变压器保护任务3-55教案头：项目名称项目三二次回路接线与微机保护学时6学习型工作任务任务3-5变压器保护知识目标技能目标素质目标1.树立电力设备安1.会微机变压器差动保全意识，提高电力系1.熟悉变压器故障类型护定值设置和试验；统保护重要性认识；2.理解变压器气体保护32.会微机变压器后备保教学目标2.培养胆大心细，理解变压器差动保护护定值设置和试验；做事严谨工作作风；4.理解变压器后备保护53.会微机变压器接地短3.建立相互协作，理解变压器零序电流保路零序电流保护的定值护交流沟通团队精设置和试验。神。1.变压器保护整定计算工作任务2.变压器保护测试教学重点重点：变压器差动保护教学难点难点：变压器接地短路零序后备保护1.小组试验法（教-学）教学策略2.任务驱动法（做-练）1.教师讲解并做操作示范教学组织形式2.学生分组练习教学条件多媒体设备、电气工具、微机变压器保护装置、保护综合测试仪1.提交实验报告作业2.做课后练习题备注教学内容：一、任务概述供配电系统中，变压器是最为贵重的电气设备，变压器是实现供配电系统安全、经济、稳定运行的重要保障，应对变压器设置性能完善的继电保护。本次任务要熟悉电力变压器的故障类型和保护方式，理解变压器主保护的工作原理，熟悉变压器的后备保护，了解变压器的过负荷保护，能在微机变压器保护装置上设置保护定值并进行测试。二、知识准备1.电力变压器的故障类型、异常运行状态电力变压器是电力系统的重要设备。它的故障将对供电可靠性和系统安全运行带来严重影响。它的不正常工作状态将会威胁变压器绝缘或造成变压器过热，从而缩短变压器的使用寿命。因此应根据变压器的容1/11文档题目
1 / 11 文档题目 任务 3-5 变压器保护 教案头： 项目名称 项目三 二次回路接线与微机保护 学习型工作任务 任务 3-5 变压器保护 学时 6 教学目标 知识目标 技能目标 素质目标 1.熟悉变压器故障类型 2.理解变压器气体保护 3. 理解变压器差动保护 4.理解变压器后备保护 5. 理解变压器零序电流保 护 1.会微机变压器差动保 护定值设置和试验； 2.会微机变压器后备保 护定值设置和试验； 3.会微机变压器接地短 路零序电流保护的定值 设置和试验。 1.树立电力设备安 全意识，提高电力系 统保护重要性认识； 2.培养胆大心细， 做事严谨工作作风； 3.建立相互协作， 交 流 沟 通 团队精 神。 工作任务 1.变压器保护整定计算 2.变压器保护测试 教学重点 教学难点 重点：变压器差动保护 难点：变压器接地短路零序后备保护 教学策略 1.小组试验法（教-学） 2.任务驱动法（做-练） 教学组织形式 1.教师讲解并做操作示范 2.学生分组练习 教学条件 多媒体设备、电气工具、微机变压器保护装置、保护综合测试仪 作 业 1.提交实验报告 2.做课后练习题 备 注 教学内容： 一、任务概述 供配电系统中，变压器是最为贵重的电气设备，变压器是实现供配电系统安全、经济、稳定运行的重 要保障，应对变压器设置性能完善的继电保护。本次任务要熟悉电力变压器的故障类型和保护方式，理解 变压器主保护的工作原理，熟悉变压器的后备保护，了解变压器的过负荷保护，能在微机变压器保护装置 上设置保护定值并进行测试。 二、 知识准备 1．电力变压器的故障类型、异常运行状态 电力变压器是电力系统的重要设备。它的故障将对供电可靠性和系统安全运行带来严重影响。它的不 正常工作状态将会威胁变压器绝缘或造成变压器过热,从而缩短变压器的使用寿命。因此应根据变压器的容
量和重要程度装设性能优良、动作可靠的继电保护装置。1）变压器故障变压器故障分为油箱内故障和油箱外故障。油箱内故障，主要有绕组的相间短路、接地短路和匝间短路等。油箱内故障产生的高温电弧，不仅会损坏绝缘、烧毁铁心，而且由于绝缘材料和变压器油受热分解产生大量气体，有可能引起变压器油箱爆炸。油箱外故障，主要有套管和引出线上的相间短路及接地短路。2）变压器不正常工作状态变压器不正常工作状态，主要有外部短路引起的过电流、过负荷、油箱漏油引起的油位下降、冷却系统故障、变压器油温升高、外部接地短路引起中性点过电压、绕组过电压或频率降低引起过励磁等。2.变压器的瓦斯保护1）工作原理当变压器油箱内故障时，短路电流和故障点存在的高温电弧使变压器油和绝缘材料分解，产生大量气体，利用这些气体及其形成油流速度实现的保护，称为瓦斯保护，或气体保护。在变压器油箱内部故障产生轻微气体或油面降低时，轻瓦斯保护动作于发信号；当产生大量气体或油流速度超过整定值时，重瓦斯保护动作于跳开变压器各侧断路器。2）瓦斯保护接线瓦斯保护的主要元件是气体继电器。气体继电器安装在变压器油箱与油枕之间的连通管道中，如图5一1所示。gxB信号：信号PKCO口的KS2XBKS1XB1BG门a2YT+"%T卫2QF图5-1气体继电器安装示意图图5-2瓦斯保护的原理接线瓦斯保护的接线如图5一2所示。气体继电器KG的上触点为轻瓦斯保护，动作后经信号继电器KS1发出信号：继电器的下触点为重瓦斯保护，动作后经信号继电器KS2接通出口中间继电器KCO，作用于断路器跳闸，切除变压器。3）主要特点瓦斯保护的主要优点是结构简单、灵敏性高、能反应变压器油箱内的各种故障包括轻微的匝间短路故障。主要缺点是：（1）不能反应变压器套管和引出线的故障，因此，还需要引入其它主保护：（2）在变压器内部发生严重故障时，由于瓦斯保护要有一定的油流速度才能动作，因而动作速度不够快。3.变压器纵差动保护1）变压器差动保护原理双绕组变压器纵差动保护的原理接线图如图5-3所示。2 / 11文档题目
2 / 11 文档题目 量和重要程度装设性能优良、动作可靠的继电保护装置。 1）变压器故障 变压器故障分为油箱内故障和油箱外故障。油箱内故障，主要有绕组的相间短路、接地短路和匝间短 路等。油箱内故障产生的高温电弧，不仅会损坏绝缘、烧毁铁心，而且由于绝缘材料和变压器油受热分解 产生大量气体，有可能引起变压器油箱爆炸。油箱外故障，主要有套管和引出线上的相间短路及接地短路。 2）变压器不正常工作状态 变压器不正常工作状态，主要有外部短路引起的过电流、过负荷、油箱漏油引起的油位下降、冷却系 统故障、变压器油温升高、外部接地短路引起中性点过电压、绕组过电压或频率降低引起过励磁等。 2.变压器的瓦斯保护 1）工作原理 当变压器油箱内故障时，短路电流和故障点存在的高温电弧使变压器油和绝缘材料分解，产生大量气 体，利用这些气体及其形成油流速度实现的保护，称为瓦斯保护，或气体保护。在变压器油箱内部故障产 生轻微气体或油面降低时，轻瓦斯保护动作于发信号；当产生大量气体或油流速度超过整定值时，重瓦斯 保护动作于跳开变压器各侧断路器。 2）瓦斯保护接线 瓦斯保护的主要元件是气体继电器。气体继电器安装在变压器油箱与油枕之间的连通管道中，如图 5 —1 所示。 图 5-1 气体继电器安装示意图 图 5-2 瓦斯保护的原理接线 瓦斯保护的接线如图 5—2 所示。气体继电器 KG 的上触点为轻瓦斯保护，动作后经信号继电器 KS1 发出信号；继电器的下触点为重瓦斯保护，动作后经信号继电器 KS2 接通出口中间继电器 KCO，作用于 断路器跳闸，切除变压器。 3）主要特点 瓦斯保护的主要优点是结构简单、灵敏性高、能反应变压器油箱内的各种故障包括轻微的匝间短路故 障。主要缺点是：（1）不能反应变压器套管和引出线的故障，因此，还需要引入其它主保护；（2）在变压 器内部发生严重故障时，由于瓦斯保护要有一定的油流速度才能动作，因而动作速度不够快。 3.变压器纵差动保护 1）变压器差动保护原理 双绕组变压器纵差动保护的原理接线图如图 5-3 所示
i-ii+i图5-3变压器纵差动保护的原理接线图（1）正常运行和区外故障时，流入差动继电器KD的差动电流为Id=I，适当选择两侧电流互感器的变比和接线方式，可使I，=I，，既Ia=0，差动继电器不动作。（2）区内故障时，流入差动继电器KD的差动电流为Ia=1+I，此时Ia较大，可以使纵差动保护动作，切除故障变压器。纵差动保护的动作判据为Ia> Iop1,=i-i(5-1)2）变压器纵差动保护中的不平衡电流与减小措施①变压器两侧绕组连接方式不同产生不平衡电流双绕组变压器采用Y，d11接线方式时，会造成变压器d侧的线电流比Y侧的线电流在相位上超前30°，如果两侧电流互感器采用相同接线方式，即使I，和I，的数值相等，也会在差动继电器中产生很大的差动电流。为了消除这个电流，在微机保护中常通过程序校正变压器各侧电流的相位差，而在模拟式的差动保护中，常采用相位补偿法消除这个电流，既将变压器Y侧的电流互感器的二次侧接成d接线方式，而将变压器d侧的电流互感器的二次侧接成Y接线方式，这样可以使两侧电流互感器二次连接臂上的电流I-I和I，相位一致，如图5-4所示。tik1/KD1D2KDiih(a)图5-4Y，d11接线的变压器两侧互感器的接线及电流相量图对双绕组变压器两侧电流互感器变比的选择应该满足3/11文档题目
3 / 11 文档题目 图 5-3 变压器纵差动保护的原理接线图 （1）正常运行和区外故障时，流入差动继电器 KD 的差动电流为 '' 2 ' 2 I d I I ， 适当选择两侧电流互 感器的变比和接线方式，可使 '' 2 ' 2 I I ，既 0 I d ，差动继电器不动作。 （2）区内故障时，流入差动继电器 KD 的差动电流为 '' 2 ' 2 I d I I ，此时 I d 较大，可以使纵差动保护 动作，切除故障变压器。纵差动保护的动作判据为 d op I I '' 2 ' 2 I I I d （5-1） 2）变压器纵差动保护中的不平衡电流与减小措施 ①变压器两侧绕组连接方式不同产生不平衡电流 双绕组变压器采用Y，d11接线方式时，会造成变压器d侧的线电流比Y侧的线电流在相位上超前30°， 如果两侧电流互感器采用相同接线方式，即使 ' 2 I 和 '' 2 I 的数值相等，也会在差动继电器中产生很大的差动 电流。为了消除这个电流，在微机保护中常通过程序校正变压器各侧电流的相位差，而在模拟式的差动保 护中，常采用相位补偿法消除这个电流，既将变压器 Y 侧的电流互感器的二次侧接成 d 接线方式，而将变 压器 d 侧的电流互感器的二次侧接成 Y 接线方式，这样可以使两侧电流互感器二次连接臂上的电流 ' ' A B I I 和 ' a I 相位一致，如图 5-4 所示。 图 5-4 Y，d11 接线的变压器两侧互感器的接线及电流相量图 对双绕组变压器两侧电流互感器变比的选择应该满足
nrA.d=nT(5-3)nTA.Y3②两侧电流互感器型号不同产生不平衡电流由于变压器两侧的额定电压不同和额定电流不同，其两侧选用的电流互感器型号是不同的，因此它们的励磁特性也不相同，由此产生的不平衡电流就较大。通常引入同型系数K，来消除互感器型号不同所产生的不平衡电流，当两个电流互感器型号相同时，取K，=0.5，否则取K，=1。③两侧电流互感器的计算变比与实际变比不同产生不平衡电流④变压器带负荷调整分接头产生不平衡电流电力系统中常采用带负荷调整变压器分接头的方法来调整系统的电压，而调整分接头实际上是改变变压器的变比，其结果必然将破坏电流互感器二次电流的平衡关系，产生了新的不平衡电流。这个电流要在整定计算时考虑躲过，一般引入系数分量△U。③变压器励磁涌流产生不平衡电流当变压器空载投入或外部故障切除后电压恢复时，变压器电压从零或很小的数值突然上升到运行电压。在这个电压上升的暂态过程中，变压器可能会严重饱和，产生很大的暂态励磁电流，称为励磁涌流。励磁涌流的最大值可达额定电流的4一8倍，励磁涌流全部流入差动继电器中，形成较大的不平衡电流。U+0i(0)dm+d.暂态磁通中、稳态磁通42u0OBM(b)(a)5-6变压器空载投入时电压和磁通波形图5-7单相变压器励磁涌流曲线为了躲过不平衡电流的影响，差动保护的动作值应其和的最大值，在变压器区外故障时，它们的和值达到最大，计算式为：Iumb.max =(0.1KmpKs +Af. +AU)/k.mx (5-4)4.比率制动特性的纵差动保护在双绕组变压器中，假设两侧电流的参考正方向如图5-3所示，如果动作量取两侧电流的差值1: :·.I。=[,-I2，制动量取两侧二次电流和值的一半的绝对值Ibrk=I，+I。那么，在微机纵差动保护中，2保护的动作条件就是按图5-9所示的特性进行判断。+ Ik-act0NKlk-bik图5-9比率制动特性在图5-9中，折线PQS为比率制动特性曲线，P点对应的动作电流Iop.mm为最小动作电流，N点对应的制动电流Ibrk.min为最小制动电流，也称为拐点电流，QS的斜率为K。显然折线PQS上方的区域为动作区，下方为制动区。在PQ段，当Ibrk≤Ibrk.min时，差动电流只要大于最小动作电流Iop.min，保护就可动作，即制动电流较小时，采用较小的差动动作电流，保证内部轻微故障时具有较高的灵敏度。在QS段，动作电4 / 11文档题目
4 / 11 文档题目 , 3 , T TA Y TA d n n n (5-3) ② 两侧电流互感器型号不同产生不平衡电流 由于变压器两侧的额定电压不同和额定电流不同，其两侧选用的电流互感器型号是不同的，因此它 们的励磁特性也不相同，由此产生的不平衡电流就较大。通常引入同型系数 Kst 来消除互感器型号不同所 产生的不平衡电流，当两个电流互感器型号相同时，取 0.5 Kst ，否则取 1 Kst 。 ③两侧电流互感器的计算变比与实际变比不同产生不平衡电流 ④变压器带负荷调整分接头产生不平衡电流 电力系统中常采用带负荷调整变压器分接头的方法来调整系统的电压，而调整分接头实际上是改变变压器 的变比，其结果必然将破坏电流互感器二次电流的平衡关系，产生了新的不平衡电流。这个电流要在整定 计算时考虑躲过，一般引入系数分量 U 。 ⑤变压器励磁涌流产生不平衡电流 当变压器空载投入或外部故障切除后电压恢复时，变压器电压从零或很小的数值突然上升到运行电压。 在这个电压上升的暂态过程中，变压器可能会严重饱和，产生很大的暂态励磁电流，称为励磁涌流。励磁 涌流的最大值可达额定电流的 4—8 倍，励磁涌流全部流入差动继电器中，形成较大的不平衡电流。 5-6 变压器空载投入时电压和磁通波形图 5-7 单相变压器励磁涌流曲线 为了躲过不平衡电流的影响，差动保护的动作值应其和的最大值，在变压器区外故障时，它们的和值 达到最大，计算式为： .max .max (0.1 ) unb np st za k I K K f U I （5-4） 4．比率制动特性的纵差动保护 在双绕组变压器中，假设两侧电流的参考正方向如图 5-3 所示，如果动作量取两侧电流的差值 '' 2 ' 2 I I I d ，制动量取两侧二次电流和值的一半的绝对值 '' 2 ' 2 2 1 I I I brk 。那么，在微机纵差动保护中， 保护的动作条件就是按图 5-9 所示的特性进行判断。 图 5-9 比率制动特性 在图 5-9 中，折线 PQS 为比率制动特性曲线，P 点对应的动作电流 op.min I 为最小动作电流，N 点对应的 制动电流 brk.min I 为最小制动电流，也称为拐点电流，QS 的斜率为 K。显然折线 PQS 上方的区域为动作区， 下方为制动区。在 PQ 段，当 brk brk.min I I 时，差动电流只要大于最小动作电流 op.min I ，保护就可动作，即 制动电流较小时，采用较小的差动动作电流，保证内部轻微故障时具有较高的灵敏度。在 QS 段，动作电
流随制动电流的增大按比例增加，差动电流位于QS线上方时，保护才动作，即在外部故障制动电流较大时，采用较大的差动动作电流，保证区外故障时保护不误动。动作方程为：[Id > Iop.min (I brk ≤ I brk.min)(5-6)[Ia > Iop.min + K(Ibrk - I brk.mm )(Ibrk > Ibrk.min)K = Igmx -lgpm(5-7)I brk.max I brk.min保护的整定计算就是确定最小动作电流Iop.min，拐点电流Ibrk.min和制动特性的斜率K。最小动作电流按经验公式可以取为：1op.min = (0.2 ~ 0.4)IN拐点电流可以取为：I brk.mn = (0.8 ~ 1)I n5.变压器电流速断保护对6.3MVA以下厂用工作变压器和并列运行的变压器，以及1OMVA以下厂用备用变压器和单独运行的变压器，当后备保护动作时限大于0.5s时，应装设电流速断保护。它与瓦斯保护配合，可以保护变压器内部和电源侧套管及引出线上全部故障。电流速断保护装设在变压器电源侧，电源侧为直接接地系统时，保护采用完全星形接线：电源侧为非直接接地系统时，保护采用两相不完全星形接线，保护动作于跳开两侧断路器。其单相原理接线图如图5一11所示。QF1 +信号扫窗萄[E1x1+吉QF215K2图5-11变压器电流速断保护单相原理接线图保护的动作电流取下列两条件的较大者作为整定值：(1)按躲过变压器负荷侧母线上K2点短路时流过保护的最大短路电流计算，即Iop = Krel k2.max(2)按躲过变压器空载投入时的励磁涌流计算，通常取动作电流Iop大于3-5倍的变压器额定电流IT.NIop =(3 ~ 5)IT.N保护的灵敏系数按保护安装处KI点最小两相短路电流校验，即Ksen = Ik1.min /lop ≥26.变压器的相间后备保护对于变压器相间短路故障，变压器不但要装设瓦斯保护和纵差动保护作为主保护，同时还要装设相间后备保护，以作为内部短路时的近后备，又作为相邻元件的后备保护。变压器的相间短路后备保护通常采用过电流保护、低电压起动的过电流保护、复合电压启动的过电流保护以及负序电流保护。1）过电流保护变压器过电流保护单相原理接线图如图5-11所示，其工作原理与线路定时限过电流保护相同。5/11文档题目
5 / 11 文档题目 流随制动电流的增大按比例增加，差动电流位于 QS 线上方时，保护才动作，即在外部故障制动电流较大 时，采用较大的差动动作电流，保证区外故障时保护不误动。 动作方程为： ） ） .min .min .min .min .min ( )( ( d op brk brk brk brk d op brk brk I I K I I I I I I I I （5-6） .max .min .max .min brk brk op op I I I I K （5-7） 保护的整定计算就是确定最小动作电流 op.min I ，拐点电流 brk.min I 和制动特性的斜率 K。 最小动作电流按经验公式可以取为： op N I (0.2 ~ 0.4)I .min 拐点电流可以取为： brk N I (0.8 ~ 1)I .min 5.变压器电流速断保护 对 6.3MVA 以下厂用工作变压器和并列运行的变压器，以及 10MVA 以下厂用备用变压器和单独运行的变 压器，当后备保护动作时限大于 0.5s 时，应装设电流速断保护。它与瓦斯保护配合，可以保护变压器内部 和电源侧套管及引出线上全部故障。 电流速断保护装设在变压器电源侧，电源侧为直接接地系统时，保护采用完全星形接线；电源侧为非 直接接地系统时，保护采用两相不完全星形接线，保护动作于跳开两侧断路器。其单相原理接线图如图 5 —11 所示。 图 5-11 变压器电流速断保护单相原理接线图 保护的动作电流取下列两条件的较大者作为整定值： ⑴按躲过变压器负荷侧母线上 K2 点短路时流过保护的最大短路电流计算，即 op rel k2.max I K I ⑵按躲过变压器空载投入时的励磁涌流计算，通常取动作电流 Iop 大于 3-5 倍的变压器额定电流 T.N I ， op T.N I (3 ~ 5)I 保护的灵敏系数按保护安装处 K1 点最小两相短路电流校验，即 Ksen Ik1.min /Iop 2 6.变压器的相间后备保护 对于变压器相间短路故障，变压器不但要装设瓦斯保护和纵差动保护作为主保护，同时还要装设相间 后备保护，以作为内部短路时的近后备，又作为相邻元件的后备保护。变压器的相间短路后备保护通常采 用过电流保护、低电压起动的过电流保护、复合电压启动的过电流保护以及负序电流保护。 1）过电流保护 变压器过电流保护单相原理接线图如图 5-11 所示，其工作原理与线路定时限过电流保护相同