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第十一章变压器保护第一节概述变压器是电力系统重要的主设备之一。
在发电厂通过升压变压器将发电机电压升高，而由输电线路将发电机发出的电能送至电力系统中；在变电站通过降压变压器再将电能送至配电网络，然后分配给各用户。
在发电厂或变电站，通过变压器将两个不同电压等级的系统联起来，该变压器称作联络变压器。
一变压器的基本结构及接线组别电力变压器主要由铁芯及绕在铁芯上的两个或三个绝缘绕组构成。
为增强各绕组之间的绝缘及铁芯、绕组散热的需要，将铁芯及绕组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。
另外，为提高变压器的传输容量，在变压器上加装有专用的散热装置，作为变压器的冷却之用。
大型电力变压器均为三相三铁芯柱式变压器或由三个单相变压器组成的三相组式变压器。
将变压器同侧的三个绕组按一定的方式连接起来，组成某一接线组别的三相变压器。
双卷电力变压器的接线组别主要有：Y N，y、Y N,d、D，d、及D，d－d。
理论分析表明，接线组别为Y，y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，三相铁芯变压器按Y，y联接的方式，只适用于容量为1800KVA以下的小容量变压器。
而超高压大容量的变压器均采用Y N,d的接线组别。
在超高压电力系统中，Y N,d接线的变压器，呈Y N形联接的绕组为高压侧绕组，而呈d 形联接的绕组为低压侧绕组，前者接大电流系统（中性点接地系统），后者接小电流系统（中性点不接地系统）。
在实际运行的变压器中，在Y N,d接线的变压器的接线组别中，以Y N,d11为最多，Y N,d1及Y N,d5的也有。
Y N,d11接线组别的含意是：（a）变压器高压绕组接成Y型，且中性点接地，而低压侧绕组接成d；（b）低压侧的线电压（相间电压）或线电流分别滞后高压侧对应相线电压或线电流3300。
3300相当于时钟的11点钟，故又称11点接线方式。
变压器保护讲义基本内容：一、电力变压器运行状态及保护配置二、变压器瓦斯保护三、变压器的温度保护四、变压器的纵差保护五、变压器的电流电压保护六、变压器保护小结七、反时限电流保护八、公司微机变压器保护的功能一、电力变压器运行状态及保护配置电力变压器是电力系统中大量使用的重要电气设备，它的安全运行是电力系统可靠工作的必要条件。
虽然它无旋转部件，结构简单，运行可靠性高，但在实际运行中仍然会发生故障和不正常工作状态。
（一）变压器故障及异常运行状态1.故障：分为油箱内部和油箱外部两种故障。
油箱内部故障：主要有相间短路、单相匝间短路、单相接地故障等。
危害：（1）会烧毁变压器；（2）由于绝缘物和油在电弧作用下急剧气化，容易导致变压器油箱爆炸。
油箱外部故障：主要是绝缘套管和引出线上的相间短路及单相接地故障。
危害：可能引起变压器绝缘套管爆炸，从而破坏电力系统正常运行。
2.异常运行状态：（1）漏油造成的油位下降；（2）由于外部短路引起的过电流或长时间过负荷、过电压等，使变压器绕组过热，绕组绝缘加速老化，甚至引起内部故障，缩短变压器的使用寿命。
（二）变压器保护配置DL400-1991《继电保护和安全自动装置技术规程》规定[4]，变压器应装设如下保护：为反应油箱内部各种短路故障和油面降低，对于0.8MVA及以上的油浸式变压器和户内0.4MVA以上变压器应装设气体保护。
为反应变压器绕组和引出线的相间短路，以及中性点直接接地电网侧绕组和引出线的接地短路及绕组匝间短路，应装设纵差保护或电流速断保护。
对于6.3MVA及以上并列运行变压器和10MVA及以上单独运行变压器，以及6.3MVA及以上的厂用变压器，应装设纵差保护；对于10MVA以下变压器且过电流时限大于0.5s时，应装设电流速断保护；对于2MVA以上变压器，当电流速断保护的灵敏系数不满足要求时，则宜于装设纵差动保护。
为反应外部相间短路引起的过电流和作为气体、纵差保护（或电流速断保护）的后备保护，应装设过流保护。
500KV 主变保护配置及工作原理编写：肖增健审核：审定：2012年02月目录第一章前言 (3)第二章变压器配置的保护装置及相关参数 (3)第一节变压器配置的保护装置 (3)第二节相关参数 (3)第三章主变保护功能及原理 (4)第一节保护功能 (4)第二节保护基本原理 (6)第一章前言本厂主变共3台， #1、2主变为共用出口断路器联络单元接线、#3主变为独立接线运行方式，所配置的保护相同，本培训为熟悉本厂主变基本配置的保护，所配置的保护基本原理，掌握相关保护设备的主要参数，及所有的出口情况，在检修过程中，知道应做好的相关安全措施，防止误动其他设备。
熟悉个保护装置的运行情况，掌握检修的调试方法。
第二章变压器配置的保护装置及相关参数【本讲重点】1、变压器的保护配置；2、保护装置的基本参数；第一节变压器配置的保护装置变压器保护系统介绍白市电厂有3台发电机（单机容量140MW），3台主变（额定容量160MVA，），2条500KV的出线（白艳线，白三线）。
在主接线中，采用#1、#2机组扩大联络单元接线，#3机组单元接线方式。
保护配置原则是双重化保护，分A、B套以及分相操作箱柜，保护装置型号为：WFB－802A数字式变压器保护装置、WFB-804A（非电量）型数字式主变压器保护、ZFZ-812/A操作箱。
两套保护各自独立的电源。
互相独立，无不影响工作。
第二节相关参数第三章主变保护功能及原理【本讲重点】1、各保护的功能；2、各保护的基本原理；第一节保护功能1、主变差动保护包括：TA断线、差流越限、差流速断、增量差动、比率差动。
差动保护采用二次电流自动调整相位的方法，可提供两种不同原理的励磁涌流判据。
差动保护采用变特性的设计理念，使保护的可靠性、速动性、选择性、灵敏性达到了继电保护“四性”的辨证统一。
2、过激磁保护可作为500KV变压器在因频率降低（或）电压升高引起的铁芯工作磁密过高时的保护。
一段定时限告警，二段反时限跳跳闸。
反时限动作曲线可整定10个点，在任意两点之间用对数曲线连接，可以很好的拟合变压器的过励磁动作曲线。
3、复压（方向）过流保护复合电压闭锁过流保护作为变压器或相邻元件相间故障的后备保护，可带方向闭锁，由控制字选择，方向电压取本侧电压并带有记忆。
复合电压闭锁过流保护复压闭锁可取本侧或取三侧复合电压。
该保护由复合电压元件、相间方向元件及三相过流元件“与”构成。
其中复合电压元件、相间方向元件可由软件控制字选择“投入”或“退出”。
4、零序（方向）过流保护零序（方向）过流保护作为变压器或相邻元件接地故障的后备保护，该保护由零序过流元件、零序功率方向元件及零序电压闭锁元件“与”构成。
其中，零序功率方向元件和零序电压闭锁元件可由软件控制字整定“投入”或“退出”。
5、间隙零序保护该保护适用于中性点装设放电间隙的分级绝缘变压器，保护由零序电压元件和零序电流元件构成，零序电压取自母线TV二次开口三角侧，零序电流取自放电间隙处电流互感器。
由间隙在击穿的过程中，零序电压和零序电流可能交替出现。
当间隙电压元件或间隙电流元件动作后，保持一定时间，经过延时保护动作。
6、限时速断保护在线路近端故障断路器拒动或母线故障时，以较短时限跳开本侧断路器，避免了因复压闭锁过流保护时限过长而烧坏变压器。
快速过流保护。
7、低压侧零序过压保护针对低压侧发生故障时，零序过压过高专设的保护。
8、失灵启动失灵启动保护分两段时限，第一时限采用负序过流元件或零序过流元件，配合断路器合闸位置触点，及有跳该断路器的保护动作，去解除断路器失灵保护的复合电压闭锁。
第二时限采用负序过流元件或零序过流元件或相电流过流元件，配合断路器合闸位置触点，及有跳该断路器的保护动作，去启动断路器失灵保护。
9、非全相保护非全相保护为对于220kV以上的分相操作断路器发生的三相不能同时合闸或跳闸的情况而采取的措施。
采用负序过流或零序过流和断路器三相不一致位置触点来判别非全相。
10、非电量保护不需要延时跳闸的非电量保护通过压板直接去跳闸，需要延时的非电量保护通过CPU延时后，由CPU驱动相应的跳闸接点。
非电量保护动作后，装置自动打印动作信息并将动作信息传至后台监控系统。
第二节保护基本原理一、主变差动保护基本原理变压器的差动保护是变压器的主保护，是按循环电流原理装设的。
主要用来保护双绕组或三绕组变压器绕组内部及其引出线上发生的各种相间短路故障，同时也可以用来保护变压器单相匝间短路故障。
在绕组变压器的两侧均装设电流互感器，其二次侧按循环电流法接线，即如果两侧电流互感器的同级性端都朝向母线侧，则将同级性端子相连，并在两接线之间并联接入电流继电器。
在继电器线圈中流过的电流是两侧电流互感器的二次电流只差，也就是说差动继电器是接在差动回路的。
从理论上讲，正常运行及外部故障时，差动回路电流为零。
实际上由于两侧电流互感器的特性不可能完全一致等原因，在正常运行和外部短路时，差动回路中仍有不平衡点流Iumb流过，此时流过继电器的电流IK为Ik=I1-I2=Iumb 要求不平衡点流应尽量的小，以确保继电器不会误动。
当变压器内部发生相间短路故障时，在差动回路中由于I2改变了方向或等于零（无电源侧），这是流过继电器的电流为I1与I2之和，即 Ik=I1+I2=Iumb 能使继电器可靠动作。
变压器差动保护的范围是构成变压器差动保护的电流互感器之间的电气设备、以及连接这些设备的导线。
由于差动保护对保护区外故障不会动作，因此差动保护不需要与保护区外相邻元件保护在动作值和动作时限上相互配合，所以在区内故障时，可以瞬时动作。
1、比率差动保护比率制动式差动保护是变压器的主保护，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；保护能正确区分励磁涌流、过励磁故障。
保护采取自适应提高定值的方式，防止外部故障时由于CT饱和引起差动误动，当差流中的三次谐波与基波的比值大于某一定值时，自动提高比率制动差动的动作值、改变比率制动系数和最小制动电流，进一步提高保护的可靠性。
WRH-800系列发-变组保护装置最多可实现6侧差动，动作特性图如下：图1比率差动动作特性图图中阴影部分要经过励磁涌流判别、TA断线判别和TA饱和判别后才出口，双阴影部分只要经过励磁涌流判别就出口。
1-1、比率差动原理差动动作方程如下Iop > Iop.0 ( Ires ≤ Ires.0)Iop ≥ Iop.0 + S(Ires – Ires.0) ( Ires > Ires.0 ) (1-1) Iop为差动电流，Iop.0为差动最小动作电流整定值，Ires为制动电流，Ires.0为最小制动电流整定值，S为比率制动特性斜率，In为基准侧电流互感器的额定二次电流，各侧电流的方向都以指向变压器为正方向。
对于两侧差动：I op = | ∙I1 + ∙I2 | (1-2)I res = |∙I1 - ∙I2| / 2 (1-3)1-2、励磁涌流判别装置提供两种励磁涌流识别判据，用户可根据需要由控制字进行选用，该控制字设为“1”时，励磁涌流判据为波形畸变判据；该控制字设为“0”时，励磁涌流判据为二次谐波判据。
1-3、二次谐波判据保护利用三相差动电流中的二次谐波分量作为励磁涌流闭锁判据。
判别方程如下：1.22.op op I K I ⋅> (1-4)式中：Iop.2为A ，B ，C 三相差动电流中最大二次谐波电流，K2为二次谐波制动系数，Iop.1为三相差动电流中最大基波电流。
该判据闭锁方式为“或”闭锁，即涌流满足(1-4)式，同时闭锁三相保护。
1-4、TA 饱和判别保护利用每相电流中的三次谐波分量作为TA 饱和闭锁判据。
判别方程如下：I3 > K3 * I1 (1-5)式中：I3为每相电流中三次谐波电流，K3为三次谐波比例系数（装置内部固定，不需整定），I1为对应基波电流。
任一相电流满足(1-5)式，比率制动差动自动改变该相的最小动作电流和比率制动斜率，保证差动保护正确、可靠动作。
1-5、TA 断线判据当任一相差动电流大于0.15倍的额定电流时启动TA 断线判别程序，满足下列条件认为TA 断线:本侧三相电流中至少一相电流不变；最大相电流小于1.2倍的额定电流；本侧三相电流中至少有一相电流为零。
1-6、差流速断保护当任一相差动电流大于差流速断整定值时瞬时动作于跳各侧断路器。
1-6、比率制动式差动保护极性接线图及保护逻辑图图2 比率制动差动极性接线图图3 比率制动差动保护逻辑图2、差流速断保护当任一相差动电流大于差流速断整定值时瞬时动作于跳各侧断路器。
二、过激磁保护原理1、保护原理发电机（变压器）会由于电压升高或者频率降低而出现过激磁，如与系统并列运行的变压器，由于分接头连接不正确，使变压器的电压过高引起过激磁。
对于升压变压器的过激磁，大多数在未与系统并列的情况下发生，主要原因有：发变组在与系统并列之前，由于操作上的过失，误加了较大的励磁电流；发电机起动过程中，转子在低速下预热时，由于操作上的过失，误将发电机电压上升到额定值，使变压器由于频率低而产生过激磁；在切除机组的过程中，主汽门关闭，出口断路器断开，而灭磁开关拒动，此时原动机减速，但自动调节励磁装置力求保持机端电压为额定值，从而使变压器因频率降低而引起过激磁。
事实上，正常情况下突然甩负荷也要引起相当严重的过激磁。
因此，大容量变压器应装设过激磁保护。
对于300MW 及以上发电机，当发电机与主变压器之间无断路器而共用一套过励磁保护时，其整定值按发电机或变压器过励磁能力较低的要求整定。
当发电机及变压器间有断路器而分别配置过励磁保护时，其定值按发电机与变压器允许的不同过励磁倍数分别整定。
过激磁保护反应过激磁倍数而动作，过激磁倍数n 或GJ K 定义如下： **f U f U f U B B n K e e e GJ ==== （2-1）式中：B 、e B —磁通量、额定磁通量；U 、f —电压、频率；e U 、ef —额定电压、额定频率；*U 、*f —电压标么值、频率标么值。
过激磁保护由三段定时限部分和一段反时限部分组成，定时限1L T 动作于发信或减励磁，定时限长延时2L T 、定时限速断段短延时3L T 和反时限动作于跳闸。
反时限过激磁保护的动作判据为()20118.0-+=M K t t tj （2-2）opn n M = （2-3） 式中：t —保护动作时限（s ）；0j t —时间起始值，一般取为0.8；t K —整定时间倍率，63~1=t K ；M —保护启动倍率；op n —保护过激磁倍数启动值，op n 可取为1.05~1.10，即对应∞=t 的允许持续过励磁倍数。
电压取自机端TV 的线电压AB U 。
三、复压过流保护1、复合电压过流保护复合电压过电流保护通常作为变压器或发电机的后备保护,它是由一个负序电压继电器和一个接在相间电压上的低电压继电器共同组成的电压复合元件,两个继电器只要有一个动作,同时过电流继电器也动作,整套装置即能启动。
