1、 6.1变压器的故障类型和不正常工作状态变压器的故障类型和不正常工作状态 6.2变压器纵差动保护变压器纵差动保护 6.3变压器的励磁涌流及其鉴别方法变压器的励磁涌流及其鉴别方法 6.4变压器相间短路的后备保护变压器相间短路的后备保护 6.5变压器接地短路的后备保护变压器接地短路的后备保护 6.6变压器零序电流差动保护变压器零序电流差动保护 6.7变压器保护配置原则变压器保护配置原则6.1变压器故障类型和不正常工作状态变压器故障类型和不正常工作状态 变压器是电力系统不可缺少的重要电气设备。它的故变压器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，障将对供电
2、可靠性和系统安全运行带来严重的影响，应根据变压器容量等级和重要程度，装设性能良好、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。动作可靠的继电保护装置。变压器故障可分为油箱内部故障和油箱外部故障。变压器故障可分为油箱内部故障和油箱外部故障。油箱内部故障主要包括油箱内部故障主要包括:变压器油箱内绕组的相间短路、接地短路、匝间短路变压器油箱内绕组的相间短路、接地短路、匝间短路以及铁芯的烧损等。以及铁芯的烧损等。变压器油箱内部故障是很危险的，因为故障点的电弧变压器油箱内部故障是很危险的，因为故障点的电弧不仅会损坏绕组绝缘与铁芯，而且会使绝缘物质和变不仅会损坏绕组绝缘与铁芯，而
3、且会使绝缘物质和变压器油箱中的油剧烈汽化，由此可能引起油箱的爆炸。压器油箱中的油剧烈汽化，由此可能引起油箱的爆炸。油箱外部最常见的故障主要是变压器绕组引出线和套油箱外部最常见的故障主要是变压器绕组引出线和套管上发生的相间短路和接地短路等管上发生的相间短路和接地短路等变压器的不正常工作状态及处理措施变压器的不正常工作状态及处理措施 变压器处于不正常运行状态时，继电器应根据其严变压器处于不正常运行状态时，继电器应根据其严重程度，发出警告信号，使运行人员及时发现并采重程度，发出警告信号，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。取相应的措施，以确保变压器的安全。负荷长时间超过额定容量引
4、起的过负荷；负荷长时间超过额定容量引起的过负荷；外部短路引起的过电流；外部短路引起的过电流；外部接地短路引起的中性点过电压；外部接地短路引起的中性点过电压；油箱漏油引起的油面降低或冷却系统油箱漏油引起的油面降低或冷却系统 故障引起的温度升高；故障引起的温度升高；大容量变压器在过电压或低频等异常运行工况下导大容量变压器在过电压或低频等异常运行工况下导致变压器过励磁，引起铁芯和其他金属构件过热。致变压器过励磁，引起铁芯和其他金属构件过热。变压器故障类型变压器故障类型 变压器油箱内部发生故障时，除了变压器各侧电流、变压器油箱内部发生故障时，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
5、也会发电压变化外，油箱内的油、气、温度等非电量也会发生变化。生变化。因此，变压器的保护也就分为电量保护和非电量保护因此，变压器的保护也就分为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。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如过电流保护、纵差保护线路保护中采用的许多保护如过电流保护、纵差保护等在变压器的电量保护中都有应用，但在配置上有区等在变压器的电量保护中都有应用，但在配置上有区别。别。变压器温度每升高变压器温度每升高6，其使用寿命减少一半。，其使用寿命减少一半。6.2变压器纵差动保护变压器纵差动保护 变压器纵差保护的基本原理变压器纵差保护的基本原理 电流纵差保护
6、不但能够正确区分区内外故障，而且电流纵差保护不但能够正确区分区内外故障，而且不需要与其他元件的保护配合，可以无延时地切除不需要与其他元件的保护配合，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。作变压器的主保护。由于变压器高压侧和低压侧由于变压器高压侧和低压侧的额定电流不同，因此，为的额定电流不同，因此，为了保证纵差保护的正确工作，了保证纵差保护的正确工作，就须适当选择两侧电流互感就须适当选择两侧电流互感器的变比，使得正常运行和器的变比，使得正常运行和外部故障时，两个电流相等。外部故障时，两个电流相等。6.2.1变压器
7、纵差动保护的基本原理变压器纵差动保护的基本原理 正常运行或外部故障时，差动继电器中的电流等于两侧电流正常运行或外部故障时，差动继电器中的电流等于两侧电流互感器的二次电流之差，欲使这种情况下流过继电器的电流互感器的二次电流之差，欲使这种情况下流过继电器的电流基本为零，则应恰当选择两侧电流互感器的变比。基本为零，则应恰当选择两侧电流互感器的变比。若上述条件满足，则当正常运行或外部故障时，流入差动继若上述条件满足，则当正常运行或外部故障时，流入差动继电器的电流为电器的电流为 当变压器内部故障时，流入差动继电器的电流远大于当变压器内部故障时，流入差动继电器的电流远大于0，继电，继电器动作器动作.变压器
8、纵差保护的接线方式变压器纵差保护的接线方式 实际电力系统都是三相变压器，并且通常采用实际电力系统都是三相变压器，并且通常采用Y,d11的接线方式，这样的接线方式造成了变压器一、二的接线方式，这样的接线方式造成了变压器一、二次电流的不对应，以次电流的不对应，以A相为例，正常运行时，三角相为例，正常运行时，三角形侧超前星形侧形侧超前星形侧30度。度。若仍用上述针对单相变压器的差动继电器接线方式，若仍用上述针对单相变压器的差动继电器接线方式，将一、二次电流直接引入差动保护，则在继电器中将一、二次电流直接引入差动保护，则在继电器中产生很大的差动电流。产生很大的差动电流。可以通过改变纵差保护的接线方式消
9、除这个电流，可以通过改变纵差保护的接线方式消除这个电流，就是将引入差动继电器的就是将引入差动继电器的Y侧电流也采用两相电流侧电流也采用两相电流差，这样就消除了两侧电流不对应。差，这样就消除了两侧电流不对应。变压器纵差保护的接线方式变压器纵差保护的接线方式 由于由于Y侧采用了两侧采用了两相电流差，该侧相电流差，该侧流入差动继电器流入差动继电器的电流增加了倍，的电流增加了倍，为此，该侧电流为此，该侧电流互感器的变比也互感器的变比也要相应的增大要相应的增大 倍倍33变压器纵差保护的接线方式变压器纵差保护的接线方式 为了消除电流差，变压器两侧电流互感器为了消除电流差，变压器两侧电流互感器采用不同的接线
10、方式，三角侧采用采用不同的接线方式，三角侧采用Y，d12的接线方式，将各相电流直接接入差动继的接线方式，将各相电流直接接入差动继电器内；电器内；Y侧采用侧采用Y，d11的接线方式，将的接线方式，将两相电流差接入差动继电器。两相电流差接入差动继电器。模拟式差动保护都是采用上图所示的接线模拟式差动保护都是采用上图所示的接线方式；对于数字式保护，一般将方式；对于数字式保护，一般将Y侧的三项侧的三项电流直接接入保护装置，由计算机软件实电流直接接入保护装置，由计算机软件实现电流移向功能，以简化接线。现电流移向功能，以简化接线。6.2.2变压器纵差保护的不平衡电流变压器纵差保护的不平衡电流 当互感器的计算
11、变比与实际变比不同时，会造成不平衡电流。当互感器的计算变比与实际变比不同时，会造成不平衡电流。电流互感器的分类和规格电流互感器的分类和规格 一类是在电力系统中供检测仪表一类是在电力系统中供检测仪表和控制回路使用的电流互感器，和控制回路使用的电流互感器，其二次侧都是其二次侧都是5安培。安培。常用的电力系统中的电流互感器变比有：常用的电力系统中的电流互感器变比有：10000/5、5000/5、3000/5、2000/5、1500/5、1000/5、800/5、750/5、600/5、500/5、400/5、350/5、300/5、250/5、200/5、150/5、100/5、75/5、50/5、
12、30/5、20/5等规格的等规格的 二类是供电子检测和控制用的小二类是供电子检测和控制用的小电流的电流互感器。电流的电流互感器。优质微型精密电流互感器优质微型精密电流互感器20A/20mA或或20A/10mA测量专用测量专用0.1级级 采用自耦变压器予以补偿 利用差动继电器的平衡线圈予以补偿6.2.2变压器纵差保护的不平衡电流变压器纵差保护的不平衡电流 变压器的纵差保护同样需要躲过差动回路的不平衡变压器的纵差保护同样需要躲过差动回路的不平衡电流，下面讨论不平衡电流产生的原因。电流，下面讨论不平衡电流产生的原因。1.稳态情况下的不平衡电流稳态情况下的不平衡电流 1)变压器正常运行时由励磁电流引起
13、的不平衡电变压器正常运行时由励磁电流引起的不平衡电流变压器正常运行时，励磁电流为额定电流的流变压器正常运行时，励磁电流为额定电流的3%5%。当外部短路时，由于变压器电压降低，。当外部短路时，由于变压器电压降低，此时的励磁电流更小，因此，在整定计算中可以不此时的励磁电流更小，因此，在整定计算中可以不考虑。考虑。2)变压器各侧电流互感器型号不同变压器各侧电流互感器型号不同 由于变压器各侧电压等级和额定电流不同，所以由于变压器各侧电压等级和额定电流不同，所以变压器各侧的电流互感器型号不同，它们的饱和特变压器各侧的电流互感器型号不同，它们的饱和特性、励磁电流性、励磁电流(归算至同一侧归算至同一侧)也就
14、不同，从而在差也就不同，从而在差动回路中产生较大的不平衡电流。动回路中产生较大的不平衡电流。变压器纵差保护的不平衡电流变压器纵差保护的不平衡电流 3)电流互感器计算变比与实际变比不同电流互感器计算变比与实际变比不同 为满足正常运行或外部短路时，流入继电器差回路为满足正常运行或外部短路时，流入继电器差回路的电流为零，则应使高、低压侧电流互感器变比的的电流为零，则应使高、低压侧电流互感器变比的比值应等于变压器的变比。但实际上由于电流互感比值应等于变压器的变比。但实际上由于电流互感器在制造上的标准化，往往选出的是与计算变比相器在制造上的标准化，往往选出的是与计算变比相接近且较大的标准变比的电流互感器
15、。这样，由于接近且较大的标准变比的电流互感器。这样，由于变比的标准化使得其实际变比与计算变比不一致，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。从而产生不平衡电流。4)变压器带负荷调节分接头变压器带负荷调节分接头 改变分接头就是改变变压器的变比。纵差保护只能改变分接头就是改变变压器的变比。纵差保护只能按照某一变比整定。在调压抽头改变时，一般不可按照某一变比整定。在调压抽头改变时，一般不可能对纵差保护的电流回路重新操作，因此会出现不能对纵差保护的电流回路重新操作，因此会出现不平衡电流。不平衡电流的大小与调压范围有关。平衡电流。不平衡电流的大小与调压范围有关。变压器纵差保护的不
16、平衡电流变压器纵差保护的不平衡电流 2.暂态情况下的不平衡电流暂态情况下的不平衡电流 电流互感器传变误差产生的不平衡电流电流互感器传变误差产生的不平衡电流纵差保护是瞬动保护，它是在一次系统短路暂态过程中发出跳闸脉冲的。纵差保护是瞬动保护，它是在一次系统短路暂态过程中发出跳闸脉冲的。因此，暂态过程中的不平衡电流对它的影响必须给予考虑。在暂态过程因此，暂态过程中的不平衡电流对它的影响必须给予考虑。在暂态过程中，一次侧的短路电流含有非周期分量，它对时间的变化率很小，很难中，一次侧的短路电流含有非周期分量，它对时间的变化率很小，很难变换到二次侧，而主要成为互感器的励磁电流，从而使铁芯更加饱和。变换到二
17、次侧，而主要成为互感器的励磁电流，从而使铁芯更加饱和。本来按本来按10%误差曲线选择的电流互感器在外部短路稳态时，已开始误差曲线选择的电流互感器在外部短路稳态时，已开始处于饱和状态，加上非周期分量的作用后，则铁芯将严重饱和。因处于饱和状态，加上非周期分量的作用后，则铁芯将严重饱和。因而电流互感器的二次电流的误差更大，暂态过程中的不平衡电流也而电流互感器的二次电流的误差更大，暂态过程中的不平衡电流也将更大。将更大。变压器励磁涌流就是一种暂态电流，对纵差保护回路不平衡电流的变压器励磁涌流就是一种暂态电流，对纵差保护回路不平衡电流的影响更大。影响更大。励磁涌流的产生励磁涌流的产生 当变压器空载当变压
18、器空载投入或外部故投入或外部故障切除后电压障切除后电压恢复时，变压恢复时，变压器电压从零或器电压从零或很小的数值突很小的数值突然上升到运行然上升到运行电压。电压。在这个电压上在这个电压上升的暂态过程升的暂态过程中，变压器可中，变压器可能严重饱和，能严重饱和，产生很大的暂产生很大的暂态励磁电流态励磁电流这个励磁电流，称为励磁涌流。这个励磁电流，称为励磁涌流。励磁涌流的最大幅度可以达到额定电流的励磁涌流的最大幅度可以达到额定电流的48倍。倍。减小不平衡电流的措施减小不平衡电流的措施 纵差保护回路中的不平衡电流，是影响纵差保护可靠纵差保护回路中的不平衡电流，是影响纵差保护可靠性和灵敏度的重要因素，目
19、前使用的各种纵差保护装性和灵敏度的重要因素，目前使用的各种纵差保护装置，为减小不平衡电流而采用的措施如下：置，为减小不平衡电流而采用的措施如下：1.减小稳态情况下的不平衡电流减小稳态情况下的不平衡电流 纵差保护各侧用的电流互感器，要尽量选用同型号、纵差保护各侧用的电流互感器，要尽量选用同型号、同样特性的产品，当通过外部短路电流时，纵差保护同样特性的产品，当通过外部短路电流时，纵差保护回路的二次负荷要能满足回路的二次负荷要能满足10%误差的要求。误差的要求。2.减小电流互感器的二次负荷减小电流互感器的二次负荷 这实际上相当于减小二次侧的端电压，相应地减少电这实际上相当于减小二次侧的端电压，相应地
20、减少电流互感器的励磁电流。减小二次负荷的常用办法有：流互感器的励磁电流。减小二次负荷的常用办法有：减小控制电缆的电阻和增大互感器的变比。减小控制电缆的电阻和增大互感器的变比。减小不平衡电流的措施减小不平衡电流的措施 3.采用带小气隙的电流互感器采用带小气隙的电流互感器 这种电流互感器铁芯的剩磁较小，能够改善电流互这种电流互感器铁芯的剩磁较小，能够改善电流互感器的暂态特性，从而使变压器各侧电流互感器的感器的暂态特性，从而使变压器各侧电流互感器的工作特性更趋于一致，减小了暂态不平衡电流。工作特性更趋于一致，减小了暂态不平衡电流。4.减小由于电流互感器实用变比不理想而引起的不减小由于电流互感器实用变
21、比不理想而引起的不平衡电流。平衡电流。电流互感器的实用变比往往不能完全满足刚好等于电流互感器的实用变比往往不能完全满足刚好等于变压器变比，于是将产生不平衡电流，予以补偿。变压器变比，于是将产生不平衡电流，予以补偿。对于数字式保护，可以根据变比的不同通过计算进对于数字式保护，可以根据变比的不同通过计算进行补偿。对于电磁式保护，可以采用中间变流器进行补偿。对于电磁式保护，可以采用中间变流器进行补偿。行补偿。减小不平衡电流的措施减小不平衡电流的措施 适当选择中间变流适当选择中间变流器平衡线圈的匝数，器平衡线圈的匝数，使正常运行或外部使正常运行或外部故障时，二次线圈故障时，二次线圈L2中不会产生感应中
22、不会产生感应电势，继电器电势，继电器KD 中中没有电流，从而达没有电流，从而达到了消除不平衡电到了消除不平衡电流影响的目的。流影响的目的。实际上，平衡线圈只能按整匝数选择，因此二次线圈实际上，平衡线圈只能按整匝数选择，因此二次线圈中仍有残余不平衡电流，这在计算保护的动作值时应中仍有残余不平衡电流，这在计算保护的动作值时应予以考虑。予以考虑。减小不平衡电流的措施减小不平衡电流的措施 5.减小暂态过程中非周期分量电流的影响减小暂态过程中非周期分量电流的影响 纵差保护用的中间变流器，多具有速饱和特性。当纵差保护用的中间变流器，多具有速饱和特性。当变流器输入电流中含有大量非周期分量时，铁芯迅变流器输入
23、电流中含有大量非周期分量时，铁芯迅速饱和，因此变流器的传变特性变得很差。非周期速饱和，因此变流器的传变特性变得很差。非周期分量电流很难传变到二次侧，故可减小不平衡电流分量电流很难传变到二次侧，故可减小不平衡电流中非周期分量对纵差保护的影响。中非周期分量对纵差保护的影响。当纵差保护回路中采用了速饱和中间变流器后，由当纵差保护回路中采用了速饱和中间变流器后，由于内部故障起始瞬间的短路电流中含有大量非周期于内部故障起始瞬间的短路电流中含有大量非周期分量，因此纵差保护的动作速度减缓，直到非周期分量，因此纵差保护的动作速度减缓，直到非周期分量衰减幅度较大后才能正确动作。使带速饱和中分量衰减幅度较大后才能
24、正确动作。使带速饱和中间变流器的纵差保护装置的使用范围受到限制。间变流器的纵差保护装置的使用范围受到限制。6.2.3纵差保护的整定计算纵差保护的整定计算1、纵差动保护动作电流的整定原则、纵差动保护动作电流的整定原则1)躲过保护范围外部短路时的最大不平衡电流躲过保护范围外部短路时的最大不平衡电流2)躲过电流互感器二次回路断线时引起的差动电流。躲过电流互感器二次回路断线时引起的差动电流。变压器某侧电流互感器二次回路断线时，另一侧电流互感器的二次电流全部流入变压器某侧电流互感器二次回路断线时，另一侧电流互感器的二次电流全部流入差动继电器中，此时引起保护误动。差动继电器中，此时引起保护误动。有的纵差保
25、护采用断线识别的辅助措施，在互感器二次回路断线时将纵差保护闭有的纵差保护采用断线识别的辅助措施，在互感器二次回路断线时将纵差保护闭锁。若没有断线识别措施，则纵差保护的动作电流必须大于正常运行情况下变压器的锁。若没有断线识别措施，则纵差保护的动作电流必须大于正常运行情况下变压器的最大负荷电流。最大负荷电流。纵差保护的整定计算纵差保护的整定计算3)躲过变压器的最大励磁涌流躲过变压器的最大励磁涌流 由于变压器的励磁涌流很大，实际的纵差保护通常采用其由于变压器的励磁涌流很大，实际的纵差保护通常采用其他措施来减少它的影响，一种是通过鉴别励磁涌流和故障电流，他措施来减少它的影响，一种是通过鉴别励磁涌流和故
26、障电流，出现励磁涌流时将纵差保护闭锁；另一种是采用速饱和变流器出现励磁涌流时将纵差保护闭锁；另一种是采用速饱和变流器减少励磁涌流产生的不平衡电流。减少励磁涌流产生的不平衡电流。2.纵差保护动灵敏系数的校验纵差保护动灵敏系数的校验 式中，式中，Ikmin为各种运行方式下变压器内部故障时，流经差动继为各种运行方式下变压器内部故障时，流经差动继电器的最小差动电流。灵敏系数一般不小于电器的最小差动电流。灵敏系数一般不小于2。当不能满足要求。当不能满足要求时，则需采用具有制动特性的差动继电器。时，则需采用具有制动特性的差动继电器。6.2.4具有制动特性的差动继电器具有制动特性的差动继电器 流入差动继电器
27、的不平衡电流与变压器外部故障时流入差动继电器的不平衡电流与变压器外部故障时的穿越电流有关，穿越电流越大，不平衡电流也越的穿越电流有关，穿越电流越大，不平衡电流也越大。大。具有制动特性的差动继电器正是利用这个特点，在具有制动特性的差动继电器正是利用这个特点，在差动继电器中引入一个能反应变压器穿越电流大小差动继电器中引入一个能反应变压器穿越电流大小的制动电流，继电器的动作电流不再是按躲过最大的制动电流，继电器的动作电流不再是按躲过最大穿越电流整定，而是根据制动电流自动调整。穿越电流整定，而是根据制动电流自动调整。具有制动特性的差动继电器的动作方程为：具有制动特性的差动继电器的动作方程为：具有制动特
28、性的差动继电器具有制动特性的差动继电器 以双绕组变压器为例，常见的制动电流方法有：以双绕组变压器为例，常见的制动电流方法有：平均电流制动：平均电流制动：复式制动：复式制动：标积制动：标积制动：外部故障时，三种制动电流都等于变压器穿越电流；内部故外部故障时，三种制动电流都等于变压器穿越电流；内部故障时，制动电流的大小是不一样的，后两种的制动电流比较障时，制动电流的大小是不一样的，后两种的制动电流比较小。在故障电流较大，负荷电流影响可以忽略的情况下，各小。在故障电流较大，负荷电流影响可以忽略的情况下，各种方法都有很高的灵敏度。种方法都有很高的灵敏度。只有故障电流与负荷电流差不多甚至更小时，分析各种
29、制动只有故障电流与负荷电流差不多甚至更小时，分析各种制动电流的相对大小才有意义。电流的相对大小才有意义。6.3变压器的励磁涌流及鉴别方法变压器的励磁涌流及鉴别方法 励磁涌流是由于变压器铁芯饱和造成的，变压器的额定磁励磁涌流是由于变压器铁芯饱和造成的，变压器的额定磁通是指变压器运行电压等于额定电压时，铁芯中产生的磁通是指变压器运行电压等于额定电压时，铁芯中产生的磁通。用标么值表示时，电压和磁通之间的关系为通。用标么值表示时，电压和磁通之间的关系为 设变压器在设变压器在t=0时刻空载合闸，加在变压器上的电压为时刻空载合闸，加在变压器上的电压为 解微分方程得，解微分方程得，式中前者为稳态磁通分量；后
30、者为自由分量，如计及变压式中前者为稳态磁通分量；后者为自由分量，如计及变压器损耗，则为衰减非周期分量。由于铁芯磁通不能突变，器损耗，则为衰减非周期分量。由于铁芯磁通不能突变，可求得可求得 式中式中r r为变压器铁芯的剩磁，其大小和方向与变压器切除为变压器铁芯的剩磁，其大小和方向与变压器切除时刻的电压有关。时刻的电压有关。dtd变压器的励磁涌流及鉴别方法变压器的励磁涌流及鉴别方法 电力变压器的饱和磁通一般为电力变压器的饱和磁通一般为1.151.4，变压器，变压器的运行电压一般不超过额定的的运行电压一般不超过额定的10，因此稳态运，因此稳态运行时铁芯是不会饱和的。在空载合闸的暂态过程行时铁芯是不会
31、饱和的。在空载合闸的暂态过程中，由于中，由于(0)的作用使磁通可能大于饱和磁通，的作用使磁通可能大于饱和磁通，造成变压器铁芯的饱和。造成变压器铁芯的饱和。合闸半周期以后合闸半周期以后 若电压过零时刻合闸，则有若电压过零时刻合闸，则有 远大于饱和磁通，变压器严重饱和。远大于饱和磁通，变压器严重饱和。变压器的励磁涌流及鉴别方法变压器的励磁涌流及鉴别方法 下图为变压器的近似磁化曲线，铁芯不饱和时，下图为变压器的近似磁化曲线，铁芯不饱和时，磁化曲线的斜率很大，励磁电流近似为零；铁芯磁化曲线的斜率很大，励磁电流近似为零；铁芯饱和后，磁化曲线的斜率很小，励磁电流大大增饱和后，磁化曲线的斜率很小，励磁电流大
32、大增加，形成励磁涌流。加，形成励磁涌流。变压器的励磁涌流及鉴别方法变压器的励磁涌流及鉴别方法 励磁涌流的波形如上图所示，波形完全偏离励磁涌流的波形如上图所示，波形完全偏离时间轴的一侧，且是间断的。波形间断的宽时间轴的一侧，且是间断的。波形间断的宽度称为励磁涌流的间断角度称为励磁涌流的间断角J，显然有，显然有J21 间断角是区别励磁涌流和故障电流的一个重间断角是区别励磁涌流和故障电流的一个重要特征，饱和越严重间断角越小。间断角与要特征，饱和越严重间断角越小。间断角与变压器电压幅值、合闸角以及铁芯剩磁有关。变压器电压幅值、合闸角以及铁芯剩磁有关。变压器的励磁涌流及鉴别方法变压器的励磁涌流及鉴别方法
33、 励磁涌流中除了基波分量外，还存在大量的非周期分量和励磁涌流中除了基波分量外，还存在大量的非周期分量和谐波分量。由于励磁涌流是周期函数，可以通过傅立叶级谐波分量。由于励磁涌流是周期函数，可以通过傅立叶级数求取各谐波分量。数求取各谐波分量。综上，单相变压器励磁涌流有以下特点：综上，单相变压器励磁涌流有以下特点：(1)在变压器空载合闸时，涌流是否产生以及涌流的大小在变压器空载合闸时，涌流是否产生以及涌流的大小与合闸角有关，合闸角为与合闸角有关，合闸角为0和和时励磁涌流最大。时励磁涌流最大。(2)波形完全偏离时间轴一侧，并且出现间断。涌流越大，波形完全偏离时间轴一侧，并且出现间断。涌流越大，间断角越
34、小。间断角越小。(3)非周期分量成分大，且间断角越小，含量越大。非周期分量成分大，且间断角越小，含量越大。(4)含有大量高次谐波，以二次谐波为主。间断角越小，含有大量高次谐波，以二次谐波为主。间断角越小，二次谐波越小。二次谐波越小。变压器的励磁涌流及鉴别方法变压器的励磁涌流及鉴别方法 三相变压器空载合闸时，三相变压器空载合闸时，三相绕组都会产生励磁涌三相绕组都会产生励磁涌流。对于流。对于Y，d11接线的三接线的三相变压器，引入每相差动相变压器，引入每相差动保护的电流为两个变压器保护的电流为两个变压器绕组电流之差，其励磁涌绕组电流之差，其励磁涌流也应该是两个绕组励磁流也应该是两个绕组励磁涌流的差
35、值。涌流的差值。变压器的励磁涌流及鉴别方法变压器的励磁涌流及鉴别方法 三相励磁涌流有以下特点：三相励磁涌流有以下特点：(1)由于三相电压之间有由于三相电压之间有120相位差，因而三相励相位差，因而三相励磁涌流不会相同，任何情况下投入空载变压器，至磁涌流不会相同，任何情况下投入空载变压器，至少在两相中要出现不同程度的励磁涌流。少在两相中要出现不同程度的励磁涌流。(2)某相励磁涌流可能不再偏离时间轴的一侧，变成某相励磁涌流可能不再偏离时间轴的一侧，变成了对称性涌流。其他两相仍为偏离时间轴一侧的非了对称性涌流。其他两相仍为偏离时间轴一侧的非对称性涌流。对称性涌流的数值比较小。非对称性对称性涌流。对称
36、性涌流的数值比较小。非对称性涌流中含有大量的非周期分量，但对称性涌流中无涌流中含有大量的非周期分量，但对称性涌流中无非周期分量。非周期分量。变压器的励磁涌流及鉴别方法变压器的励磁涌流及鉴别方法(3)三相励磁涌流中有一相或两相二次谐波含三相励磁涌流中有一相或两相二次谐波含量比较小，但至少有一相比较大。量比较小，但至少有一相比较大。(4)励磁涌流的波形仍然是间断的，但间断角励磁涌流的波形仍然是间断的，但间断角显著减小，其中又以对称性涌流的间断角最小。显著减小，其中又以对称性涌流的间断角最小。但对称性涌流有另外一个特点：励磁涌流的正但对称性涌流有另外一个特点：励磁涌流的正向最大值与反向最大值之间的相
37、位相差向最大值与反向最大值之间的相位相差120，这个相位差称为这个相位差称为“波宽波宽”，显然稳态故障电流，显然稳态故障电流的波宽为的波宽为180。防止励磁涌流引起误动的方法防止励磁涌流引起误动的方法 目前我国通常采取以下三种方法来防止励磁涌流目前我国通常采取以下三种方法来防止励磁涌流引起的纵差保护的误动。引起的纵差保护的误动。1采用速饱和中间变流器采用速饱和中间变流器 对于对于Y，d11接线的三相变压器，常常有一相是对接线的三相变压器，常常有一相是对称性涌流，没有非周期分量，中间变流器不饱和，称性涌流，没有非周期分量，中间变流器不饱和，只能通过差动继电器的动作电流来躲过。只能通过差动继电器的
38、动作电流来躲过。速饱和原理的纵差保护动作电流大、灵敏度低，速饱和原理的纵差保护动作电流大、灵敏度低，并且在变压器内部故障时会因非周期分量的存在并且在变压器内部故障时会因非周期分量的存在而延缓保护的动作，已逐渐被淘汰。而延缓保护的动作，已逐渐被淘汰。防止励磁涌流引起误动的方法防止励磁涌流引起误动的方法 2二次谐波制动的方法二次谐波制动的方法 根据励磁涌流中含有大量二次谐波的特点，当检测到差电流根据励磁涌流中含有大量二次谐波的特点，当检测到差电流中二次谐波含量大于整定值时就将差动继电器闭锁，以防止中二次谐波含量大于整定值时就将差动继电器闭锁，以防止励磁电流引起的误动。励磁电流引起的误动。通常按照躲
39、开各种励磁涌流下最小二次谐波含量整定，整定通常按照躲开各种励磁涌流下最小二次谐波含量整定，整定范围通常是范围通常是1520 由于三相励磁涌流中至少有一相励磁涌流二次谐波含量比较由于三相励磁涌流中至少有一相励磁涌流二次谐波含量比较高，近年来广泛采用所谓高，近年来广泛采用所谓“三相或门制动三相或门制动”方案，即三相差方案，即三相差动电流中只要有一相的二次谐波含量超过制动比，就将三相动电流中只要有一相的二次谐波含量超过制动比，就将三相差动继电器全部闭锁。差动继电器全部闭锁。防止励磁涌流引起误动的方法防止励磁涌流引起误动的方法 二次谐波制动的保护原理在实现时需要用滤波技二次谐波制动的保护原理在实现时需
40、要用滤波技术从差动电流中分离出基波分量和二次谐波分量。术从差动电流中分离出基波分量和二次谐波分量。在数字保护中广泛采用傅立叶算法来实现。在数字保护中广泛采用傅立叶算法来实现。二次谐波制动差动保护原理简单、调试方便、灵二次谐波制动差动保护原理简单、调试方便、灵敏度高，在变压器纵差动保护中获得了非常广泛敏度高，在变压器纵差动保护中获得了非常广泛的应用。的应用。若空载合闸前变压器已经存在故障，合闸后故障若空载合闸前变压器已经存在故障，合闸后故障相为故障电流，非故障相为励磁涌流，采用三相相为故障电流，非故障相为励磁涌流，采用三相或门制动方案时，差动保护必将被闭锁。由于励或门制动方案时，差动保护必将被闭
41、锁。由于励磁涌流衰减很慢，保护的动作时间可能会长大数磁涌流衰减很慢，保护的动作时间可能会长大数百毫秒。这是二次谐波制动保护的主要缺点。百毫秒。这是二次谐波制动保护的主要缺点。防止励磁涌流引起误动的方法防止励磁涌流引起误动的方法 3.间断角鉴别方法间断角鉴别方法 励磁涌流波形中会出现间断角，而变压器内部故励磁涌流波形中会出现间断角，而变压器内部故障时流入差动继电器的稳态电流不会出现间断角。障时流入差动继电器的稳态电流不会出现间断角。间断角鉴别方法就是利用这个特征，当间断角大间断角鉴别方法就是利用这个特征，当间断角大于整定值时将差动保护闭锁。于整定值时将差动保护闭锁。对称性涌流波宽对称性涌流波宽1
42、20，而故障电流波宽，而故障电流波宽180，再此基础上增加一个反映波宽的辅助判据，在波再此基础上增加一个反映波宽的辅助判据，在波宽小于宽小于140时将差动保护闭锁。时将差动保护闭锁。间断角原理采用按相闭锁的方法，在变压器内部间断角原理采用按相闭锁的方法，在变压器内部故障时，能够快速动作。这是比二次谐波制动方故障时，能够快速动作。这是比二次谐波制动方法优越的地方。法优越的地方。6.4变压器相间短路的后备保护变压器相间短路的后备保护 变压器的主保护通常采用差动保护和瓦斯保护。除主变压器的主保护通常采用差动保护和瓦斯保护。除主保护外，变压器还应装设相间短路和接地短路的后备保护外，变压器还应装设相间短
43、路和接地短路的后备保护。保护。后备保护的作用是为了防止由外部故障引起的变压器后备保护的作用是为了防止由外部故障引起的变压器绕组过电流，并作为相邻元件保护的后备以及在可能绕组过电流，并作为相邻元件保护的后备以及在可能的情况下作为变压器内部故障时主保护的后备。的情况下作为变压器内部故障时主保护的后备。变压器的后备保护通常采用过电流保护、低电压启动变压器的后备保护通常采用过电流保护、低电压启动的过电流保护、复合电压启动的过电流保护以及负序的过电流保护、复合电压启动的过电流保护以及负序过电流保护等。过电流保护等。过电流保护过电流保护 变压器过电流保护的工作原理与线路定时限过电变压器过电流保护的工作原理
44、与线路定时限过电流保护相同。保护动作后，跳开变压器两侧的断流保护相同。保护动作后，跳开变压器两侧的断路器。保护的启动电流按躲过变压器可能出现的路器。保护的启动电流按躲过变压器可能出现的最大负荷电流来整定，即最大负荷电流来整定，即电源侧电源侧降压变压器降压变压器过电流保护过电流保护 变压器的最大负荷电流应按下列情况考虑：变压器的最大负荷电流应按下列情况考虑：(1)对并联运行的变压器，应考虑切除一台最大容对并联运行的变压器，应考虑切除一台最大容量的变压器后，在其他变压器中出现的过负荷。量的变压器后，在其他变压器中出现的过负荷。(2)对降压变压器，应考虑负荷中电动机自启动时对降压变压器，应考虑负荷中
45、电动机自启动时的最大电流。的最大电流。保护的动作时限及灵敏系数校验与定时限过电流保护相同。保护的动作时限及灵敏系数校验与定时限过电流保护相同。按以上条件选择的启动电流，其值一般较大，往往不能满足作为相邻按以上条件选择的启动电流，其值一般较大，往往不能满足作为相邻元件后备保护的要求，为此需要采用以下几种提高灵敏性的方法。元件后备保护的要求，为此需要采用以下几种提高灵敏性的方法。6.4.2 低电压启动的过电流保护低电压启动的过电流保护 保护的启动元件包括电流继电器和低电压继电器。保护的启动元件包括电流继电器和低电压继电器。只有在电流元件和电压元件同时动作后，才能启动时间继只有在电流元件和电压元件同
46、时动作后，才能启动时间继电器，经过预定的延时后动作于跳闸。由于电压互感器回电器，经过预定的延时后动作于跳闸。由于电压互感器回路发生断线时，低电压继电器将误动作，因此在实际装置路发生断线时，低电压继电器将误动作，因此在实际装置中还需要配置电压回路断线闭锁功能。中还需要配置电压回路断线闭锁功能。采用低电压继电器后，电流继电器的整定值就可以不再考采用低电压继电器后，电流继电器的整定值就可以不再考虑并联运行变压器切除或电动机自启动时可能出现的最大虑并联运行变压器切除或电动机自启动时可能出现的最大负荷，而是按大于变压器额定电流整定。负荷，而是按大于变压器额定电流整定。低电压继电器的动作电压按以下条件整定
47、：低电压继电器的动作电压按以下条件整定：(1)按躲过正常运行时可能出现的最低工作电压整定。按躲过正常运行时可能出现的最低工作电压整定。(2)按躲过电动机自启动的电压整定。按躲过电动机自启动的电压整定。低电压启动的过电流保护原理接线图低电压启动的过电流保护原理接线图双侧电源或多侧并列电源变压器双侧电源或多侧并列电源变压器6.4.3 复合电压启动的过电流保护复合电压启动的过电流保护 这种保护是低电压启动过流保护的一个发展，它将原来的这种保护是低电压启动过流保护的一个发展，它将原来的三个低电压继电器改由一个负序过电压继电器和一个低电三个低电压继电器改由一个负序过电压继电器和一个低电压继电器构成。由于
48、发生各种不对称故障时，都能出现负压继电器构成。由于发生各种不对称故障时，都能出现负序电压，故负序过电压继电器作为不对称故障的电压保护。序电压，故负序过电压继电器作为不对称故障的电压保护。而低电压继电器则作为三相短路故障时的电压保护。而低电压继电器则作为三相短路故障时的电压保护。过电流及低电压继电器的整定原则与低电压启动过电流保过电流及低电压继电器的整定原则与低电压启动过电流保护相同。负序过电压继电器的动作电压按躲过正常运行时护相同。负序过电压继电器的动作电压按躲过正常运行时的负序滤过器出现的最大不平衡电压整定。的负序滤过器出现的最大不平衡电压整定。复合电压启动过电流保护在不对称故障时电压继电器
49、的灵复合电压启动过电流保护在不对称故障时电压继电器的灵敏度高，并且接线简单，因此应用比较广泛。敏度高，并且接线简单，因此应用比较广泛。复合电压启动的过电流保护原理接线图复合电压启动的过电流保护原理接线图在不对称故障时，电压继电器的灵敏度高，并且接线简单。在不对称故障时，电压继电器的灵敏度高，并且接线简单。6.4.4三绕组变压器相间短路后备特点三绕组变压器相间短路后备特点 三绕组变压器一侧断路器跳开后，另外两三绕组变压器一侧断路器跳开后，另外两侧还能够继续运行。侧还能够继续运行。所以三绕组变压器的相间短路的后备保护所以三绕组变压器的相间短路的后备保护在作为相邻元件的后备时，应该有选择地在作为相邻
50、元件的后备时，应该有选择地只跳开近故障点一侧的断路器，保证另外只跳开近故障点一侧的断路器，保证另外两侧继续运行，尽可能地缩小故障影响范两侧继续运行，尽可能地缩小故障影响范围；围；作为变压器内部故障的后备时，应该跳开作为变压器内部故障的后备时，应该跳开三侧断路器，使变压器退出运行。三侧断路器，使变压器退出运行。6.5 变压器接地短路的后备保护变压器接地短路的后备保护 电力系统中，接地故障是最常见的故障形式。接电力系统中，接地故障是最常见的故障形式。接于中性点直接接地系统的变压器，一般要求在变于中性点直接接地系统的变压器，一般要求在变压器上装设接地保护作为变压器主保护和相邻元压器上装设接地保护作为
