继电保护原理：电力变压器的继电保护详解

继电保护原理：电力变压器的继电保护详解

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CSDN

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https://blog.csdn.net/liht_1634/article/details/124282254

电力变压器是电力系统中的重要设备，其安全稳定运行对整个电力系统的可靠性和经济性具有重要影响。继电保护作为保障电力变压器安全运行的关键技术手段，需要根据变压器的故障类型和运行状态，采取相应的保护措施。本文将详细介绍电力变压器的继电保护原理，包括故障类型、不正常运行状态及其相应的保护方式，重点阐述差动保护、电流和电压保护以及瓦斯保护等内容。

第6章 电力变压器的继电保护

6.1电力变压器的故障类型、不正常运行状态及其相应的保护方式

一、变压器故障状态

电力变压器的故障可以分为油箱内部故障和油箱外部故障两大类：

• 油箱内部故障：主要包括各相绕组之间的相间短路、单相绕组部分线匝之间的匝间短路、单相绕组或引出线通过外壳发生的单相接地故障等。

• 油箱外部故障：主要包括引出线的相间短路、绝缘套管闪烁或破坏引出线通过外壳发生的单相接地短路等。

二、变压器异常状态

变压器在运行过程中可能出现的异常状态包括：

1. 本身过负荷
2. 线路过电流
3. 线路零序过流
4. 本身油面下降
5. 其他故障

三、电力变压器的保护方式

针对变压器的各种故障和异常状态，通常采用以下保护方式：

1. 瓦斯保护：防御变压器油箱各种短路故障和油面降低。重瓦斯跳闸，轻瓦斯告警。
2. 纵差动保护和电流速断保护：防御变压器绕组和引出线的多相短路、大接地电流系统侧绕组和引出线的单相接地短路及绕组匝间短路。
3. 相间短路的后备保护：作为1、2的后备，包括过电流保护，复合电压起动的过电流保护，负序过电流，低阻抗保护（500KV）。
4. 接地故障保护：防御大接地电流系统中变压器外部接地短路。
5. 过负荷保护：防御变压对称过负荷。
6. 过励磁保护：防御变压器过励磁（330KV）。
7. 其他保护：如温度保护、冷却系统故障保护等。

6.2变压器的差动保护

变压器纵差动保护主要是用来反应变压器绕组、引出线及套管上的各种短路故障，是变压器的主保护。

6.2.1构成变压器纵差动保护的基本原则

1. 正常运行或外部故障时：其电流互感器变比的选择原则是两侧CT变比的比值取决于变压器变比。
2. 当变压器内部故障时：流入差动继电器的电流为：为了保证动作的选择性，差动继电器的动作电流应按躲开外部短路时出现的最大不平衡电流来整定；不平衡电流愈大，继电器的动作电流也愈大。不平衡电流太大，就将降低内部短路时产的灵敏度。

6.2.2变压器纵差保护的特点

变压器纵差保护在暂态和稳态情况下都会产生不平衡电流：

• 暂态情况下的不平衡电流：主要包括暂态非周期分量的影响和励磁涌流的影响。
• 稳态情况下的不平衡电流：主要包括由变压器两侧电流相位不同、计算变比与实际变比不同、两侧电流互感器型号不同以及变压器带负荷调整分接头等因素产生的不平衡电流。

6.2.3变压器差动保护的整定计算原则

1. 纵差动保护起动电流的整定计算原则：

• 保护装置的起动电流应大于变压器的最大负荷电流（可靠系数一般取1.3）。
• 躲开保护范围外部短路时的最大不平衡电流。
• 考虑励磁涌流，采用波形鉴别或二次谐波制动的原理；采用具有速饱和铁心的差动继电器。

2. 纵差动保护灵敏系数的校验：与前面的电流保护是一样的。

6.2.4 带有速饱和变流器的差动继电器

1. 速保护变流器的工作原理：

• 一次侧只流过周期分量电流时，周期分量易通过速饱和变流器变换到二次侧。
• 一次侧流过非周期分量及周期分量电流时，非周期分量不易通过速饱和变流器变换到二次侧。

2. 带加强型速饱和变流器的差动继电器（BCH-2型）：

• B柱：正常运行时不平衡电流，空载合闸时励磁涌流，内部短路时短路电流。
• Wcd差动线圈；Wph1、Wph2平衡线圈是为了消除计算变比与实际变比不同产生的不平衡电流；Wd'、Wd"短路线圈。

6.2.5具有磁力制动的差动继电器

1. 继电器的主要组成部分（BCH-1型）

6.2.6具有比率制动和二次谐波制动的差动继电器

1. 差动继电器的构成与原理

2. 微机中比率制动式差动保护：

• 原因：在严重的内部故障时，短路电流很大的情况下，TA严重饱和使交流暂态传变严重恶化，TA的二次侧基波电流为零，高次谐波分量增大，比率制动原理的差动保护无法反映区内短路故障，从而影响了比率差动保护的快速动作。
• 差动速断保护，作为辅助保护以加快保护在内部严重故障时的动作速度。
• 原理：差动速断保护是差动电流过电流瞬时速动保护。整定值可取正常运行时负荷电流的5～8倍。

3. 差动保护逻辑框图

6.3变压器的电流和电压保护

保护作用：

• 区外故障：过电流保护（时间配合按三段过流保护），远后备；
• 区内故障：近后备。

安装地点：

• 一般装于电源侧，动作于跳两侧断路器；
• 或按先后秩序跳闸，比如先切断负荷侧，再切断电源侧。

种类：

• 过电流保护（降压变压器）Idz1，灵敏度低；
• 带低电压起动的过电流保护Idz2；
• 复压过流：复合电压起动的过电流保护Idz3，灵敏度高；
• 负序过电流保护。

6.3.1变压器的过电流保护

1. 单相原理接线图

2. 整定计算原则

6.3.2低电压起的过电流保护

1. 单相原理接线图

2. 整定原则

6.5.3复合电压起动的过电流保护

1. 单相原理接线图

2. 定值确定

• 对于大型发电厂，使用单相式低电压起动过流：
• 与上面的保护比较，提高了灵敏度。

6.4瓦斯保护

一、原理

1. 适用：800kVA及以上油浸变压器，反映变压器油箱内部故障的主要保护
2. 原理：故障->气体发挥->流向油枕
3. 构成：瓦斯继电器

二、瓦斯继电器

1. 作用：反映于气体的继电器
2. 安装：位于油箱与油枕之间连接管的中部；连接管坡度（2～4%）：油箱->油枕气流顺利通过；顶盖与水平面坡度（1～1.5%）：防止气泡聚集在顶盖处
3. 结构：浮筒式（已淘汰），浮筒挡板式，常用开口杯挡板式
4. 瓦斯保护的工作原理

轻瓦斯接点动作值用气体容积来定，保护动作于告警；重瓦斯接点动作值用油流速度来定，保护动作于跳闸。

优点：结构简单，可反应油箱内的一切故障，尤其在反应线圈匝间短路时；灵敏度高，对能产生大量气体的内部故障动作迅速。

缺点：不能反应油箱外部套管及引出线上的故障。

瓦斯保护与差动保护共同作为变压器的主保护。