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110kV主变保护培训资料

110kV主变保护培训

一、主变保护配置:

变压器的主保护为差动保护和重瓦斯保护。差动保护作为变压器部以及套管引出线相间短路的保护以及中性点直接接地系统侧的单相接地短路保护,同时对变压器部绕组的匝间短路也能反应。瓦斯保护能反应变压器部的绕组相间短路、中性点直接地系统侧的单相接地短路、绕组匝间短路、铁芯或其它部件过热或漏油等各种故障。由上可以看出,差动保护对变压器部铁芯过热或因绕组接触不良造成的过热无法反应,且当绕组匝间短路时短路匝数很少时,也可能反应不出。而瓦斯保护虽然能反应变压器油箱部的各种故障,但对于套管引出线的故障无法反应,因此,通过瓦斯保护与差动保护共同组成变压器的主保护。

其它保护均为后备保护,其中电量保护包括相过流保护、零序过流保护、阻抗保护、间隙过流和间隙过压保护、过负荷保护,非电量保护元件包括气体继电器、压力释放阀、油压突变继电器、油位指示器、油温度控制器、绕组温度控制器等。

二、差动保护原理:

差动保护:反映变压器部故障(包括三侧或两侧CT之间的电缆)。以两圈变为例,采集变压器两侧的电流。正常情况,根据KCL定理,流入变压器电流等于流出变压器电流,即差流为零;如果变压器部故障,肯定有一侧的电流比较大,从而导致差流不为0,保护动作,见图(b)。如果是外部故障,流入变压器电流仍然等于流出变压器电流,保护不会动作,见图(a)。常见的差动有差流速断、比率差动等。

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微机型主变差动保护由二次谐波制动的比率差动保护和差动速断保护组成。并针对系统频繁发生的差动保护在差动回路TA断线或接触不良时发生误动问题,设计了TA断线闭锁装置。

1、比率差动的原理及动作特性(见下图):

变压器在正常负荷状态下,电流互感器的误差很校这时,差动保护的差回路不平衡电流也很小,但随着外部短路电流的增大,电流互感器就可能饱和,误差也随之增大,这时的不平衡电流也随之增大。当电流超过保护动作电流时,差动保护就会误动,因此,为了防止变压器区外故障发生时差动保护误动作,我们希望引入一种继电器,其动作特性是:它的动作电流将随着不平衡电流的增大而按比例增大,并且比不平衡电流增大的还要快,这样误动就不会出现。因此,我们在差动保护中引入了比率制动式差动继电器,它除了以差动电流作为动作电流外,还引入了外部短路电流作为制动电流。当外部短路电流增大时,制动电流也随之增大,使继电器的动作电流也相应增大,从而有效地防止了变压器区外故障发生时差动保护误动作,制动特性曲线见图1。

比率差动动作特性方程:(以其中一种为例)

Id>Icd Ir<IB 时

Id-Icd>kbl(Ir-IB) Ir>IB

式中Icd-差动电流起动定值

Id-差动电流动作值,Id=|i1+i2|

Ir制动电流,Ir=0.5(|I1|+|I2|)

K-比率制动系数,一般取0.5

IB-曲线拐点,一般取0.5Ie

即:当Ir<IB时,比率差动不带制动作用,

Ir>IB时,比率差动有较大的制动作用。

2、差动速断的作用:

一般情况下比率制动原理的差动保护能作为电力变压器主保护,但是在严重部故障时,短路电流很大的情况下,TA严重饱和使交流暂态传变严重恶化,TA的二次侧基波电流为零,高次谐波分量增大,反应二次谐波的判据误将比率制动原理的差动保护闭琐,无法反映区短路故障,只有当暂态过程经一定时间TA退出暂态饱和比率制动原理的差动保护才动作,从而影响了比率差动保护的快速动作,所以变压器比率制动原理的差动保护还应配有差动速断保护,作为辅助保护以加快保护在部严重故障时的动作速度。差动速断保护是差动电流过电流瞬时速动保护。

3、差动保护需解决问题:

3.1不平衡电流

3.1.1稳态情况下的不平衡电流

①变压器两侧电流相位不同

②电流互感器计算变比与实际变比不同

③变压器各侧电流互感器型号不同

④变压器带负荷调节分接头

3.1.2暂态情况下的不平衡电流的特点

①暂态不平衡电流含有大量的非周期分量,偏离时间轴的一侧。

②暂态不平衡电流最大值出现的时间滞后一次侧最大电流的时间(根据此特点靠保护的

延时来躲过其暂态不平衡电流必然影响保护的快速性)。

3.1.3减小不平衡电流的措施

(1)减小稳态情况下的不平衡电流。变压器差动保护各侧用的电流互感器,选用变压器差动保护专用的D级电流互感器;当通过外部最大稳态短路电流时,差动保护回路的二次负荷要能满足10%误差的要求。

(2)减小电流互感器的二次负荷。减小控制电缆的电阻(适当增大导线截面,尽量缩短控制电缆长度);采用弱电控制用的电流互感器(二次额定电流为lA)等

(3)采用带小气隙的电流互感器

(4)减小变压器两侧电流相位不同而产生的不平衡电流采用相位补偿(微机保护采用软件校正)

(5)减小电流互感器由于计算变比与标准变比不同而引起的不平衡电流采用数值补偿。

在变压器微机保护的软件中采用补偿系数使差动回路的不平衡电流为最小。

(6)由变压器两侧电流互感器型号不同而产生的不平衡电流,由整定值实现

(7)由变压器带负荷调整分接头而产生的不平衡电流,由整定值实现

(8)减小暂态过程中非周期分量电流的影响。差动保护采用具有速饱和特性的中间变流器

3.2励磁涌流问题:

在空载投入变压器或外部故障切除后恢复供电等情况下在空载投入变压器或外部故障切除后恢复供电等情况下,变压器励磁电流的数值可达变压器额定6~8倍变压器励磁电流通常称为励磁涌流。

3.2.1励磁涌流的特点:

①励磁电流数值很大,并含有明显的非周期分量,使励磁电流波形明显偏于时间轴的一侧。

②励磁涌流中含有明显的高次谐波,其中励磁涌流以2次谐波为主。

③励磁涌流的波形出现间断角。

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3.2.2克服励磁涌流对变压器纵差保护影响的措施:

①采用带有速饱和变流器的差动继电器构成差动保护;

②利用二次谐波制动原理构成的差动保护;

③利用间断角原理构成的变压器差动保护;

④采用波形分析识别闭锁原理构成的变压器差动保护。

三、主变非电量保护:

变压器非电量保护由保护装置、电气回路及安装在变压器上的非电量保护元件组成,利用温度、压力、流速等非电气物理量对变压器实施保护、指示、报警、控制、监测。

1、变压器本体应装设轻瓦斯及重瓦斯保护,轻瓦斯动作于信号,重瓦斯动作于跳闸。在瓦斯保护继电器,上部是一个密封的浮筒,下部是一块金属档板,两者都装有密封的水银接点。浮筒和档板可以围绕各自的轴旋转。在正常运行时,继电器充满油,浮筒浸在油,处于上浮位置,水银接点断开;档板则由于本身重量而下垂,其水银接点也是断开的。当变压器部发生轻微故障时,气体产生的速度较缓慢,气体上升至储油柜途中首先积存于瓦斯继电器的上部空间,使油面下降,浮筒随之下降而使水银接点闭合,接通延时信号,这就是所谓的“轻瓦斯”;当变压器部发生严重故障时,则产生强烈的瓦斯气体,油箱压力瞬时突增,产生很大的油流向油枕方向冲击,因油流冲击档板,档板克服弹簧的阻力,带动磁铁向干簧触点方向移动,使水银触点闭合,接通跳闸回路,使断路器跳闸,这就是所谓的“重瓦斯”。重瓦斯动作,立即切断与变压器连接的所有电源,从而避免事故扩大,起到保护变压器的作用。

2 、有载开关应装设重瓦斯保护,并动作于跳闸。

3 、变压器本体应设置油面过高和过低信号,有载调压开关宜设置油面过高和过低信号。

4 、变压器应装设温度保护,当运行温度过高时,变压器上层油温和绕组温度分两级(即低值和高值)动作于信号,且两级信号的设计应能让变电站值班员能够清晰辨别。

5、变压器本体应安装压力释放阀,设置压力释放阀的个数须符合国标要求,压力释放应动作于信号。

6、当变压器配置有油压突变继电器时,该继电器应动作于信号。

7、自然油循环风冷、强迫油循环风冷变压器,应装设冷却系统故障保护,当冷却系统部分故障时应发信号。

8、对强迫油循环风冷变压器,应装设冷却器全停保护。当冷却系统全停时,按第6章的要求整定出口跳闸。

9、为防止变压器冷却系统电源故障导致变压器跳闸停电,强迫油循环变压器的冷却系统必须有两个相互独立的冷却系统电源,并装有自动切换装置。

10、对有两组或多组冷却系统(“油泵+片式散热器”方式或冷却器方式)的变压器,应具备自动分组延时启停功能。

四、110kV 主变保护配置及整定原则

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