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对双绕组升压变压器

日期:2019-11-08 12:44 来源:

  

对双绕组升压变压器

  

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对双绕组升压变压器

  第10章 电力变压器的继电保护 10.1 概述 1. 变压器的故障: 各相绕组之间的相间短路 油箱内部故障 单相绕组部分线匝之间的匝间短路 单相绕组或引出线通过外壳 发生的单相接地故障 引出线的相间短路 油箱外部故障 绝缘套管或引出线通过外壳发 生的单相接地短路 2. 变压器不正常工作状态: A、油箱漏油造成油面降低 B、外加电压过高或频率降低 过励磁 C、外部短路或过负荷 过电流 10.2 电力变压器的纵差保护 一、变压器纵差保护的基本原理 按比较被保护的变压器两 侧电流的大小和相位的原 理实现的。 被保护元件两端安装 变比不同的LH; 二次侧同极性端用导线 联接 LJ并接于两LH连线)正常运行和外部短路时: 流过差动继电器的电流为 = 0 (理论值) = (实际值) 由于电流互感器特性、变比等因素,流过继 电器的电流为不平衡电流 。 (2)变压器内部故障时: 流入差动继电器的电流为 (双端供电) (单端供电) 该电流大于KD的动作电流时,KD动作,使DL1、 DL2同时跳闸,将故障变压器退出工作。 差动保护是不带时限,动作迅速的保护。 二、由于变压器各侧额定电压和额定电流不同, 必须适当选择各侧电流互感器的变比 正常运行或外部故障时 所以两侧的CT变比应不同,且应使 即: 或 = 按相实现的纵差动保护,其电流互感器变比的选 择原则是两侧CT变比的比值等于变压器的变比。 三、变压器纵联差动保护的特点 (不平衡电流产生的因素及其防止措施) 1. 电流互感器型号不同而产生的不平衡电流 (1)原因:高压侧——套管式LH 低压侧——线)解决办法:应按误差的要求选择两侧的电流互 感器 ,确定差动保护的动作电流时,引入一个同 型系数 。 同型—— Kst=0.5 不同型——Kst=1 Ibp. CT =Kst?fer? I / nl1 d.max 其中Kst =1 2.由变压器两侧电流相位不同而产生的不平衡电流: Y.d11 接线方式——两侧电流的相位差30°。 消除方法:相位校正。 变压器Y侧CT(二次侧):Δ形。 变压器Δ侧CT(二次侧):Y形。 可见,差动臂中的电流同相位了,但 为使正常运行或区外故障时, Ir=0,则应使 高压侧电流互感变比加大√3倍. 该项不平衡电流消除。 3.计算变比与实际变比不同而产生的不平衡电流: CT的变比是标准化的. 如:600/5, 800/5, 1000/5, 1200/5. 所以,很难完全满足 即Ir≠0,产生Ibp. 或 例:一台 31.5MVA ,两侧电压分别为 10.5KV(Δ) 和115KV(Y),Y/Δ-11接线的变压器 两侧额定电流:I1e=31.5MVA/ I2e=31.5MVA/ *10.5KV=1730A *115KV=158A 选择LH变比:低压侧 nL1=2000/5=400 高压侧 nL2= *158/5≈300/5=60 两臂电流:i1=1730/400=4.32A i2= *158/60=4.55A 不平衡电流:Ibp=i2-i1=4.55-4.32=0.23A 4.由变压器带负荷调整分接头而产生的不平衡电流: 改变分接头→改变nB→破坏 产生新的不平衡电流. nl2/ nl1= n B 的关系. (CT二次侧不允许开路,即nl2, nl1不能改变), 此不平衡电流在整定计算中应予以考虑. 由以上分析可知,稳态情况下, Ibp由三部分组成. Ibp= Ibp.T+ Ibp. +Ibp. ΔU CT 5.暂态情况下的不平衡电流: 1)、 非周期分量的影响: 比稳态 Ibp 大 , 且含有很大的非周期分量 , 持续时间比 较长(几十周波). 变压器两侧电流互感器的铁芯特性及饱和程度不同。 最大值出现在短路后几个周波 . 引入非周期分量函数 Kfzq. Ibp.CT=Kfzq?fer?Kst?Id.max/ nl1 2) 由励磁涌流产生的不平衡电流: (1)励磁涌流: 变压器空载合闸(副边开路,原边投入电网称空载合闸) 时的暂态励磁电流只存在变压器电源侧。通过电流互感器 反应到差动回路中不能被平衡, (2)产生原因: 在稳态工作情况下,铁心中的磁通应滞后于外加电压 90度。 u,φ 0 u φm φ -φm ωt u,φ u 0 2φ m+ φ φ s Φs(剩磁) ωt 若 =0 瞬间空载投入变压器,铁心中应该 具有磁通 -Φm 但是由于铁心中的磁通不能突变,必须产生一个非周 期分量的磁通+Φm ,将 -Φm抵消。 如果不计非周期分量的衰减,则经半个周期以后,总磁通将达到 Φmax=2Φm+Φs φ φ φ 0 s m 2φ m+ φ s IL 励磁涌流iL 3)特点:变压器正常运行——励磁涌流iL≤3~6%Ie 空载合闸——励磁涌流iL≥6~8 Ie Ibp↑↑ ① ② ③ 有很大的非周期分量分量. 有很大的谐波分量,尤以二次谐波为主.(20%基波) 波形间出现间断;在一个周期中间断角为α。 在变压器纵差动保护中防止励磁涌流影响的方法有: (1)采用具有速饱和铁心的差动继电器; (2)鉴别短路电流和励磁涌流波形的差别; (3)利用二次谐波制动 。 确定动作电流计算值 ① 躲开励磁涌流: I op.cal ? K rel I L. max ② 躲开TA二次回路断线影响: I op.cal ? K rel I N ③ 躲开外部短路时流经保护的最大不平衡电流: I op.cal ? K rel I unb. max ? K rel ( I unb.1 ? I unb.2 ? I unb.3 ) 根据经验,可靠系数取1.3。其中: I unb.1 ? K unp K ts f er I k . max I unb.2 ? ?U h I k .h. max ? ?U m I k .m. max ?U h( m) ——高、中压侧调压分接头调压范围的一半; K ts ——两侧TA同型系数,型号相同取0.5,不同取1; ——TA的最大误差,取10%; ?f er ——计算误差,初次计算取0.05; I k .max ——流经保护的最大外部短路电流; I unb.3 ? ?f er.1 I k .1. max ? ?f er.2 I k .2. max f er 若是双绕组变压器,则: I op.cal ? K rel I unb. max ? 1.3(K ts f er ? ?U ? ?f er ) I k . max 保护动作电流计算值取上述三条件最大值。 10.4 电力变压器的瓦斯保护 一、 瓦斯继电器的构成和动作原理 当变压器油箱内部发生故障时,短路电流产生的电弧 使变压器油和其它绝缘材料分解,从而产生大量的可燃性 气体,人们将这种可燃性气体统称为瓦斯气体。 故障程度越严重,产生的瓦斯气体越多,流速越快, 气流中还夹杂着细小的、灼热的变压器油。它们将从油箱 流向油枕的上部。当严重故障时,油会迅速膨胀并产生大量的气 体,此时将有剧烈的气体夹杂着油流冲向油枕的上部。 瓦斯保护是利用变压器油受热分解所产生的热 气流和热油流来动作的保护。 变压器安 装示意图 安装位置:安 在油枕之间的 连接管道上。 2、瓦斯保护的接线 KG上接点:闭合后延时发出“轻瓦斯动作信号” KG下接点:动作后经KS启动出口继电器KCD, 使变压器各侧断路器跳闸。 瓦斯保护能反应油箱内部的各种故障,如铁芯过 热烧伤、油面降低等,但差动保护对此无反应。 又加变压器绕组发生少数线匝的匝间短路,虽 然短路匝内短路电流很大会造成局部绕组严重过 热产生强烈的油流向油枚方向冲击,但表现在相 电流上其量值却并不大,因此差动保护没有反应, 但瓦斯保护对此却能灵敏地加以反应, 但瓦斯保护不能反应油箱外的套管及引出线上的 故障,而差动保护能够反映 。 10.4 电力变压器电流速断保护 对于容量较小的变压器,可在电源侧装设电流速断保护。 对变压器及其引出线上各种型式的短路进行保护。 保护动作电流: 1)按大于变压器负荷侧母线上短路时流过保护的最大短 路电流 2) 躲过变压器空载投入时的励磁涌流 取上述两条件较大值为整定值。 要求在保护安装处K2点发生两相金属性短路进行 校验: ≥2 适用:2000KVA以下变压器 反映变压器电源侧引出线、套管及绕组 的相间短路;与重瓦斯保护配合作为主保护。 缺点:只可切除变压器电源侧及油箱内部发生 的各种故障;负荷侧套管及引出线相间短路 保护不到,只能由后备保护动作 10.5 电力变压器相间短路后备保护 区外故障:过电流保护——远后备 区内故障:近后备 一、保护作用 二、安装地点 一般装于电源侧 动作跳两侧DL,或按先后秩序跳闸。 三、种类 过电流保护(降压变压器)Iop1—— 灵敏度低 带低电压起动的过电流保护Iop2 灵敏度高 复合电压起动的过电流保护Iop3 (一)过电流保护 特点:不带电压闭锁 适用:降压变压器 安装:电源侧 接线:大接地电流系统——三相三继电 小接地电流系统——两相两继电 或两相三继电器 (用于提高 Y/Δ变压器后故障短路时保 灵敏度) 动作电流: 躲开B最大负荷电流 最大负荷电流确定 并列变压器 可靠系数,取1.2~1.3 返回系数,取0.85 或高压侧(升压变)DL 近后备——跳两侧DL 动作结果:远后备——跳低压侧(降压变)DL 对降压变压器应考虑电动机的自起动电流。 过电流保护的动作电流为 I op ? K relKst K re Ie T 保护装置的灵敏度校验 接线图 信号 (二)低电压起动的过电流保护 组成: 1~3KA——完全星形接线KV——线电压 原理过程: 短路——跳1QF、2QF KS发信号 适用:双侧电源变压器或多台并列运行变压器 特点:为提高保护装置灵敏度,可采用两套低电压继电 器(高、低压侧线电压)→接线复杂 整定: 电流元件——躲开变压器额定电流(不考虑Kst) 电压元件——70%Ue。x(保护安装侧额定线电压) 时间元件——阶梯原则 只有电压测量元件和电流测量元件同时动作后 才能起动时间继电器,经预定的延时发出跳闸脉冲。 3、复合电压起动的过电流保护 原理接线(反映不对称故障) 输入——Ua、Ub、Uc 输出——Umn 原理— 输入正序电压:Umn=0 U2接点闭合 输入负序电压 U2接点断开 时间元件:阶梯原则 正常:U2接点闭合,不动作 对称短路: ? 三相短路开始瞬间一般会短时出现一个负序电压 , U2动作 不对称短路: 出现负序电压,U2动作 定值确定: 1)电流元件 躲开变压器Ie。B(不须考虑自起动系数Kzq) 可靠系数,取1.2 返回系数,取0.85 2)低压元件 3)负序电压元件 躲开正常时的不平衡电压 低压元件灵敏度 : > 1.2 > 1.2 负序电压元件灵敏度 4、三绕组变压器后备保护配置 对于三绕组变压器的后备保护,当变压器油箱内部 故障时,应断开各侧断路器, 当油箱外部故障时,只应断开近故障点侧的变压器 断路器,使变压器的其余两侧继续运行。 1)对单侧电源的三绕组变压器: 应设置两套后备保护,分别装于电源侧和负荷侧。 保护带两级时限,以较小的时限跳开变压器断路器 QF3,以较大的时限断开变压器各侧断路器。 单侧电源三绕组变压器后备保护配置图 2)对于多侧电源的三绕组变压器,应在三侧都装 设后备保护。 5、变压器的过负荷保护 至信号 ~ 变压器过负荷电流三相对称,过负荷保护装置只采用一个 电流继电器接于一相电流回路中,经过延时后发出信号。 1)对双绕组升压变压器,装于发电机电压侧。 2)对一侧无电源的三绕组升压变压器,装于发电机电压侧 和无电源侧。 3)对三侧有电源的三绕组升压变压器,三侧均应装设。 4)对于双绕组降压变压器,装于高压侧。 5)仅一侧电源的三绕组降压变压器,若三侧的容量相等, 只装于电源侧;若三侧的容量不等,则装于电源侧及容量 较小侧。 6)对两侧有电源的三绕组降压变压器,三侧均应装设。 装于各侧过负荷保护,经过同一时间继电器作用于信号。 过负荷保护电流确定: 时间元件 —— 6~10s (考虑:比过流保护大2Δt;大于电动机 自起动时间) 对于全绝缘与分级绝缘的解释: (1)分级绝缘就是变压器的靠近中性点部分绕组的主绝缘, 其绝缘水平比端部绕组的绝缘水平低,而与此相反,一般变 压器首端与尾端绕组绝缘水平一样叫全绝缘。 (2)从变压器的绝缘角度来说,电力系统中运行的变压器 分为全绝缘和分级绝缘变压器,对于全绝缘变压器其中性点 绝缘水平与相线端绝缘水平相同,但对于分级绝缘变压器其 中性点绝缘水平比相线KV级绝缘,330KV 变压器中性点用154KV级绝缘)。 (3)分级绝缘和全绝缘的最简单区别在于如果变压器中性 点瓷瓶是A.B.C三相瓷瓶长度的一半则为分级绝缘.如果一样 则为全绝缘。 10.6 电力变压器的零序保护 要求:大电流接地系统中的变压器,一般要求在 变压器上装设接地(零序)保护。 作为变压器本身主保护的后备保护和相邻元件接地 短路的后备保护。 有若干台变压器并联运行的变电站: 采用一部分变压器中性点接地运行,而另一部分 变压器中性点不接地运行的方式。 1、中性点直接接地变压器的零序电流保护 保护的动作时限 比引出线零序电流后备段的最大动作时限 大一个阶梯时限△t。 为了缩小接地故障的影响范围及提高后备保护动 作的快速性,通常配置为两段式零序电流保护, 每段各带两级时限。 较短时限断开母联或分段断路器,较长时间段 开变压器断路器,解列灭磁。 零序Ⅰ段作为变压器及母线的接地故障后备保护,与引出线 零序Ⅰ段在灵敏系数上配合整定,以较短延时(t1)作用于 跳开母联或分段断路器QF,以较长延时(t2)跳开变压器各 侧断路器。零序Ⅱ段作为引出线接地故障的后备保护,应该 与其零序保护的后备段配合,t3与相邻元件后备段动作延 时配合,t4比t3延长一个阶梯时限。 保护的动作电流 按与被保护侧母线引出线零序电流保护后备段 在灵敏度上相配合的条件来整定 保护的灵敏系数 按后备保护范围末端接地短路校验,灵敏系 数应不小于1.2。 2、中性点可能接地或不接地变压器的接地保护 如图所示两台升压变压器并列运行,其中T1中性点接 地运行,T2中性点不接地运行。 △ △ △ 对于中性点有两种运行方式的变压器: 需要装设两套相互配合的接地保护装置: (1)零序过电流保护─用于中性点接地运行方式; (2)零序过电压保护─用于中性点不接地运行方式。 按下列原则来构成保护: (1)对于分级绝缘变压器应先切除中性点不接地运 行的变压器,后切除中性点接地运行的变压器; (2)对于全绝缘变压器应先切除中性点接地运行的 变压器,后切除中性点不接地运行的变压器。 1)全级绝缘变压器 对于全绝缘变压器应先切除中性点接地运行的变 压器,后切除中性点不接地运行的变压器。 1)全级绝缘变压器 零序电流保护作为变压器中性点直接接地运行时的保护 (接地故障时先动作切除) 零序电压保护,作为变压器中性点不接地运行时 的保护 (中性点直接接地运行变压器全部断开后才动作) 2)分级绝缘变压器 对于分级绝缘变压器应先切除中性点不接地运行 的变压器,后切除中性点接地运行的变压器; 小结: 瓦斯保护是作为变压器本体内部匝间短路、 相间短路以及油面降低的保护,是变压器的 内部短路故障的主保护; 变压器差动保护是用来反应变压器绕组、引出线及 套管上的各种相间短路,也是变压器的主保护。 35KV变压器保护配置图 差动保护 测 量 后备保护 差动保护 110KV变压器保护配置图 系统侧 负荷侧 差动保护 后备保护 测 量 差动保护 后备保护 测 量 测 量 后备保护 差动保护 发电厂侧

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