变压器的保护配置

变压器的保护配置

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

保护动作。当变压器出现严重漏油而使油面逐渐降低时，首先是上开口杯露出油面，发出报警信号，然后下开口杯露出油面，发出跳闸脉冲。上触点表示“轻瓦斯动作”，动作后经延时发出报警信号。下触点表示“重瓦斯动作”，动作后启动变压器保护的总出口继电器，使断路器跳闸。当油箱内部发生严重故障时，由于油流的不稳定性可能造成触点的抖动，此时为使断路器能可靠跳闸，应选用具有电流自保持线圈的出口中间继电器，动作后由断路器的辅助触点来解除出口回路的自保持。此外，为防止变压器换油或进行试验时引起重瓦斯保护误动作跳闸，可利用切换片将跳闸回路切换到信号回路。

瓦斯保护的主要优点是动作迅速、灵敏度高、安装接线简单、能反应油箱内部发生的各种故障（如绕组轻微的匝间短路、铁芯烧损等）。其缺点是不能反应油箱以外的套管及引出线等部位上发生的故障（如变压器绝缘子闪络等）。因此瓦斯保护可作为变压器的主保护之一，需要与纵联差动保护相互配合、相互补充，才能够实现快速而灵敏的切除变压器油箱内、外及引出线上发生的各种故障。

（二）纵差动保护和电流速断保护

对于容量为6300kV·A及以上的变压器，以及发电厂厂用变压器和并列运行的变压器，10000kV·A及以上的发电厂厂用备用变压器和单独运行的变压器，应装设纵差动保护。对于容量为10000kV·A以下的变压器，当后备保护的动作时限大于0.5s时，应装设电流速断保护。对2000kV·A以上的变压器，当电流速断保护的灵敏性不能满足要求时，也应装设纵差动保护。

1纵差动保护

（1）纵差动保护基本原理

纵差动保护，是由比较被保护元件两侧电流的大小和相位而构成的。以图1所示双侧电源供电的短线路为例，简要说明纵差动保护的基本原理。

设线路两端装设特性及变比完全相同的电流互感器，两侧电流互感器一次回

路的正极性均放在母线的一侧，将二次回路的同极性端子相连接后，在电流互感器的二次端子上接入差动继电器。

I

k1

图1-1正常运行及外部短路 图1-2内部短路

当正常运行及保护范围外部故障时（如图1-1所示k1点短路），两侧电流互感器一次侧流过的两个电流相等。即I Ⅰ=I Ⅱ。假定两侧电流互感器变比相同（均

为k TA ），在忽略互感器的励磁电流的理想情况下，二次侧的两个电流I I2和I II2大小也相等，此时流入差动继电器的电流为零，即

0)(12I2=-=-=II I TA

II k I I k I I I 当线路内部故障时，如图1-2所示k2点短路，流入继电器的电流为

TA

k II k k I I I I 22I2=+= 式中:I k2为短路点的总电流，当I k ≥I op 时，继电器立即动作，跳开线路两侧断路

器。

实际上，由于两侧电流互感器总会存在励磁电流I m ，且励磁特性不可能完全

相同，所以在正常运行及外部故障时，流过差动继电器的电流不为零，而存在一个不平衡电流I dsp 。为了保证纵差动保护动作的选择性，差动继电器的动作电

流必须躲过外部短路时出现的最大不平衡电流。不平衡电流的存在会使继电器的动作电流增大，降低内部故障时纵差动保护的灵敏度，因此要尽量减小不平衡电流，这是所有差动保护必须解决的问题。

（2）变压器的纵差动保护

图2为双绕组变压器的纵差动保护的原

理接线。由于变压器高压侧和低压侧的电流

I I1和I II1是不相等的，为使变压器正常运行及

外部故障时流入差动继电器的两个二次电流

I I2和I II2的大小相等，必须适当选择两侧电流

互感器的变比，使之满足下列条件：

ITA

I k I I 1I2= IITA II k I I 1II2= II2I2I I =

式中ITA k ——高压侧电流互感器的变比；

IITA k ——低压侧电流互感器的变比。

设变压器的变比为T k ，则有

ITA

IITA I II T k k I I k ==11 可见，要使变压器差动保护能正确动作，必须使两侧电流互感器变比的比值等于变压器的变比T k 。

变压器的纵差动保护同样需要躲过在正常运行及外部短路时各种因素造成的不平衡电流。包括变压器励磁涌流造成的不平衡电流、变压器两侧电流相位不同引起的不平衡电流、电流互感器变比标准化引起的不平衡电流、两侧电流互感器型号不同产生的不平衡电流、变压器带负荷调整分接头产生的不平衡电流等。在电力系统中，纵差动保护主要用作变压器内部相间故障的主保护。

I 图2 变压器纵差动保护原理图