浅谈变压器保护
一、概述
电力变压器是电力系统中的重要电气设备。变压器之于变电站就好像心脏之于人体，是变电站中最昂贵的设备，变压器故障会对供电可靠性和系统的安全稳定运行带来严重的影响。因此应该根据变压器容量和重要程度装设性能良好、动作可靠的继电保护装置。
下面以35kv双卷变为例，探讨变压器保护。
二、变压器的故障和异常
变压器故障可以分为内部故障和外部故障
内部故障分为三种，如图：
第一种、变压器绕组相间短路；图中用d1表示
第二种、变压器绕组匝间短路；图中用d2表示
第三种、变压器绕组接地短路：图中用d3表示
外部故障分为两种，如图：
第一种、绝缘套管的相间短路与接地短路；图中用d1表示
第二种、引出线上发生的相间短路和接地；图中用d2表示
其次：变压器的异常：
第一、由于外部短路引起的过电流；
第二、负荷长时间超过额定容量引起的过负荷；
第三、油箱漏油造成的油面降低；
配电变压器保护配置设计 摘要:文章简要说明配电变压器各种保护配置类型,通过分析比较,提出加强配电变压器保护优化配置,合理选择保护方案,可以提高配电变压器保护动作可靠性。 关键词:配电变压器;熔断器;负荷开关;断路器 中图分类号:tm41文献标识码:a 文章编号:1009-0118(2012)09-0278-01 变压器是配电网的主要设备,应用面广量大,其安全运行直接影响整个系统的可靠性。目前,配电变压器保护配置方面还存在许多问题,其中配电变压器与保护不匹配或存在动作死区,造成越级跳闸、拒动导致的事故相当多,因此,加强配电变压器保护优化配置,合理选择保护方案,可以提高配电变压器保护动作可靠性,有效防止主线路出口断路器保护误动。 一、配电变压器采用熔断器作为保护 熔断器是配电变压器最常见的一种短路故障保护设备,它具有经济、操作方便、适应性强等特点,被广泛应用于配电变压器一次侧作为保护和进行变压器投切操作用。所以一般配电变压器容量在400kva以下时,采用熔断器保护,高压侧使用跌落式熔断器作为短路保护,低压侧使用熔断器作为过负荷保护。 使用跌落式熔断器确定容量时,既要考虑上限开断容量与安装地点的最大短路电流相匹配,又要考虑下限开断容量与安装地点的最
小短路电流的容量关系。目前,户外跌落式熔断器分为50a、100a、200a三种型号,200a跌落式熔断器的开断容量上限是200mva,下限是20mva,其选择是按照额定电压和额定电流两项参数进行,也就是熔断器的额定电压必须与被保护配电变压器额定电压相匹配,熔断器的额定电流应大于或等于熔体的额定电流,可选为额定负荷电流的1.5-2倍,此外,应按被保护系统三相短路容量,对所选定的熔断器进行效验,保证被保护设备三相短路容量小于熔断器额定开断容量上限,但必须大于额定开断容量的下限。笔者曾经参与过事故调查,发现部分配电变压器所配置熔断器的额定开断容量(一般指上限)过大,或者在线路末段t接的配电变压器,选定熔断器造未经过短路容量效验,造成被保护变压器三相短路熔断器熔断时难以灭弧,最终引起容管烧毁、爆炸,导致主线路跳闸事故。 二、配电变压器采用负荷开关加熔断器组合电器作为保护 负荷开关加熔断器组合电器可以开断至31.5ka的短路电流,其基本特征是依赖熔断器熔断触发撞针动作于负荷开关。配电变压器短路有单相、两相、三相短路,无论哪种故障,任意一相熔断后,撞针触发负荷开关的脱扣器,负荷开关三相联动,及时隔离故障点,防止缺相运行,顺序是先熔断熔丝,后断负荷开关。采用负荷开关加熔断器组合电器作为配电变压器保护,经济实用,既可以开断负荷电流,实现安全操作需要,还可以在10ms内开断短路电流,切除故障并限制短路电流,能够有效保护配电变压器短路故障。
第五章主变压器保护 第一节概述 电力变压器是一种静止的电气设备，是用来将某一数值的交流电压（电流）变成频率相同的另一种或几种数值不同的电压（电流）的设备。当一次绕组通以交流电时，就产生交变的磁通，交变的磁通通过铁芯导磁作用，就在二次绕组中感应出交流电动势。二次感应电动势的高低与一二次绕组匝数的多少有关，即电压大小与匝数成正比。主要作用是传输电能，因此，额定容量是它的主要参数。额定容量是一个表现功率的惯用值，它是表征传输电能的大小，以kVA或MVA表示，当对变压器施加额定电压时，根据它来确定在规定条件下不超过温升限值的额定电流。现在较为节能的电力变压器是非晶合金铁心配电变压器，其最大优点是，空载损耗值特低。最终能否确保空载损耗值，是整个设计过程中所要考虑的核心问题。当在产品结构布置时，除要考虑非晶合金铁心本身不受外力的作用外，同时在计算时还须精确合理选取非晶合金的特性参数。 电力变压器是电力系统中最关键的设备之一，它承担着电压变换，电能分配和传输，并提供电力服务。因此，必须根据变压器的容量和重要程度考虑装设性能良好，工作可靠的继电保护装置。 电力变压器是电力系统当中十分重要的供电元件，它的故障将对供电系统的可靠性和系统的正常运行带来严重的影响。同时大容量的电力变压器也是十分贵重的电力元器件，因此，必须根据变压器的容量和重要程度考虑其装设性能良好和工作可靠的继电保护装置布置。 变压器的内部故障可以分为油箱内和油箱外的故障两种。油箱内的故障，包括绕组的相间短路、接地短路、匝间短路以及铁心的烧损等，对变压器来讲这些故障是十分危险的，因为油箱内故障时产生的电弧，将引起绝缘质的剧烈气化，从而可引起爆炸，因此，这些故障应尽快加以切除。油箱外的故障，主要是套管和引出线上发生相间短路和接地短路。上述接地短路均系对中性点直接接地电力网的一侧而言。 变压器的不正常运行状态主要有：由于变压器外部相间短路引起的过电流和外部接地短路引起的过电流和中性点过电压；由于负荷超过额定容量引起的过负荷以及由于漏油等原因而引起的油面降低。 此外，对于大容量变压器，由于其额定工作时的磁通密度相当接近于铁心的饱和磁通密度，因此，在过电压和低频率等异常运行方式下，还会发生变压器的过励磁故障。电力变压器继电保护装置的配置原则一般为： 应装设反映内部短路和油面降低的瓦斯保护； 应装设反映变压器绕组和引出线的多相短路及绕组匝间短路的纵差联动保护和电流速断保护； 应装设作为变压器外部相间短路和内部短路的后备保护的过电流保护（者带有负荷电压启动的过电流保护或抚恤电流保护）；
WBH-801系列主变保护装置测试技能实训指导书 调试组: 调试人员: 调试日期: 国网技术学院 2012年4月
1试验过程中应注意的事项 1)断开直流电源后才允许插、拔插件，插、拔交流插件时应防止交流电流回路开路； 2)存放程序的EPROM芯片的窗口要用防紫外线的不干胶封死； 3)打印机及每块插件应保持清洁，注意防尘； 4)调试过程中发现有问题时，不要轻易更换芯片，应先查明原因，当证实确需更换芯片时， 则必须更换经筛选合格的芯片，芯片插入的方向应正确，并保证接触可靠； 5)试验人员接触、更换芯片时，应采用人体防静电接地措施，以确保不会因人体静电而损 坏芯片； 6)原则上在现场不能使用电烙铁，试验过程中如需使用电烙铁进行焊接时，应采用带接地 线的电烙铁或电烙铁断电后再焊接； 7)试验过程中，应注意不要将插件插错位置； 8)因检验需要临时短接或断开的端子，应逐个记录，并在试验结束后及时恢复； 9)使用交流电源的电子仪器(如示波器、毫秒计等)进行电路参数测量时，仪器外壳应与保 护屏(柜)在同一点接地； 2 安全措施 1）检查模拟断路器位置，确保一次设备停电（#1主变：5011、5012、201、301开关，#2主变：5022、5023、202、302开关）。 2）检查并记录主变保护屏所有压板位置后退出所有压板 3）检查并记录主变保护屏后三侧电压空开位置后断开。 4）检查并记录主变保护屏电压、电流端子连接片位置，断开电压回路、电流回路与外部回路 的连接： 电压回路：在端子排U1D处打开端子U1D1、U1D2、U1D3 、U1D5（分别是UHa、UHb、UHc 、UH0）；U2D1、U2D2、U2D3、U3D5（分别是UMa、UMb、Umc、 UL0）；U3D1、U3D2、U3D3、U3D5（分别是ULa、ULb、Ulc、UL0）. 注：电压空开后电压端子1U1D、1U2D、1U3D端子连片均应处于连接位置。 电流回路：在端子排1I1处打开端子1I1D1、1I1D2、1I1D3（分别是I1Ha、I1Hb、I1Hc）；1I1D9、1I1D10、1I1D11（分别是I2Ha、I2Hb、I2Hc）；1I2D1、1I2D2、1I2D3（分别是IMa、IMb、IMc）；1I3D1、1I3D2、1I3D3（分别是ILa、ILb、ILc）；1I3D9、1I3D10、1I3D11（分别是Ira、Irb、Irc）；1I4D1、1I4D2、1I4D3、1I4D9（分别是Iga、Igb、Igc、Igc0） 3通电前检查 1)退出保护所有压板，断开所有空气开关； 2)检查装置内、外部无积尘、无异物；清扫电路板的灰尘； 3)检查保护装置的硬件配置，各插件的位置、标注及接线应符合图纸要求；
主变压器差动保护动作的原因及处理 一、变压器差动保护范围： 变压器差动保护的保护范围，是变压器各侧的电流互感器之间的一次连接部分，主要反应以下故障： 1、变压器引出线及内部绕组线圈的相间短路。 2、变压器绕组严重的匝间短路故障。 3、大电流接地系统中，线圈及引出线的接地故障。 4、变压器ＣＴ故障。 二、差动保护动作跳闸原因： 1、主变压器及其套管引出线发生短路故障。 2、保护二次线发生故障。 3、电流互感器短路或开路。 4、主变压器内部故障。 5、保护装置误动 三、主变压器差动保护动作跳闸处理的原则有以下几点： 1、检查主变压器外部套管及引线有无故障痕迹和异常现象。 2、如经过第1项检查，未发现异常，但曾有直流不稳定接地隐患或带直流接地运行，则考虑是否有直流两点接地故障。如果有，则应及时消除短路点，然后对变压器重新送电。差动保护和瓦斯保护共同组成变压器的主保护。差动保护作为变压器内部以及套管引出线相间短路的保护以及中性点直接接地系统侧的单相接地短路保护，同时对变压器内部绕组的匝间短路也能反应。瓦斯保护能反应变压器内部的绕组相间短路、中性点直接地系统侧的单相接地短路、绕组匝间短路、铁芯或其它部件过热或漏油等各种故障。 差动保护对变压器内部铁芯过热或因绕组接触不良造成的过热无法反应，且当绕组匝间短路时短路匝数很少时，也可能反应不出。而瓦斯保护虽然能反应变压器油箱内部的各种故障，但对于套管引出线的故障无法反应，因此，通过瓦斯保护与差动保护共同组成变压器的主保护。 四、变压器差动保护动作检查项目： 1、记录保护动作情况、打印故障录波报告。 2、检查变压器套管有无损伤、有无闪络放电痕迹变压器本体有无因内部故障引起的其它异常现象。 3、差动保护范围内所有一次设备瓷质部分是否完好，有无闪络放电痕迹变压器及各侧刀闸、避雷器、瓷瓶有无接地短路现象，有无异物落在设备上。 4、差动电流互感器本身有无异常，瓷质部分是否完整，有无闪络放电痕迹，回路有无断线接地。 5、差动保护范围外有无短路故障（其它设备有无保护动作）差动保护二次回路有无接地、短路等现象，跳闸时是否有人在差动二次回路上工作。 五、动作现象及原因分析： 1、差动保护动作跳闸的同时,如果同时有瓦斯保护动作,即使只报轻瓦斯信号,变压器内部故障的可能性极大。 2、差动保护动作跳闸前如变压器套管、引线、CT有异常声响及其它故障现
变压器微机保护装置的设计原理 1、设计背景 键盘输入和液晶显示模块又称为人机接口模块，主要负责参数的输入和状态的显示，这里采用的是小键盘输入和LCD1602液晶模块。 电流检测模块采用的是Maxim公司生产的Max471芯片，电压检测模块采用AD736，温度监测模块选用Maxim公司的MAX6674。在电压、电流分别通过电压互感器和电流互感器后，再经过电流、电压监测模块，进行对数据的采集与转换；变压器的温度直接通过温度监测模块进行收集，接着把转换过的数据通入单片机中进行处理，最后报警并显示变压器当前的参数值并自动地控制、调整变压器的运行。 三、系统模块的设计 从总体上看，变压器智能保护系统可以分为以下模块：CPU模块、温度信号处理模块、电流信号监测处理模块、电压信号监测处理模块及<显示）输出模块、通信模块。下面我们就一一进行较为详细的阐述。 1、CPU模块 在本设计中采用的微处理器 【摘要】本文简单分析了变压器励磁涌流对差动保护的影响，介绍了微机型保护装置中利用二次谐波制动原理的变压器差动保护及其整定值的计算方法。 关键词：微机变压器差动保护 变压器在电力系统中得到极其广泛的应用，占着非常重要的地位。因此，提高变压器运行可靠性，对于保证电力系统的安全具有十分重要的意义。现代生产的变压器，在设计和材料方面都有很大的提高，结构和性能上比较可靠，发生故障的机率较小。但由于电力系统的复杂性，情况千变万化，仍有发生故障和出现异常运行的可能。为了确保安全供电，并在事故时尽量减少停电范围，必需根椐变压器的容量和重要程度，装设性能可靠、动作迅速的继电保护装置。 变压器差动保护可以防御变压器绕组和引出线的相间及对地短路故障，是大型变压器最重要、最有效的保护之一。 一、变压器差动保护的特殊问题—励磁涌流 变压器的差动保护与输电线路的纵联差动保护相比，在原理上是一样的。它们之间的区别是，变压器各侧电流大小、相位都不尽相同，而且各侧是通过电磁联系的，在实现差动保护时将产生较大的不平衡电流，使差动保护处于更不利的工作条件下。其中最为突出的是变压器励磁涌流的影响。 我们知道，在稳态工作情况下，铁芯中的磁通滞后于外加电压90°，如图1（a）所示。当变压器空载合闸时正好在电压瞬时值u=0的瞬间，则 铁芯中的磁通应为－Φm，但由于铁芯中的磁通不能突变，因此将产生一个非周期分量的磁通，其幅值为Φm，这样在经过半个周期以后，铁芯中的总磁通就将达到2Φm，如图1（b）所示。此时变压器的铁芯将高度饱和，励磁电流剧烈增大，如图1（c）所示。该电流就称为变压器的励磁涌流，其数值最大可达到变压器额定电流的6~8倍，同时包含大量的非周期分量和高次谐波分量，如图1（d）所示。经过变换的励磁涌流流入差动继电器，就可能造成保护装置误动作。励磁涌流的起始部分衰减很快，一般经0.5~1秒后，其值不超过额定电流的0.25~0.5倍。变压器励磁涌流的大小和衰减时间与外加电压的相位、铁芯中剩余磁通的大小和方向、电源的大小、回路的阻抗、变压器容量的大小和铁芯材料的性质等有关。例如，当合闸时正好电压瞬时值为最大值，就不会出现励磁涌流。对于三相电力变压器，在任何瞬间合闸，至少有两相中要出现程度不同的励磁涌流。 图1 变压器励磁涌流的变化曲线 变压器主保护 1.变压器的基本结构及联结组别 1.1：电力变压器的基本结构 电力变压器主要是由铁芯及绕在铁芯上的两个或两个以上的绝缘绕组构成。为增强各绕组之间的绝缘及铁芯，绕组散热的需要，将铁芯置于装有变压器油的油箱中。然后，通过绝缘套管将变压器各绕组引到变压器壳体之外。 大型电力变压器均为三相三铁芯柱式变压器或者由三个单相变压器组成的三相组式变压器。 1.2：变压器的联结组别 将变压器同侧的三个绕组按一定的方式连接起来，组成某一联结组别的三相变压器。双绕组变压器的主要联结组别有：YNy,YNd,Dd及Dd-d。分析表明，联结组别为Yy的变压器，运行时某侧电压波形要发生畸变，从而使变压器的损耗增加，进而使变压器过热。因此，为避免油箱壁局部过热，超高压大容量的变压器均采用YNd的联结组别。 YNd联结组别的变压器中YN连接的绕组为高压侧绕组，而呈d连接的绕组为低压侧绕组，前者接大电流接地系统（中性点直接接地系统），后者接小电流接地系统（中性点不接地或经消弧线圈接地的系统）。 在实际运行的变压器中，最多的即为YNd11联结组别的，以其为例，介绍一下联结组别的含义： Y代表变压器高压绕组接成Y形，N代表中性点接地，D 代表低压绕组接成d， 11代表低压侧的线电压或线电流分别滞后高压侧对应线330（即三角形侧超前星型侧30度），相当于时钟的11点，故又电压或线电流 叫11点接线方式。 2.变压器的主保护：变压器的主保护主要由瓦斯保护和差动保护构成。 2.1瓦斯保护 2.1.1瓦斯保护定义 瓦斯保护：瓦斯保护是变压器油箱内绕组短路故障及异常的主要保护。其原理是：变压器内部故障时，在故障点产生有电弧的短路电流，造成油箱内局部 电力变压器的保护配置 随着企业的快速发展，供电可靠性的要求不断提高，变压器的安全运行更是必不可少的条件。而合理可靠的保护配置是变压器安全运行的必备条件。现代生产的变压器，虽然在设计和材料方面有所改进，结构上比较可靠，相对于输电线路和发电机来说，变压器故障机会也比较少，但在实际运行中，仍有可能发生备种类型的故障和异常运行情况，这会对供电可靠性和系统的正常运行带来严重影响。为了满足电力系统稳定方面的要求，当变压器发生故障时，要求保护装置快速切除故障。 第一章电力变压器的故障及不正常工作状态 （一）变压器的故障 变压器的故障可以分为油箱外和油箱内两种故障。油箱外的故障，主要是套管和引出线上发生的相间短路和接地短路。油箱内的故障包括绕组的相间短路、接地短路、匝间短路以及铁芯的烧损等。油箱内故障时产生的电弧，不仅会损坏绕组的绝缘、烧毁铁芯，而且由于绝缘材料和变压器油因受热分解而产生大量气体，有可能引起变压器油箱的爆炸。因此，当变压器发生各种故障时，保护装置应能尽快的将变压器切除。实践表明，变压器套管和引出线上的相间短路、接地短路、绕组的匝间短路是比较常见的故障形式，而变压器油箱内发生相间短路的情况比较少。 （二）变压器的不正常运行状态 变压器的不正常运行状态主要有变压器外部短路和过负荷引起的过电流；中性点直接接地电力网中，外部接地短路引起的过电流及中性点过电压；风扇故障或漏油等原因引起冷却能力的下降等。这些不正常运行状态会使绕组和铁芯过热。大容量变压器在过电压或低频率等异常运行工况下会使变压器过励磁，引起铁芯和其他金属构件过热。变压器处于不正常运行状态时，继电保护应根据其严重程度，发出告警信号，使运行人员及时发现并采取相应的措施，以确保变压器 配电变压器的熔断器保护 摘要：分析了限流熔断器和负荷开关—熔断器组合电器在环网供电单元和预装式变电站中的应用形式与特点，介绍了熔断器选择的基本原则。1 前言配电变压器的过流保护有两种途径：一种是利用断路器；另一种是利用熔断器。用熔断器保护配电变压器不仅结构简单、成本低，而且比断路器保护更有效。短路试验结果表明，当变压器内部发生故障时，为避免油箱爆炸，必须在20ms内切除短路故障[1]。限流熔断器可在10ms内切除短路故障，而断路器一般需要三周波（60ms）切除短路故障。断路器全开断时间由三部分组成：继电保护动作时间、断路器固有动作时间和燃弧时间。欧洲一些电力公司的实践说明了这一点。德国R WE电力公司在配电网中使用的41000台变压器，均采用高压熔断器保护，1987年其变压器发生故障87起，仅出现一次箱体炸开。法国电力公司曾于1960年～1970年做了取消熔断器保护的尝试，使用的7500台变压器在10年中发生500起故障，其中有50起箱体炸开。在1991年国际配电网会议（CIRED）上，比利时也提供了有力证据。比利时对，万台变压器观察10年以上，其中97%的变压器通过熔断器保护，3%的变压器通过断路器保护，在整个期间，没有出现一次箱体炸裂。近年来，熔断器保护在一些新型变配电设备中得到广泛应用。2 配电变压器熔断器保护的形式长期以来，在我国的配电网中，小容量配电变压器（一般在630kVA以下）大都采用熔断器保护。户外315kVA及以下配电变压器采用跌落式熔断器（RW系列）；户内630kvA用以下配电变压器采用RN系列限流熔断器。近年来，环网供电单元和预装式变电站（组合式变压器）在我国的配电网中应用日益增多。这两种类型的变配电设备大都采用限流熔断器来保护配电变压器。2.1 环网供电单元环网供电单元常用于环网供电系统，它一般至少由三个间隔组成，即两个环缆进出间隔和一个变压器回路间隔，其主接线如图1所示。它有两个环缆进出间隔（负荷开关柜），一个变压器回路间隔（负荷开关—熔断器组合电器柜）。环缆进出间隔采用电缆进线，是受电柜。它安装有三工位（合—分—接地）负荷开关，一旦供电线路出现故障时，进出环网间隔可及时切除故障线路，并迅速接通另一正常线路，恢复系统供电。变压器回路间隔对所接变压器起控制和保护作用。利用负荷开关一熔断器组合电器保护变压器可以限制短路电流，并快速切除变压器内部短路故障，使变压器得到更为经济有效的保护。 变压器差动保护的基本原理及逻辑图 1、变压器差动保护的工作原理 与线路纵差保护的原理相同，都是比较被保护设备各侧电流的相位和数值的大小。 2、变压器差动保护与线路差动保护的区别： 由于变压器高压侧和低压侧的额定电流不相等再加上变压器各侧电流的相位往往不相同。因此，为了保证纵差动保护的正确工作，须适当选择各侧电流互感器的变比，及各侧电流相位的补偿使得正常运行和区外短路故障时，两侧二次电流相等。例如图8-5所示的双绕组变压器 8.3.2变压器纵差动保护的特点 1 、励磁涌流的特点及克服励磁涌流的方法 （1）励磁涌流： 在空载投入变压器或外部故障切除后恢复供电等情况下在空载投入变压器或外部故障切除后恢复供电等情况下，变压器励磁电流的数值可达变压器额定6～8倍变压器励磁电流通常称为励磁涌流。 （2）产生励磁涌流的原因 因为在稳态的情况下铁心中的磁通应滞后于外加电压90°，在电压瞬时值u=0瞬间合闸，铁芯中的磁通应为-Φm。但由于铁心中的磁通不能突变，因此将出现一个非周期分量的磁通+Φm，如果考虑剩磁Φr，这样经过半过周期后铁心中的磁通将达到2Φm+Φr，其幅值为如图8-6所示。此时变压器铁芯将严重饱和，通过图8-7可知此时变压器的励磁电流的数值将变得很大，达到额定电流的6～8倍，形成励磁涌流。 （3）励磁涌流的特点： ①励磁电流数值很大，并含有明显的非周期分量，使励磁电流波形明显偏于时间轴的一侧。 ②励磁涌流中含有明显的高次谐波，其中励磁涌流以2次谐波为主。 ③励磁涌流的波形出现间断角。 表8-1 励磁涌流实验数据举例 （4）克服励磁涌流对变压器纵差保护影响的措施： ①采用带有速饱和变流器的差动继电器构成差动保护； ②利用二次谐波制动原理构成的差动保护； ③利用间断角原理构成的变压器差动保护； ④采用模糊识别闭锁原理构成的变压器差动保护。 2、不平衡电流产生的原因 （1）稳态情况下的不平衡电流 ①变压器两侧电流相位不同 电力系统中变压器常采用Y，d11接线方式，因此，变压器两侧电流的相位差为30°，如下图所示，Y侧电流滞后△侧电流30°，若两侧的电流互感器采用相同的接线方式，则两侧对应相的二次电流也相差30°左右，从而产生很大的不平衡电流。 ②电流互感器计算变比与实际变比不同 由于变比的标准化使得其实际变比与计算变比不一致，从而产生不平衡电流。 主变压器保护配置 1、主变差动保护 （1） 采用了二次谐波制动的比率差动保护，变压器正常运行时励磁电流不超过额定电流的2—10%，外部短路时更小。但变压器空载合闸或断开外部故障后，系统电压恢复时出现的励磁电流，大小可达额定电流的6—8倍，称励磁涌流。励磁涌流只流经变压器的电源侧，因而流入差动回路成为不平衡电流，励磁涌流高次谐波分量中以二次谐波分量最显著，根据这一特点采用励磁涌流中二次谐波分量进行制动，以防止保护误动作。（2）作为主变绕组内部、出线套管及引出线短路故障的主保护，其保护范围为发电机出口至主变高压侧及高厂变高压侧各CT 安装处范围内。（3）主变差动出口逻辑： （4）差动保护瞬时动作全停，启动快切、启动失灵。 （5）TA 断线闭锁功能，当差电流大于一定值时（一倍额定电流）TA 断线闭锁功能自动退出，开放保护动作出口。TA 断线0.5S 发信号。 2、发变组差动保护 与主变差动保护构成原理相同，但其保护范围是发变组及其引出线范围内的短路故障，即发电机中性点及主变高压侧，高厂变高压侧各CT 安装处范围以内的短路故障。发变组差动保护瞬时动作于发-变组全停，启动快切、启动失灵。 3、阻抗保护 （1）作为发变组相间短路的后备保护，同时作为220KV 系统发变组相邻元件如线路故障后备保护。 （2）作为近后备保护，按与相邻线路距离相配合的条件进行整定，正向阻抗Z dz 1：按与之配合的高压侧引出线路距离保护Ⅰ段配合，反向阻抗Z dz 2：按正向阻抗 的10%整定。 （3）时限t 1与线路距离Ⅲ段相配合，时限45.05.31′′=′′+′′=t 发信号，该时限较 长，能可靠躲过振荡。时限t 2与t 1配合5.45.042′′=′′+′′=t 解列灭磁、启动快切、 启动失灵。 （4）该保护测量元件是主变220KV 侧CT 及220KV 母线PT 。即阻抗保护装于 浅析10kV配电变压器保护配置及应用摘要：10kv配电变压器是发电厂电能和用户用电之间的一个非常重要的降压设备，它的运行质量直接影响着整个电网的运行效率及可靠性，所以保证10kv电网配电变压器的正常高效运行是我们一直追求的目标。本文将对10kv电网配电变压器保护配置的选择及其合理性的应用做一些分析讨论。 关键词：10kv电网配电变压器；保护配置选择；断路器 abstract: 10 kv power distribution transformer is electric energy and power users electricity of a very important between the antihypertensive equipment, its operation quality directly influences the whole operation efficiency and reliability of power network, so that 10 kv power grid of distribution transformer normal efficient operation is always our pursuit of the goal. this paper will be to 10 kv power distribution transformer protection selection and configuration of the reasonable application do some analysis discussed. keywords: 10 kv power grid power distribution transformer；protection configuration choice; circuit breaker 中图分类号：tm6文献标识码：a 文章编号： 1.引言 在我国，从电厂发电机出来的电压经过变压之后成为几类标准 变压器差动保护 一：这里讲的是差动保护的一种，即变压器比例制动式完全纵差保护（以下简称差动）； 二：差动保护的定义 由于在各种参考书中没有找到差动保护的具体定义，这里只根据自己所掌握的知识给差动保护下一个定义：当区内发生某些短路性故障的时候，在变压器各侧电流互感器CT的二次回路中将产生大小相同，相位不同的短路电流，当这些短路电流的向量和即差流达到一定值时，跳开变压器各侧断路器的保护，就是变压器差动保护 三：下面我以两圈变变压器为例，针对以上所述变压器差动保护的定义，对差动保护进行阐述： 1、图一所示：为一两圈变变压器，降压变，具体参数如下：主变高压侧电压U高=110KV,主变低压侧电压U低=10KV,变压器容量Sn=240000KV A, 高压侧CT变比1000/5,低压侧的CT变比是1500/5.计算平衡系数。 I1’：流过变压器高压侧的一次电流； I”：流过变压器低压侧的一次电流； I2’：流过变压器高压侧所装设电流互感器即CT1的二次电流； I2”：流过变压器低压侧所装设电流互感器即CT1的二次电流； nh：高压侧电流互感器CT1变比； nl：低压侧电流互感器CT2变比； nB：变压器的变比； 各参数之间的关系：I1’/ I2’= nh I”/ I2”= nl I2’= I2”I1’/ I”= nh/ nl=1/ nB 2、区内：CT1到CT2的范围之内； 3、反映故障类型：高压侧内部相间短路故障，高压侧（中性点直接接地） 单相接地故障以及匝间、层间短路故障； 四：差动的特性 1、比率制动：如图二所示，为差动保护比率特性的曲线图： 下面我们就以上图讲一下差动保护的比率特性： o：图二的坐标原点； f：差动保护的最小制动电流； d：差动保护的最小动作电流； p：比率制动斜线上的任一点； e：p点的纵坐标； b：p点的横坐标； 动作区：在of范围内，由于电流小于最小制动电流，因此在此范围内，只要电流大于最小动作电流Iopo，差动保护动作；当电流大于f点时， 由于电流大于最小制动电流，此时保护开始进行比率制动运算，曲 线抬高，此时只有当电流在比率制动曲线以上时保护动作；因此， 图中阴影部分，即差动保护的动作区； 制动区：当电流在落在曲线以下而大于最小动作电流的时候，由于受比率制动系数的制约，保护部动作，这个区域就是差动保护的制动区； 比率制动系数K：实际上比率制动系数，就是图二中斜线的斜率，因此我们 35kV变电站主变主保护动作及故障原因分析和解决对策李煜舟 发表时间：2019-07-22T14:47:41.143Z 来源：《基层建设》2019年第12期作者：李煜舟王俊慧 [导读] 摘要：35 kV变电站作为电力供电系统中的主要组成部分，它负责转换电能和重新分配电能任务，变电站的主变压器是主要设备之一，运作主变压器会关系到电网整体运行的安全性，其影响着电网运行的安全性和经济性。 丽水华阳电力有限公司浙江丽水 323400 摘要：35 kV变电站作为电力供电系统中的主要组成部分，它负责转换电能和重新分配电能任务，变电站的主变压器是主要设备之一，运作主变压器会关系到电网整体运行的安全性，其影响着电网运行的安全性和经济性。本文分析了雷击引起的变压器主保护动作以及变压器内部绕组故障等故障因素，并提出了相应的对策进行解决。 关键词：主变保护动作；接地电流；小型接地电流系统；单相接地故障 引言：大部分偏远山区的电力供电系统存在一系列突出问题，如较长的供电线路、较低的安全水平、高雷区部分穿越等。针对这样的情况，外部雷击导致主变压器的主要保护动作偶尔发生，接地电流穿透变压器内部的高压侧绕组绝缘层并导致绕组匝间短路，从而出现永久性的故障，导致整个地区的电源故障跳闸和停电，这给电力生产带来了极其严重的安全负面影响。为了将供电系统的可靠性和安全性进一步提高，对故障原因以及存在的问题进行积极分析，并在此基础上对解决方案和对策进行探讨，对供电安全和整个电网安全都有重要的价值和意义。 1 主变压器发生故障情况 1.1故障概况 某地35kV变电站遭遇强烈雷击，在14：50左右2＃主变压器（3150kV A，35kV / 10kV）机体和开关重气动作、变压器差动保护动作造成两侧主变压器开关跳闸，导致整个变电站失压。主变压器保护测控装置表明主变压器差动电流0.58A（设定起始值0.5A），变压器体和开关重气保护启动，2＃主变油温报警，启动减压阀，瓦斯轻没发生警报；操作人员还反映了变压器在保护跳闸前运行的明显异响。 1.2现场检查情况 检查2＃主变压器外观无异常，高低压侧开关与避雷器完好无损，变电站内部避雷针的接地电阻为0.9欧姆；测试变压器绕组的直流电阻，有258-260毫欧低压侧相绕组，高压侧绕组的AB和BC都表明大于2千欧，超出范围，交流绕组电阻4.05欧姆；没有进行油色谱分析测试。最先判断变压器的高压侧B相绕组存在故障，两天后，利用吊罩检查了变压器。结果发现，变压器高压侧的B相绕组分别在上部导电杆连接与分接开关两处凸出，变压器绕组燃烧后有很明显的铜渣。 2分析故障原因 基于上述事故现象、变压器的吊罩检查以及保护数据，变压器高压部分B相绕组的初步分析是由于外线遇到强雷击，不仅避雷器放电，其还出现单相接地故障，变压器有接地电流侵入并产生电弧，电压会破坏高压侧B相绕组的绝缘，并导致绕组匝间短路，从而绕组烧毁。在这里，通过简单分析，接地电流在什么条件下会侵入变压器内部，并使变压器的主要保护动作均匀地烧毁内部绕组： （1）系统应该是一个小型的接地电流系统。如果此时雷击继续击中架空线的任何相位，通过避雷器放点变成单相接地故障，并且开关装置的保护将不起作用。由于在小型接地电流网格中发生单相接地是较小的接地电流，因此允许系统在少量接地的情况下继续运行一小段时间。雷电如果同时撞击外线的两相或三相，线路开关柜的过流保护将起到切断入侵接地电流路径的作用。 下图为接地故障的原理图 （2）外部架空线路应靠近避雷器安装位置遭到的雷击。线路的任何相位都被雷击，然后由避雷器放电，变成单相接地故障。不动作的开关设备保护接地电流沿着低压侧母线入侵变压器，形成单相接地故障回路。由于变压器的中性点未接地，因此接地电流会在变压器内发生电弧过电压。这种电弧过电会造成两种危害：一是引起变压器中相间短路故障，变压器产生主要保护动作；另一种是故障相绕组绝缘突破，然后发展成变压器的绕组匝间短路永久故障。这两种危险对变压器绕组绝缘都具极大破坏性，对安全运行变压器有严重的威胁。（3）线路避雷器的放电时间相较于变压器保护动作长是最关键的条件。 即使外部电路受到雷击，避雷器也会立即完成放电过程，并且放电速度会超过任何保护速度。因此，正常情况下的雷击不会出现接地故障，当避雷器有着较差的放电性能，接地网在不利条件下接地，避雷器不能立即完成放电，连续放电过程易于出现单相接地故障。 在上述条件得到满足之后，变压器可视为具有接地故障点的小型接地电流系统。在雷击中外部线路之后，接地电流入侵变压器，出现单相接地故障。接地电流过大会导致变压器产生电弧过电压，并导致相间短路故障，从而启动变压器主保护。 如果接地电流入侵变压器的内部电弧，则电弧过电压将继续损坏故障相绕组绝缘，这将导致击穿绕组绝缘并出现绕组匝间永久故障，接地电流的大小能决定电弧过电压的大小。 35kV变电站雷击后，2＃变压器的出现主要保护动作，并导致内部高压方B相绕组击穿，出现匝间短路和烧毁绕组，表明应该是外部传输线的B相被雷击，并入侵变压器的内部。 3 解决对策 为了将在恶劣气象条件下系统运行的可靠性提高。当线路被雷击中，避雷器要可靠放电，防止雷电波入侵通道，这是消除上述故障的有效的解决方案和对策；如果避雷器不良放电形成单相接地故障，怎样能最小化乃至消除接地电流。以下几个因素会影响代接地点电流：（1）越近的雷击点距离，就会有越大的接地电流；（2）接地电阻，越小的系统接地电阻，越短的雷击时间，就会有越小的接地电流，容易入侵变压器。（3）由于地理条件，电源线不可避免地会穿过雷区。在电源线中遇到雷击是一种自然现象，雷击点不能改变，改善接地电阻应考虑地理、地形以及土壤等因素限制，因此最小化甚至消除地电流的对策是有限的，效果可能不好。 综上所述，解决问题的对策是：（1）根据周期更换35kV变电站的10kV输出杆避雷器，雷暴期间避雷器的在线监测要加强，放电性能 变压器都有哪些保护方式?它们具体是怎么保护的? 一、变压器纵差保护 变压器的纵差保护是反应相间短路、高压侧单相接地短路以及匝间短路的主保护，其保护范围包括变压器套管及引出线。 变压器在空载合闸时的过励磁电流，其值可为In的数倍到10倍以上，这样大的励磁电流通 常称为励磁涌流。 二、气体保护 为防止变压器内部单相绕组的匝间短路，通常在容量大于800KVA的变压器上装设有气体保 护。 不论是哪一种型式的气体继电器都有两对触点： 轻瓦斯保护：当变压器内发生轻微故障时，产生的气体较少且速度缓慢，气体上升后逐渐积聚在继电器的上部，使气体继电器内的油面下降，使得其中一个触点闭合而作用于信号。 轻瓦斯保护动作值采用气体容积大小表示：250－300cm3 重瓦斯保护：当变压器内发生严重故障时，强烈的电弧将产生大量的气体，油箱压力迅速升高，迫使变压器油沿着油箱冲向油枕，在油流的激烈冲击下，使另一触点接闭而动作于跳闸。 重瓦斯保护动作值采用油流速度大小表示：0.6－1.5m/s 三、变压器的相间短路后备保护 主要有过电流保护和低阻抗保护。 四、变压器的过负荷保护 变压器的过负荷大多数情况下都是三相对称的，因此，过负荷保护只要接入一相，用一个电流继电器即可实现。过负荷保护通常延时动作于信号 对于双绕组升压变压器，装于发电机电压一侧；对于三绕组升压变压器，当一侧无电源时，装在发电机电压侧和无电源一侧，当三侧都有电源时，装在所有三侧。 五、变压器的单相接地保护 1．中性点直接接地的普通变压器接地后备保护 2．中性点可能接地或不接地运行的变压器接地后备保护 1）中性点全绝缘变压器 2）分级绝缘且中性点装放电间隙的变压器 3．自耦变压器的接地后备保护 1）高、中压侧的方向零序电流保护整定计算 2）自耦变压器中性点零序过电流保护整定 六、变压器温度保护 主变差动保护 一、主变差动保护简介 主变差动保护作为变压器的主保护，能反映变压器内部相间短路故障、高压侧单相接地短路及匝间层间短路故障 ，差动保护是输入的两端CT 电流矢量差，当两端CT 电流矢量差达到设定的动作值时启动动作元件。 差动保护是保护两端电流互感器之间的故障（即保护范围在输入的两端CT 之间的设备上），正常情况流进的电流和流出的电流在保护内大小相等，方向相反，相位相同，两者刚好抵消，差动电流等于零；故障时两端电流向故障点流，在保护内电流叠加，差动电流大于零。驱动保护出口继电器动作，跳开两侧的断路器，使故障设备断开电源。 二、纵联差动保护原理 (一)、纵联差动保护的构成 纵联差动保护是按比较被保护元件（1号主变）始端和末端电流的大小和相位的原理而工作的。为了实现这种比较，在被保护元件的两侧各设置一组电流互感器TA1、TA2，其二次侧按环流法接线，即若两端的电流互感器的正极性端子均置于靠近母线一侧，则将他们二次的同极性端子相连，再将差动继电器的线圈并入，构成差动保护。其中差动继电器线圈回路称为差动回路，而两侧的回路称为差动保护的两个臂。 (二)、纵联差动保护的工作原理 根据基尔霍夫第一定律，0 =∑ ? I ；式中∑? I 表示变压器各侧电流的向量和，其物理意义是：变 压器正常运行或外部故障时，若忽略励磁电流损耗及其他损耗，则流入变压器的电流等于流出变压器的电流。因此，纵差保护不应动作。 当变压器内部故障时，若忽略负荷电流不计，则只有流进变压器的电流而没有流出变压器的电流，其纵差保护动作，切除变压器。见变压器纵差保护原理接线。 （1）正常运行和区外故障时，被保护元件两端的电流和的方向如图1.5.5（a）所示，则流入继电器的电流为 继电器不动作。 （2）区内故障时，被保护元件两端的电流和的方向如图1.5.5（b）所示，则流入继电器的电流为 此时为两侧电源提供的短路电流之和，电流很大，故继电器动作，跳开两侧的断路器。 由上分析可知，纵联差动保护的范围就是两侧电流互感器所包围的全部区域，即被保护元件的全部，而在保护范围外故障时，保护不动作。因此，纵联差动保护不需要与相邻元件的保护在动作时间和动作值上进行配合，是全线快速保护，且具有不反应过负荷与系统震荡及灵敏度高等优点。 三、微机变压器纵差保护的主要元件介绍 主要元件有：1）比率差动保护元件，2）励磁涌流闭锁元件，3）TA饱和闭锁元件，4）TA断线闭锁（告警）元件，5）差动速断元件，6）过励磁闭锁元件 下面对各个元件的功能和原理作个简要的介绍： 变压器差动保护的基本原理 1、变压器差动保护的工作原理 与线路纵差保护的原理相同，都是比较被保护设备各侧电流的相位和数值的大小。 2、变压器差动保护与线路差动保护的区别： 由于变压器高压侧和低压侧的额定电流不相等再加上变压器各侧电流的相位往往不相同。因此，为了保证纵差动保护的正确工作，须适当选择各侧电流互感器的变比，及各侧电流相位的补偿使得正常运行和区外短路故障时，两侧二次电流相等。 变压器纵差动保护的特点 1 、励磁涌流的特点及克服励磁涌流的方法 1）励磁涌流 在空载投入变压器或外部故障切除后恢复供电等情况下在空载投入变压器或外部故障切除后恢复供电等情况下，变压器励磁电流的数值可达变压器额定6～8倍变压器励磁电流通常称为励磁涌流。 2）产生励磁涌流的原因 因为在稳态的情况下铁心中的磁通应滞后于外加电压90°，在电压瞬时值u=0瞬间合闸，铁芯中的磁通应为-Φm。但由于铁心中的磁通不能突变，因此将出现一个非周期分量的磁通+Φm，如果考虑剩磁Φr，这样经过半过周期后铁心中的磁通将达到2Φm+Φr，其幅值为如图8-6所示。此时变压器铁芯将严重饱和，通过图8-7可知此时变压器的励磁电流的数值将变得很大，达到额定电流的6～8倍，形成励磁涌流。 - 3）励磁涌流的特点： ①励磁电流数值很大，并含有明显的非周期分量，使励磁电流波形明显偏于时间轴的一侧。 ②励磁涌流中含有明显的高次谐波，其中励磁涌流以2次谐波为主。 ③励磁涌流的波形出现间断角。 4）克服励磁涌流对变压器纵差保护影响的措施： ①采用带有速饱和变流器的差动继电器构成差动保护； ②利用二次谐波制动原理构成的差动保护； ③利用间断角原理构成的变压器差动保护； ④采用模糊识别闭锁原理构成的变压器差动保护。 2、不平衡电流产生的原因 （1）稳态情况下的不平衡电流 ①变压器两侧电流相位不同 电力系统中变压器常采用Y，d11接线方式，因此，变压器两侧电流的相位差为30°，如下图所示，Y侧电流滞后△侧电流30°，若两侧的电流互感器采用相同的接线方式，则两侧对应相的二次电流也相差30°左右，从而产生很大的不平衡电流。主变差动保护
变压器主保护
变压器的保护配置
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主变压器保护配置
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