(cè)繞組和引出線(xiàn)的接地短路以及繞組匝間短路也能起保護(hù)作用。 容量為 6300kVA 以下并列運(yùn)行的變壓器以及 10000kVA 以下單獨(dú)運(yùn)行的變壓器，當(dāng)后備保護(hù)時(shí)限大于 時(shí)，應(yīng)裝設(shè)電流速斷保護(hù)。 容量為 6300kVA 及以上、廠用工作變壓器和并列運(yùn)行的變壓器、 10000kVA及以上廠用備用變壓器和單獨(dú)運(yùn)行的變壓器、以及 2020kVA 及以上用電流速斷保護(hù)靈敏性不符合要求的變壓器，應(yīng)裝設(shè)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)。 對(duì)高壓側(cè)電壓為 330kV及以上的變壓器，可裝設(shè)雙重差動(dòng)保護(hù)。 對(duì)于發(fā)電機(jī)變壓器組，當(dāng)發(fā)電機(jī)與變壓器之間有 斷路器時(shí)，變壓器應(yīng)裝設(shè)單獨(dú)的縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)。當(dāng)發(fā)電機(jī)與斷路器之間沒(méi)有斷路器時(shí)， 100MW 及以下的發(fā)電機(jī)，西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 可只裝設(shè)發(fā)電機(jī)變壓器組共用的縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)。 100MW 以上的發(fā)電機(jī)，除發(fā)電機(jī)變壓器組共用縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)外，發(fā)電機(jī)還應(yīng)裝設(shè)單獨(dú)的縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)。對(duì)于200MW 及以上的汽輪發(fā)電機(jī)，為提高快速性，在機(jī)端還宜增設(shè)復(fù)合電流速斷保護(hù)，或在變壓器上增設(shè)單獨(dú)的縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)，即采用雙重快速保護(hù)方式。 如果變壓器的縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)對(duì)單相接地保護(hù)靈敏性不符合要求，可增設(shè)零序差動(dòng)保護(hù)。 對(duì)于由外部相間短路引起的變壓器過(guò)電流，可 采用下列保護(hù)作為后備保護(hù)。 (1)過(guò)電流保護(hù)。宜用于降壓變壓器，保護(hù)裝置的整定值應(yīng)考慮事故時(shí)可能出現(xiàn)的過(guò)負(fù)荷。 (2)復(fù)合電壓（包括負(fù)序電壓及線(xiàn)電壓）起動(dòng)的過(guò)電流保護(hù)。宜用于升壓變壓器和系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)變壓器及過(guò)電流保護(hù)不符合靈敏性要求的降壓變壓器。 (3) 負(fù)序電流保護(hù)和單相式低電壓?jiǎn)?dòng)的過(guò)電流保護(hù)?？捎糜?63000kVA 及以上的升壓變壓器。 (4)對(duì)于升壓變壓器和系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)變壓器，當(dāng)采用上述 ⑵ 、 ⑶ 保護(hù)不能滿(mǎn)足靈敏性和選擇性要求時(shí)，可采用阻抗保護(hù)。 上述各項(xiàng)保護(hù)動(dòng)作后，應(yīng)帶時(shí)限動(dòng)作于跳閘。 的變壓器外部接地短路時(shí)的零序電流保護(hù) 110kV 及以上中性點(diǎn)直接接地電網(wǎng)中，如果變壓器中性點(diǎn)可能接地運(yùn)行，對(duì)于兩側(cè)或三側(cè)電源的升壓變壓器或降壓變壓器上應(yīng)裝設(shè)零序電流保護(hù)。作為變壓器主保護(hù)的后備保護(hù)，并作為相鄰元件的后備保護(hù)。 對(duì)于 400kVA 及以上的變壓器，當(dāng)數(shù)臺(tái)并列運(yùn)行或單獨(dú)運(yùn)行并作為其他負(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)。對(duì)自耦變壓器和多繞組變壓器，保護(hù)裝置應(yīng)能反應(yīng)公共繞組及各側(cè)過(guò)負(fù)荷的情況。過(guò)負(fù)荷保護(hù)應(yīng)接于一相電流上，帶時(shí)限動(dòng)作于信號(hào)。在無(wú)經(jīng)常值班人員的變電所，必 要時(shí)過(guò)負(fù)荷保護(hù)可動(dòng)作于跳閘或斷開(kāi)部分負(fù)荷。 為降低材料消耗，現(xiàn)代大型變壓器鐵芯一般都用新型電工硅鋼片制成，其額西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 定磁密近于飽和磁密，過(guò)電壓或低頻率時(shí)容易引起過(guò)激磁，因此 500kVA 及以上的大容量變壓器宜裝設(shè)過(guò)激磁保護(hù)。 變壓器縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù) 變壓器縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)在正常運(yùn)行和外部故障時(shí)，理想情況下，流入差動(dòng)繼電器的電流等于零。但實(shí)際上由于變壓器的勵(lì)磁電流、接線(xiàn)方式和電流互感器誤差等因素的影響，繼電器中有不平衡電流流過(guò)。由于這些特殊因素的影響，變壓器差動(dòng)保護(hù)的不平衡電流遠(yuǎn)比發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)的大 。因此，變壓器差動(dòng)保護(hù)需要解決的主要問(wèn)題之一是采取各種措施避越不平衡電流的影響。在滿(mǎn)足選擇性的條件下，還要保證在內(nèi)部故障時(shí)有足夠的靈敏系數(shù)和速動(dòng)性。 按照勵(lì)磁涌流方法的不同，變壓器差動(dòng)繼電器可按不同的工作原理來(lái)實(shí)現(xiàn)。目前，國(guó)內(nèi)廣泛應(yīng)用有以下幾種類(lèi)型繼電器構(gòu)成差動(dòng)保護(hù)： ⑴ 帶短路線(xiàn)匝的 BCH2 型差動(dòng)繼電器； ⑵ 帶磁制動(dòng)特性的 BCH1 型差動(dòng)繼電器； ⑶ 多側(cè)磁制動(dòng)特性的 BCH4 型差動(dòng)繼電器； ⑷ 鑒別涌流間斷角的差動(dòng)繼電器； ⑸ 二次諧波制動(dòng)的差動(dòng)繼電器。 此外，有些單位還研制了高次諧波制動(dòng)的差動(dòng)繼電 器。 構(gòu)成變壓器縱差動(dòng)保護(hù)的基本原則 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 圖 21 雙繞組單相變壓器縱差動(dòng)保護(hù)的原理接線(xiàn)圖 如圖 21 所示，其中： 1I? 、 2I? —— 分別為變壓器高壓側(cè)和低壓側(cè)的一次電流，參考方向?yàn)槟妇€(xiàn)指向變壓器； 1I?? 、 2I?? —— 為相應(yīng)的電流互感器二次電流； II? —— 差動(dòng)繼電器。 流入差動(dòng)繼電器的差動(dòng)電流為 12rI I I? ? ????? （ 21） 縱差保護(hù)的動(dòng)作判據(jù)為 r setII? （ 22） 式中， setI 為縱差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作電流；12rI I I?????? 為差動(dòng)電流的有效值 。 設(shè)變壓器的變比為 12TUn U? ，式（ 21）可進(jìn)一步表示為 21rTA TAIII nn??? ?? 變形為 1 2 1 12 2 11T T A TrT A T A T An I I n n II n n n? ? ?? ???? ? ????? （ 23） 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 式中， 1TAn 、 2TAn 分別為兩側(cè)電流互感器的變比。 若選擇電流互感器的變比，使之滿(mǎn)足 21TA TTAn nn ? （ 24） 這樣式（ 23）變?yōu)? 122TrTAn I II n??? ?? （ 25） 忽略變壓器的損耗，正常運(yùn)行和區(qū)外故障時(shí)一次電流的關(guān)系為 210TI n I????。根據(jù)式（ 25），正常運(yùn)行和變壓器外部故障時(shí)，差動(dòng)電流為零，保護(hù)不會(huì)動(dòng)作；變壓器內(nèi)部（包括變壓 器與電流互感器之間的引線(xiàn)）任何一點(diǎn)故障時(shí)，相當(dāng)于變壓器內(nèi)部多了一個(gè)故障支路，流入差動(dòng)繼電器的差動(dòng)電流等于故障點(diǎn)電流（變換到電流互感器二次側(cè)），只要故障電流大于差動(dòng)繼電器的動(dòng)作電流，差動(dòng)保護(hù)就能迅速動(dòng)作。因此，式（ 24）成為變壓器縱差動(dòng)保護(hù)中電流互感器變比選擇的依據(jù)。 實(shí)際電力系統(tǒng)都是三相變壓器（或三相變壓器組），并且通常采用 Y， d11 接線(xiàn)方式，如圖 22(a)所示（假定一次電流從同名端流入，二次電流從同名端流出）。這樣的接線(xiàn)方式造成了變壓器一、二次電流的不對(duì)應(yīng)，以 A 相為例，正常運(yùn)行時(shí)，由于 dA da dbI I I? ? ???， dAI? 超前 daI? 30? ， 如圖 22（ b）所示。 若仍用上述針對(duì)單相變壓器的差動(dòng)繼電器的接線(xiàn)方式，將一、二次電流直接引入差動(dòng)保護(hù)，則會(huì)在繼電器中產(chǎn)生很大的差動(dòng)電流。可以通過(guò)改變縱差動(dòng)保護(hù)的接線(xiàn)方式消除這個(gè)電流，就是將引入差動(dòng)繼電器的 Y 側(cè)的電流也采用兩相電 流差，即 A r Y A Y B dAB r Y B Y C dBC r Y C Y A dCI I I II I I II I I I? ? ? ??? ? ? ??? ? ? ?????? ? ?? ? ??? ??? ????? ? ?? ? ?????? ????? ? ?? ? ? ????? ? （ 26） 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 式中， ArI?? 、 BrI?? 、 CrI?? 分別為流入三個(gè)差動(dòng)繼電器的差動(dòng)電 （ a）接線(xiàn)圖； (b)對(duì)稱(chēng)工況下的向量關(guān)系 圖 22 雙繞組三相變壓器縱差動(dòng)保護(hù)原理接線(xiàn)圖 這樣就可以消除兩側(cè)電流不對(duì)應(yīng)。由于 Y 側(cè)采用了兩相電流差，該側(cè)流入差動(dòng)繼電器的電流增加了 3 倍。為了保證正常運(yùn)行及外部故障情況下差動(dòng)回路沒(méi)有電流，該側(cè)電流互感器的變比也要相應(yīng)地增大 3 倍，即兩側(cè)電流互感器變比的選擇應(yīng)該滿(mǎn)足 21 3TA TTAnnn ? （ 27） 為了滿(mǎn)足式（ 26），變壓器兩側(cè)電流互感器采用不同的接線(xiàn)方式，如圖 22（ a）所示。 d 側(cè)采用 Y， d12 的接線(xiàn)方式，將各相電流 直接接入差動(dòng)繼電器內(nèi)； Y 側(cè)采用 Y， d11 的接線(xiàn)方式，將兩相電流差接入差動(dòng)繼電器內(nèi)。模擬式的差動(dòng)保護(hù)都是采用圖 22（ a）所示的接線(xiàn)方式；對(duì)于數(shù)字式差動(dòng)保護(hù)，一般將 Y 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)式（ 26）的功能，以簡(jiǎn)化接線(xiàn)。 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。圖 23 所示的是 Y， y,d11 接線(xiàn)方式三繞組變壓器縱差動(dòng)保護(hù)單相示意圖，接入縱 差動(dòng)繼電器的差電流為 : 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 1 2 3rI I I I? ? ? ?? ? ?? ? ? （ 28） 圖 23 三繞組變壓器縱差動(dòng)保護(hù)接線(xiàn)單相示意圖 三相變壓器各側(cè)電流互感器的接線(xiàn)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 d 側(cè)電流互感器用 Y 接線(xiàn)方式；兩個(gè) Y 側(cè)電流互感器則采用 d 接線(xiàn)方式。設(shè)變壓器的高 低側(cè)（ 13） 和中 低側(cè)（ 23） 的變比為 13Tn 和23Tn ，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(mǎn)足 13 1 23 2 3 0TTn I n I I? ? ?? ? ?，電流互感器變比的選擇應(yīng)該滿(mǎn)足 3 1313 23233TA TTATA TTAnnnnnn????????? （ 29） 變壓器差動(dòng)保護(hù)的不平衡電流 產(chǎn)生的不平衡電流 變壓器兩側(cè)的電流互感器都是根據(jù)產(chǎn)品目錄選取的標(biāo)準(zhǔn)變比，其規(guī)格種類(lèi)是有限的。變壓器的變比也是有標(biāo)準(zhǔn)的，三者的關(guān)系很難完全滿(mǎn)足式（ 24），令變比差系數(shù)為 121 TA TzaTAnnf n? ? ? （ 2