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變壓器繼電保護(hù)的介紹

冬至子 ? 來(lái)源:電力知識(shí)論壇 ? 作者:電力知識(shí)論壇 ? 2023-07-06 11:27 ? 次閱讀

一、變壓器的故障:

1.內(nèi)部故障:

變壓器內(nèi)故障主要包括繞組相間短路、繞組匝間短路及中性點(diǎn)接地系統(tǒng)繞組地接地短路等。這些故障危害很大,因?yàn)槎搪?a href="http://www.nxhydt.com/tags/電流/" target="_blank">電流產(chǎn)生的高溫電弧不僅會(huì)燒毀繞組絕緣盒鐵芯,還會(huì)使絕緣材料和變壓器油分解而產(chǎn)生大量氣體,有可能使變壓器油箱局部變形、破裂,甚至發(fā)生油箱爆炸事故。因此,當(dāng)變壓器發(fā)生內(nèi)部故障時(shí),必須迅速將變壓器切除。

2.外部故障:

變壓器外部故障主要是變壓器套管和引出線(xiàn)上發(fā)生的相間短路和接地短路。發(fā)生這類(lèi)故障時(shí),也應(yīng)迅速切除變壓器,以盡量減少短路電流對(duì)變壓器地沖擊。

二、變壓器不正常工作狀態(tài):

變壓器不正常工作狀態(tài)主要變現(xiàn)為:

(1)外部短路引起的電流。

(2)過(guò)負(fù)荷。

(3)油箱漏油造成的油面降低。

(4)變壓器中性點(diǎn)電壓升高或外部電壓過(guò)高或頻率降低等引起的過(guò)勵(lì)磁。

三、變壓器應(yīng)裝設(shè)的保護(hù)裝置:

(1)反映變壓器油箱內(nèi)部故障和油面降低的瓦斯保護(hù)。

(2)反映變壓器繞組和引出線(xiàn)相間短路、中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)繞組和引出線(xiàn)的單相接地短路的縱差保護(hù)或電流速斷保護(hù)。

(3)反映變壓器外部相間短路并作為瓦斯保護(hù)盒差動(dòng)保護(hù)(或電流速斷保護(hù))后備的過(guò)電流保護(hù)(或復(fù)合電壓起動(dòng)的過(guò)電流保護(hù)或負(fù)序過(guò)電流保護(hù))。

(4)反映中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中變壓器外部、內(nèi)部接地短路的零序電流保護(hù)。

(5)反映變壓器對(duì)稱(chēng)過(guò)負(fù)荷的過(guò)負(fù)荷保護(hù)。

(6)反映變壓器過(guò)勵(lì)磁的保護(hù)。

變壓器的主保護(hù):

一、瓦斯保護(hù):

(一)瓦斯保護(hù)的基本工作原理

反映故障時(shí)氣體數(shù)量和油流速度的保護(hù)稱(chēng)為瓦斯保護(hù)。當(dāng)變壓器內(nèi)部故障時(shí),故障點(diǎn)局部高溫使變壓器油溫升高,體積膨脹,油內(nèi)空氣被排出而形成上升氣體。

若故障點(diǎn)產(chǎn)生電弧,則變壓器油和絕緣材料將分解出大量氣體,這些氣體自油箱流向儲(chǔ)油柜。故障程度越嚴(yán)重,產(chǎn)生氣體越多,流向儲(chǔ)油柜的油流速度越快。

由于氣體數(shù)量和油流速度能直接反映變壓器故障性質(zhì)和嚴(yán)重程度,股產(chǎn)生少量氣體和氣流速度較小時(shí),輕瓦斯動(dòng)作于信號(hào);故障嚴(yán)重,油流速度高時(shí),重瓦斯保護(hù)瞬時(shí)作用于跳閘。

氣體繼電器是構(gòu)成瓦斯保護(hù)的主要元件,它是安裝在油箱與儲(chǔ)油柜的聯(lián)管中部,這樣油箱內(nèi)部氣體必須通過(guò)氣體繼電器才能流向儲(chǔ)油柜。為了使氣體順利地流向儲(chǔ)油柜,老式變壓器要求油箱與聯(lián)管都要有一定傾斜度,其中油箱要求有1%-1.5%,聯(lián)管要求有2%-4%的傾斜度。

新型的變壓器在容易聚集氣體的地方(如套管升高座)裝有集氣分管,各集氣分管都接入集氣總管,然后將集氣總管接到氣體繼電器前端的聯(lián)管上。這樣,只要集氣管和聯(lián)管有一定傾斜度,氣體就能流入儲(chǔ)油柜,所以油箱就沒(méi)有傾斜度方面的要求了。

目前,國(guó)內(nèi)采用開(kāi)口杯擋板式氣體繼電器,其工作原理如下:

(1)正常工作時(shí),開(kāi)口杯中充滿(mǎn)了油,由于開(kāi)口杯自身重力產(chǎn)生的力矩小于平衡錘產(chǎn)生的力矩,所以開(kāi)口杯向上頂,干簧觸點(diǎn)斷開(kāi)。

(2)當(dāng)變壓器油箱內(nèi)部發(fā)生輕微故障時(shí),少量氣體將聚集在繼電器的頂部,使繼電器內(nèi)的油面下降,開(kāi)口杯露出油面,由于開(kāi)口杯自身重量加上杯內(nèi)的油重量所產(chǎn)生的力矩大于平衡錘產(chǎn)生的力矩,因此開(kāi)口杯向下轉(zhuǎn)動(dòng),當(dāng)固定在開(kāi)口杯上的磁鐵隨開(kāi)口杯下降到接近干簧觸點(diǎn)時(shí),該觸點(diǎn)閉合發(fā)出輕瓦斯動(dòng)作信號(hào)。

(3)當(dāng)油箱內(nèi)部發(fā)生嚴(yán)重故障時(shí),就會(huì)產(chǎn)生大量的氣體并伴隨著油流沖擊擋板,當(dāng)油流速度達(dá)到繼電器的整定值時(shí),擋板被沖到一定的位置,固定在擋板上的磁鐵就接近于干簧觸點(diǎn),使該觸點(diǎn)閉合,該觸點(diǎn)閉合動(dòng)作于斷路器跳閘。

(二)瓦斯保護(hù)的整定:

1.輕瓦斯保護(hù)的整定:

輕瓦斯動(dòng)作值的大小用氣體容量大小表示。一般輕瓦斯保護(hù)的氣體容積范圍為20-300cm3;氣體容量的調(diào)整可通過(guò)改變重錘的力臂長(zhǎng)度來(lái)實(shí)現(xiàn)。

2.重瓦斯保護(hù)的整定:

重瓦斯保護(hù)動(dòng)作值的大小用油流速度大小來(lái)表示。對(duì)油流的一般要求:自冷式變壓器為0.8-1.0m/s,強(qiáng)油循環(huán)變壓器為1.0-1.2m/s,120MVA以上的變壓器為1.2-1.3m/s。

(三)瓦斯保護(hù)的優(yōu)缺點(diǎn):

瓦斯保護(hù)的主要優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,能全面反映變壓器油箱內(nèi)部的各種故障。特別是當(dāng)發(fā)生匝間短路且被短接的匝數(shù)很少時(shí),故障回路的電流雖然很大,可能造成嚴(yán)重的局部過(guò)熱,但反映在外部電路的電流變化卻很小,甚至連靈敏性較高的差動(dòng)保護(hù)也可能不動(dòng)作。

因此,瓦斯保護(hù)對(duì)反映這類(lèi)故障具有特別重要的意義。此外,瓦斯保護(hù)是鐵芯燒損的唯一保護(hù)。瓦斯保護(hù)由于簡(jiǎn)單、靈敏、經(jīng)濟(jì)而被廣泛使用,在800KVA及以上的油浸式變壓器和400KVA及以上的室內(nèi)油浸式變壓器均應(yīng)裝設(shè)瓦斯保護(hù)。

瓦斯保護(hù)的主要缺點(diǎn)是不能反映變壓器套管及引出線(xiàn)的故障。所以瓦斯保護(hù)不能作為變壓器地唯一主保護(hù),它與差動(dòng)保護(hù)共同作為變壓器地主保護(hù)。

圖片

二、差動(dòng)保護(hù):

(一)差動(dòng)保護(hù)的基本原理:

變壓器差動(dòng)保護(hù)是按循環(huán)電流原理構(gòu)成的,它能正確區(qū)分變壓器內(nèi)、外故障,并能瞬時(shí)切除保護(hù)區(qū)內(nèi)的故障。變壓器兩側(cè)分別裝設(shè)電流互感器TA1和TA2,其二次線(xiàn)圈按環(huán)流原則相串聯(lián),差動(dòng)繼電器接在差流回路上。

正常運(yùn)行或外部故障時(shí),變壓器兩側(cè)都有電流通過(guò),兩個(gè)電流互感器的變比若選擇適當(dāng)時(shí),二次電流I12和I22的大小相等,方向相同,而在差動(dòng)回路中I12和I22的方向相反,因而差動(dòng)繼電器KD中的電流等于兩側(cè)電流互感器二次電流之差,電流為零,所以正常運(yùn)行或外部故障時(shí)繼電器不會(huì)動(dòng)作。

當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生故障時(shí),兩側(cè)電流互感器的二次電流Id12和Id22在差動(dòng)回路中方向相同,差動(dòng)繼電器流過(guò)的電流為兩電流之和,使差動(dòng)繼電器動(dòng)作。

實(shí)際上,由于變壓器勵(lì)磁涌流、接線(xiàn)方式和電流互感器的誤差等因素的影響,差動(dòng)繼電器中會(huì)流過(guò)不平衡電流,不平衡電流越大,繼電器的動(dòng)作電流越大,致使差動(dòng)保護(hù)的靈敏性降低。因此差動(dòng)保護(hù)需要解決的主要問(wèn)題之一是采用各種措施避免不平衡電流的影響,在保證選擇性的條件下,還要保證內(nèi)部故障時(shí)有足夠的靈敏性和速動(dòng)性。

(二)差動(dòng)保護(hù)的特殊問(wèn)題:

1.勵(lì)磁電流的影響:

變壓器正常運(yùn)行時(shí)的勵(lì)磁電流只流過(guò)電源側(cè),通過(guò)電流互感器反映到差動(dòng)回路造成不平衡電流。不過(guò)在正常情況下,變壓器勵(lì)磁電流很小,一般不超過(guò)額定電流的1%;在外部故障時(shí),由于電壓降低,勵(lì)磁電流也減小,所以它的影響就更小,故在實(shí)際整定時(shí)不予考慮。

2.勵(lì)磁涌流的影響:

當(dāng)變壓器空載合閘時(shí),可能出現(xiàn)很大的勵(lì)磁涌流,其值最大可達(dá)變壓器額定電流的6-8倍。它經(jīng)變壓器電源側(cè)電流互感器傳到二次側(cè),如流入差動(dòng)回路,往往會(huì)導(dǎo)致差動(dòng)保護(hù)的誤動(dòng)作。

防止勵(lì)磁涌流引起差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)的措施:

(1)采用差動(dòng)速斷保護(hù)。由于差動(dòng)速斷保護(hù)有固有動(dòng)作時(shí)間,故動(dòng)作電流無(wú)需避開(kāi)最大電流,此方案靈敏性低,只適用于小型變壓器。

(2)采用帶中間速飽和變流器的差動(dòng)繼電器。中間速飽和變流器可以抑制勵(lì)磁涌流的傳變,從而防止保護(hù)的誤動(dòng)。但由于內(nèi)部短路時(shí)暫態(tài)電流也含有非周期分量,故保護(hù)應(yīng)延時(shí)動(dòng)作。

加之由于三相涌流中往往有一相無(wú)非周期分量,以致該相速飽和變流器不起作用,這又必須使保護(hù)動(dòng)作值加大,故保護(hù)的靈敏性降低。由于這種方法動(dòng)作遲緩,靈敏性差,只適用于中、小型變壓器。

(3)采用二次諧波制動(dòng)。在勵(lì)磁涌流中,除基波、非周期分量電流以外,二次諧波電流為最大,這是勵(lì)磁涌流最明顯的特征,因?yàn)樵谄渌r下,很少有二次諧波產(chǎn)生。這是大型變壓器差動(dòng)保護(hù)防止勵(lì)磁涌流的主要措施。

(4)利用勵(lì)磁涌流波形具有明顯間斷角的特征來(lái)避免勵(lì)磁涌流。目前有兩種方案,一種是直接鑒別間斷角的大小來(lái)判斷是勵(lì)磁涌流還是內(nèi)部短路。另一種是比較勵(lì)磁涌流和二次短路電流的變化率。

(5)在變壓器各電壓側(cè)的繞組上單獨(dú)裝設(shè)差動(dòng)保護(hù),于是勵(lì)磁涌流不再進(jìn)入差動(dòng)回路。

3.變壓器各側(cè)電流相位不同的影響:

變壓器長(zhǎng)采用Y,d11接線(xiàn)方式,因此,變壓器兩側(cè)電流的相位不一致。在正常情況下,變壓器三角形側(cè)的線(xiàn)電流比星形側(cè)對(duì)應(yīng)的電流超前30°。若兩側(cè)電流互感器采用相同的接線(xiàn)方式,則二次側(cè)電流也相差30°。因此必須補(bǔ)償由于兩側(cè)電流相位不同而引起的不平衡電流。

4.各側(cè)電流互感器誤差不同的影響:

由于各電流互感器勵(lì)磁特性不同及二次負(fù)荷不同,因此在差動(dòng)回路中會(huì)引起較大的不平衡電流。

5.電流互感器的計(jì)算變比與選用的標(biāo)準(zhǔn)變比不同的影響:

這種變比不同會(huì)引起不平衡電流,當(dāng)這種不平衡電流大于5%額定負(fù)載電流時(shí),應(yīng)采取補(bǔ)償措施。常用補(bǔ)償方法是采用輔助自耦變流器,或利用差動(dòng)繼電器的平衡線(xiàn)圈來(lái)進(jìn)行平衡。

6.變壓器調(diào)壓的影響:

變壓器在運(yùn)行中需要根據(jù)系統(tǒng)電壓的要求進(jìn)行調(diào)壓,實(shí)際上就是改變變壓器的變比,因此將產(chǎn)生不平衡電流。

不平衡電流的大小與調(diào)壓的范圍有關(guān)。由于在運(yùn)行中不可能隨變壓器分接頭改變而重新調(diào)整繼電器,因此,由于變壓器調(diào)壓而引起的不平衡電流應(yīng)在整定保護(hù)動(dòng)作值時(shí)考慮躲過(guò)。

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