第六章变压器保护第一部分.doc

第六章 电力变压器保护 Power Transformer Protection §6.1 电力变压器的故障类型和不正常工作状态(Fault Types And Abnormal Working Conditions of Power Transformer) 变压器在电力系统中广泛地用来升高或降低电压，是电力系统不可缺少的重要电气设备。它的故障将对供电可靠性和系统安全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设备。因此应根据变压器容量等级和重要程度装设性能良好、动作可靠的继电保护装置。 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相间短路以及接地短路。油箱内的故障包括绕组的相间短路、接地短路、匝间短路以及铁心的烧损等。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的气体，有可能引起变压器油箱的爆炸。对于变压器发生的各种故障，保护装置应能尽快地将变压器切除。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。 变压器的不正常运行状态主要有：变压器外部短路引起的过电流、负荷长时间超过额定容量引起的过负荷、风扇故障或漏油等原因引起冷却能力的下降等，这些运行状态会使绕组和铁芯过热。此外，对于中性点不接地运行的星形接线方式变压器，外部接地短路时有可能造成变压器中性点过电压，威胁变压器的绝缘；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，引起铁芯和其它金属构件的过热。变压器不正常运行时，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，以确保变压器的安全。 变压器油箱内故障时，除了变压器各侧电流电压变化外，油箱内的油、气、温度等非电量也会发生变化。因此，变压器保护分电量保护和非电量保护两种。非电量保护装设在变压器内部。线路保护中采用的许多保护原理如过流保护、纵差动保护等在变压器的电量保护中都有应用，但在配置上有区别。本章下面各节重点介绍这些电量保护。 §6.2变压器纵差动保护(Longitudinal Differential Protection for Power Transformer) §6.2.1变压器纵差动保护的基本原理和接线方式(Basic principle and connection of longitudinal differential protection) 图6－1双绕组单相变压器纵差动 保护的原理接线图 前面已经介绍了线路电流纵差动保护的原理。电流纵差动保护不但能够正确区分区内外故障，而且不需要与其它元件的保护配合，可以无延时地切除区内各种故障，具有独特的优点，因而被广泛地用作变压器的主保护。图6－1所示的是双绕组单相变压器纵差动保护的原理接线图。、分别为变压器高压侧和低压侧的一次电流，参考方向为母线指向变压器；、为相应的电流互感器二次电流。流入差动继电器的差动电流为 (6-1) 纵差动保护的动作判据为 (6-2) 式中为纵差动保护的动作电流，为差动电流的有效值。 设变压器高、低压侧的变比为，式(6-1)可进一步表示为 变形为 (6-3) 式中、分别为两侧电流互感器的变比。若选择电流互感器的变比，使之满足 (6-4) 这样式(6-3)就变为 (6-5) 忽略变压器的损耗，正常运行和区外故障时一次侧电流的关系为 。根据式(6-5)，正常运行和变压器外部故障时，差动电流为零，保护不会动作；变压器内部(包括变压器与电流互感器之间的引线)任何一点故障时，相对于变压器内部多了一个故障支路，流入差动继电器的差动电流等于故障点电流(变换到电流互感器二次侧)，只要故障电流大于差动继电器的动作电流，差动保护就能迅速动作。因此，式(6-4)成为变压器纵差动保护中电流互感器变比选择的依据。 （a）接线图 （b）对称工况下的向量关系 图6－2 双绕组三相变压器纵差动保护原理接线图 实际电力系统都是三相变压器(或三相变压器组)，并且通常采用的接线方式，如图6－2(a)所示（以下图中总是假定一次电流从同名端流入二次电流从同名端流出）。这样的接线方式造成了变压器高、低压侧电流的不对应，以A相为例，正常运行时，由于， 超前300，如图6－2(b)所示。若仍用上述针对单相变压器的差动继电器的接线方式，将高、侧的电流也采用两相电流差，即 (6-6) 式中、、是流入三个差动继电器的差动电流。这样就可以消除两侧电流不对应。由于侧采用了两相电流差，该侧流入差动继电器的电流增