变压器保护设计 2

变压器的故障类型主要有：1、油箱内故障：包括绕组的相间短路、接地短路、匠间短路以及铁心的烧损等，这些故障将产生电弧，烧坏绕组绝缘及铁心，引起绝缘材料及变压器油的强烈气化，甚至造成油箱的爆炸。2、油箱外的故障：主要是套管和引出线上发生相间短路、接地短路等。

变压器的不正常运行状态主要有：1、由于变压器外部相间短路引起的过电流和中性点过电压；2、由于负荷超过额定容量而引起的过负荷。3、由于漏油等原因而引起的油面降低。

根据以上故障类型和不正常运行状态，应装设下列保护装置：

1、瓦斯保护：反应变压器油箱内部故障和油面降低的保护，容量为800KVA及以上的油浸式变压器，均应装设瓦斯保护。当油箱内部故障产生轻微瓦斯或油面下降时，保护装置应瞬时动作于信号；当产生大量的瓦斯时，瓦斯保护应动作于断开变压器各电源侧断路器。

2、纵联差动保护：反应变压器绕组和引出线的相间短路的保护，对其中性点直接接地侧绕组和引出线的接地短路以及绕组匝间短路能起保护作用。且容量为6300KVA及以上的厂用工作变压器和并列运行的变压器、10000KVA及以上厂用备用变压器和单独运行的变压器、以及2000KVA及以上用电流速断保护灵敏性不符合要求的变压器应装设纵联差动保护。

3、复合电压闭锁过电流保护：反应外部相间短路引起的变压器过电流的保护。宜用于升压变压器和系统联络变压器及过电流保护不符合灵敏性要求的降压变压器。保护动作后，应带时限动作于跳闸。

4、零序过电流保护：外部接地短路时的保护，110KV及以上中性点直接接地电网中，如果变压器中性点可能接地运行，对于两侧或三侧电源的升压变压器或降压变压器上应装设零序电流保护，作为变压器主保护的后备保护，并作为其他元件的后备保护。

5、过负荷保护：对于400KVA及以上的变压器，当数台并列运行或单运行并作为其他负荷的备用电源时，应根据可能过负荷的情况装设过负荷保护。保护接于一相电流上，延时作用于信号。

8-2 瓦斯保护

一、瓦斯保护：当在变压器内部发生故障时，由于故障点电流和电弧的作用，将使变压器油及其它绝缘材料因局部受热而分解产生气体，因气体比较轻，它们将从油箱流向油枕的上部，。当故障严重时，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。利用油箱内部故障时的这一特点，可以构成反应于上述气体而动作的保护装置，称为瓦斯保护。保护装置由排出气体的数量和速度直接反应变压器故障的性质和严重程度，分重瓦斯和轻瓦斯。保护装置接线由信号回路和跳闸回路组成，变压器内部发生轻微故障时，继电器触点闭合，发出瞬时“轻瓦斯动作”信号。变压器内部发生严重故障时，油箱内产生大量的气体，强烈的油流冲击挡板，继电器触点闭合，发出重瓦斯跳闸脉冲，跳开变压器各侧断路器，因重瓦斯继电器触点有可能瞬时接通，故跳闸回路中一般要加自保持回路。变压器严重漏油使油面降低时，继电器动作，同样发出“轻瓦斯动作”信号。

1、瓦斯保护的整定

3

一般瓦斯气体容积整定范围为250-300cm，变压器容量在10000KVA以上时，一般正常整定值

为250cm，气体容积整定值是利用调节重锤的位置来改变的。

2、重瓦斯保护油流速度

重瓦斯保护 动作的油流速度整定范围为0.6-1.5m/s，在整定流速时均以导油管中的流速为准，而不依据继电器处的流速。根据运行经验，管中的油流速度整定为0.6-1m/sJ时，保护反映变压器内部故障是相当灵敏的。但是，在变压器外部故障时，由于穿越性故障电流的影响，在导油管中的流速为准约为0.4-0.5m/s。因此，为发防止穿越性故障时瓦斯保护误动作，可将油流速度整定范围为1m/s。

8-3 纵联差动保护

瓦斯保护虽然可以快速而灵敏地反应变压器的各种故障，但却不能保护套管和引出线等油箱外部的故障，因此，在容量较大的电力变压器上，几乎毫无例外地都装有纵差动保护。纵差动保护和瓦斯保护均属于变压器的主保护，它们配合使用的结果，使保护的性能更加全面、更为完善。

变压器纵联差动保护在正常运行和外部故障时，理想情况下，流入差动继电器的电流等于零。但实际上由于变压器的励磁电流、接线方式和电流互感器误差等因素的影响，变压器差动保护的不平衡电流远比发电机差动保护的大，，变压器差动保护需要解决的主要问题是采取各种措施避越不平衡电流的影响，在满足选择性的条件下，还要保证在内部故障时有足够的灵敏系数和速动性。

一、三绕组变压器差动保护分析：1、为保证动作的选择性，保护装置的动作电流必须躲过外部短路时的最大不平衡电流和励磁电流。但不平衡电流要比普通变压器大，为提高保护的灵敏度，大多数情况都采用制动特性的差动保护。2、变压器的接线组别不同时，其两侧的电流相位关系也不同，这时，即使变压器两侧电流互感器的二次电流的大小相等，也会在差动回路中产生不平衡电流，为消除这种不平衡电流的影响，通常采用相位补偿的方法，即将变压器星形接线一侧电流互感器的二次绕组接成三角形，而将变压器角形接线一侧电流互感器的二次绕组接成星形，便将电流互感器二次电流的相位校正过来。3、由于电流互感器不能按需要选择，出现电流互感器的计算变比与实际变比不相符的问题，以致在差动回路中产生不平衡电流，所以可利用BCH型差动继电器中的平衡绕组，通过磁势平衡的原理来消除这种不平衡电流的影响。4、对于多绕组变压器，当采用BCH-2型差动保护不能满足灵敏度要求时，用BCH-1型。

一、 采用BCH-1型的差动保护的整定计算

1、计算变压器各侧归算至同一容量的一次额定电流，选择保护用电流互感器的变比，并计算其二次回路额定电流。采用110KV侧为基本侧，有关参数表8-1 额定电压(KV) 额定电流(A) 变压器绕组 电流互感器接线 计算变流比 115 251 Y Δ 37 780 Y Δ 1351/5 10.5 2749 Δ Y 2749/5 8-1。

3

2513435 55600/5 选电流互感器变比 2500/5 5000/5 各臂额定电流(A) 2.7 25133.62 60052.75

2、计算短路电流：计算结果如下：

3、确定制动线圈的接入方式：将制动线线圈接到10.5侧，因为在该侧发生外部短路时，流过变压器的穿越性短路电流和流过保护装置的不平衡电流为最大。4、确定保护装置的一次动作电流：

(1)、躲过变压器的最大励磁电流 Idz=Kk×Ie=1.5×251=3765A

(2)、躲过35KV侧外部短路时的最大不平衡电流：式中

(3)3

IdZ=Kk(KzqKtxfwc+ΔU+Δfph)Idmax/nl=1.3（1×1×0.1+0.5+0.05）×6.24×10×37/115=520A 式中 Kk—— 取1.3 ；ΔU——取0.05； Ktl——同型系数，型号不同，Ktx=1; Kzq——非周期分量引起的误差，0.1; fwc——容许最大相对误差，取0.1；

fph——继电器平衡线圈相对误差，取0.05；

(3)、躲过电流互感器二次回路断线的最大负荷电流： Idz=KkIe=1.3X251=326.3A

则：保护装置基本侧的动作电流取： Idz.jb=520A

4、确定差动继电器的动作电流和基本侧差动线圈匝数。 (1)、差动继电器的动作电流：

Idz.J.jb=Kjx×Idz.jb/nlh=（3×520）/（600/5）=7.51A (2)基本侧差动线圈计算匝数

Ncd.js=（IN）o/Idz.J.jb=60/7.51=7.99匝 (3)、基本侧差动线圈实际匝数为7匝。 (4)、继电器的实际动作电流为： Idz=（7.51/3 ）×（600/5）=520.3A

5、确定其它侧工作线圈及平衡线圈匝数。 （1）、(1)、35KV侧平衡线圈的计算匝数为：

Nph.jz.35=（Ie.2.110-Ie.2.35）× Nct.z/Ie.2.35=（3.62-2.70）×7/2.70=2.39匝 选用Nph.jz.35=2匝。

(2)10.5KV侧平衡线圈计算匝数：

Nph.jz.10.5=（Ie.2.110-Ie.2.10.5）× Ncd.z/Ie.2.10.5=（3.62-2.75）×7/2.75=2.21匝 选用Nph.gz.10.5=2匝

实际工作线圈匝数为：

Ngz.10.5=Nph.z.10.5+Ncd.js=2+7=9匝

6、计算由于整定匠数与计算匝数不等使二次电流不能完全平衡而产生的相对误差： Δfph.35=（Nph.js.35-Nph.z.35）/（Nph.js.35+Ncd.js）=（2.39-2）/（2.39+7）=0.042 Δfph.10.5=（Nph.js.10.5-Nph.z.10.5）/（Nph.js.10.5+Ncd.js）=（2.21-2）/（2.21+7）=0.023 由此可知，实际误差均小于假定值符合0.05，符合要求。

7、确定动系数和制动线圈的匝数

制动系数按躲过10.5KV侧外部短路的最大不平衡电流选择，即：

Kz.h=Kk（Ktx ×fwc+

Δu110+Δu10.5+Δfph.10.5）

=1.3×（1×0.1+0.05+0.05+0.023） =0.29

制动线圈匝数：

Nzh=（Kzh×Ng.10.5）/n=0.29×9/0.9=2.9匝

制动线圈的实际整定匝数选为： Nzh.z=3匝

这时制动线圈匝数的实际值为：

Nzh.z=Kzh×Nzh.z/Nz.h=0.29×3/2.9=0.3 8、校验保护装置的灵敏度 (1)、在系统最小运行方式下：

当35KV侧发生两相短路时，保护装置的灵敏度最低，此时计算工作安匝

23

(IN)g=Ig.35×Ncd.js=Kjx×Id.min×Ncd.js/Nlh.35=（32 ×3×6.048×10×7）/（2500/5）

=127安匝

当35KV侧故障时，制动线圈内无短路电流，只需计负荷电流的制动作用，此时计算制动安匝： （IN.）zh=Kjx×Ie.10.5×Nzh.z/Nlh.10.5=1×2749×3/5000/5=8.2安匝 由BCH-1型继电器制动特性线可知：

当（IN）zh=8.2安匝时， （IN）dz.j=60安匝， Klm=（IN）g/（IN）dz.j=127/60=2.12

(2)、在系统最小运行方式下，当110KV侧单相接地短路时，

3

（IN）g=Ig.110×Ncd.js=Kjx×Id.min×Ncd.js/Nlh.110

=3 ×（ 1/3）×9×108×103×7×（1/2 ）/ （6000/5）=265.7安匝

（IN）zh=8.2安匝时， （IN）d.z.j=60安匝

Klm=（IN）g/（IN）dz.j =265.7/60 =4.4

由以上计算可知 ，灵敏系数Klm > 2，由此可见装设BCH-1型可满足要求。

8– 4 变压器的复合电压闭锁过流保护

一、 三绕组变压器过流保护分析

1、三绕组变压器当外部短路时，过流保护应保证有选择性的只断开直接供给故障点短路电流那一侧的断路器，从而使另外两侧绕组仍然可以继续工作。

2、在两侧电源的三绕组变压器上，应当在三侧都装设过电流保护，而且在动作时限最小的一侧加方向元件，以保证动作的选择性，在装设方向元件后，还应采取措施，保证在变压器内部故障时能起后备作用。 3、 为提高保护的灵敏度，以及简化接线，装设复合电压起动的过流保护。

二、 复合电压起动的过流保护整定

在变压器的三侧均装设有复合电压起动的过流保护

1、 保护装置的动作电流

Idz.110=Kk/Kf×Ieb.110=1.2/0.85×251=354.4A Idz.35=Kk/Kf×Ieb.35=1.2/780=1101.2A

Idz.10.5=Kk/Kf×Ieb10.5=1.2/0.85 ×2749=3880.9A 2、 继电器的动作电流为

Idz.j.110=Idz.110/nl=354.4/（ 600/5）=2.95A Idz.j.35=Idz.35/nl=1101.2/（2500/5）=2.20A Idz.j.10.5=Idz.10.5/nl=3880.9/（5000/5）=6.47A 3、 负序电压继电器起动电压，按躲过正常运行的不平衡电压整定。

（1）、一次侧整定电压

Udz.110=0.06Ue=0.06×115=6.9KV Udz.35=0.06×37=2.22KV Udz10.5=0.06×10.5=0.63Kv

（2）、二次侧整定电压

Udz.j.110=Udz.110/ny

3

=6.9×10/（110000/100） =6.27V

3

Udz.j.35=Udz.35/ny=2.22×10/（35000/100）=6.34V

3

Udz.j.10.5=Udz.10.5/ny=0.63×10/（10500/100）=6V

4、 各侧最小两相短路电流

（2）

110Kv侧： Imin=35.16KA

（2）

35 Kv侧： Imin=5.20KA

（2）

10.5 Kv侧：Imin=7.51KA

5、各侧灵敏度校验：

（2）

110 Kv侧：Klm=Imin.110/Idz.110

3

=7.51×10/354.4 =21.19 （2）

35 Kv侧： Klm=Imin.35/Idz.35

3

=5.20×10/1101.2 =4.72 （2）

10.5 Kv侧：Klm=Imin.10.5/Idz.10.5

3

=35.16×10/3880.9 =9.05

由以上计算可知：灵敏度满足Klm＞2 6、 动作时限整定

考虑到发电机动作保护时间一般为4S，故变压器保护动作时间为3.5S。

8-5零序过电流保护

在大接地电流系统，为防止母线和引线上的接地短路，在三侧都有电源而中性点接地的变压器上，一般装设零序过电流保护，作为相邻元件及变压器本身主保护的后备。 零序过电流保护的整定原则

（1）、零序电流保护的后备段在灵敏度上相配合：

Idz.o=Kph×Kfzh.o×Idz.xl.o

式中：Kph—— 配合系数 ，取1.1-1.2

Kfzh.o—— 零序电流分支系数，等于出线零序电流保护后备段保护范范围

末端接地短路时，流过本保护的零序电流与流过线路零序保护的零序电流之比：应取值为最大的运行方式进行计算。

Idz.xl.o——出线零序电流保护后备段动作电流。

(2)、与中性点不接地运行的变压器的零序电压元件在灵敏度上相配合，当零序电压元件处于动作边缘时的动作电流为

Idz.o=Kph×3Io.js=Kph ×Udz.o/Xo.b

式中：Kph—— 配合系数，取为1.1。

Xo.b—— 被保护变压器的零序电抗。

Io.js—— 当零序电压处于动作边缘时，流过被保护变压器的

零序电流。

灵敏系数校验原则：

Klm=3Id.o/Idz.o

式中：Id.o—— 在最小运行方式下，当出线末端金属性短路时，流过保护安

装处的零序电流。 动作时限整定：tdz=2S

8-6过负荷保护

变压器的过负荷电流，在大多数情况下都是三相对称的，过负荷保护只要接往入一电流，用一个电流继电器来实现。过负荷保护通常通过延时作用于信号。 过负荷保护的动作电流，按躲过额定电流来整定： Idz=Kk/Kf × Ie

式中：

Kk—— 可靠系数，取1.05 Kf—— 返回系数，取0.85 Ie—— 保护安装处的额定电流 （1） 、高压侧装设过负荷保护

Idz=Kk/Kf ×Ie=1.05/0.8 ×251=329.4A Idz.j=Idz/n110=329.4/（600/5）=2.745

（2） 中压侧装设过负荷保护

Idz=Kk/Kf ×Ie=1.05/0.85 × 780=963.5A

Idz.j=Idz/n35=963.5/（1500/5）=3.212A

（3） 低压侧装设过负荷保护

Idz=Kk/Kf × Ie=1.05/0.85 ×2749=3395.8A Idz.j=Idz/n10.5=3395.8/（3000/5）=5.66A

灵敏系数校验

（1）、高压侧：

Klm=Id

（2）

min/Idz=[8.672X10×（3/2）]/329.4

3

=22.8 （2）、中压侧： Klm=Id

（2）

min/Idz=[6.01X10×（3/2）]/963.5

3

=5.4 （3）、低压侧： Klm=Id

（2）

min/Idz=[40.598×10×（3/2）]/5.66

3

=6212

由以上计算表明，所装保护均满足灵敏度要求，

动作时限整定： tdz=10S

变压器总接线说明

(1)纵差动保护 由BCH-1型差动继电器1CJ、2CJ、3CJ和信号继电器1XJ组成，是变压器内部短路的主保护，其保护范围包括电流互感器1LH、5LH和10LH之间的区域。保护动作后，通过出口中间继电器BCJ使三侧断路器1DL、2DL和3DL瞬时跳闸。

(2)、瓦斯保护：是变压器油箱内部所有故障的主保护，由瓦斯WSJ、信号继电器2XJ及XJ等组成，轻瓦斯接点仅作用信号：重瓦斯接点则可动作于变压器三侧断路器瞬时跳闸，也可通过切换片QP切换于动作信号。

(3)、零序保护：是110KV侧接地故障的后备保护，由反应3I0的电流继电器LJ0、反应于3U0的电压继电器YJ0、时间继电器1SJ以及信号继电器4XJ和8XJ等组成，设桥式接线中的另一台变压器中性点不接地，而被保护变压器的中性点接地。当发生单相接地短路时，LJ0与YJ0动作并1起动SJ，1SJ以较小的时限断开另一台变压器中性点不接地的变压器；如果接地故障仍然存在，则以较长的时限断开之台中性点接地变压器的所在三侧断路器。

(4)、过电流保护：为外部及内部相间故障的后备保护，在高、中、低压三侧分别装设。

110KV侧采用的是复合电压起动的过电流保护，由电压继电器1YJ、负序电压继电器1FYJ、中间继电器1YZJ、电流继电器1LJ、2LJ、3LJ以及时间继电器2SJ、信号继电器5XJ等组成。电流继电器按三相星形接线接在110KV侧的电流互感器2LH上。1YJ和1FYJ分别为对称短路与不对称短路的电压起动元件，接在110KV侧的电压互感器上，它们均通过中间继电器1YZJ来实现。保护动作后，经2SJ的整定时限动作本侧断路器1DL跳闸。

35KV侧的过流保护有两套，一套是带方向元件的，采用了两相不完全星形接线，为外部短路的后备保护；一套是不带方向元件的，

采用两相三继电器式接线，为内部短路时的后备保护。它们共用了一套复合电压起动元件。全部保护由复合电压元件，电流继电器、中间继电器、功率方向继电器以及时间继电器和信号继电器等组成。当在35kv侧母线或引出线上发生相间短路时，带方向元件的过流保护动作，使时间继电器动作，以较小的时限断开35kv的母联短路器。如果故障仍然存在，则以较长的时限断开35kv侧2DL。当在变压器内部发生故障时，带方向元件的变保护出口继电器BCJ将三侧短路器全部切除。

6-10kv侧的过流保护采用两相不完全星形接线，由电流继电器、时间继电器及信号继电器组成。保护设有两段时限，以较小的时限使6-10kv母线分段断路器跳闸，以较长时限跳开变压器6-10kv侧的断路器3DL。

（5）、过负荷保护：由于是双侧电源的三绕组变压器，所以在三侧均装设过负荷保护。

保护分别设有单独的信号继电器和出口连片，以便根据需要投入或退出保护，并在保护动作后做出相应指示，使运行人员便于对故障进行分析和处理。

所有的保护动作时，都是经过各自的信号继电器起动出口中间继电器32，它动作后去跳开主断路器和灭磁开关MK。为了保证在两套以上保护同时动作时，相应的信号继电器可靠动作，在出口中间继电器2的线圈上并联附加电阻50。该电阻的作用是使并联的各信号继电器流过较大的电流，保证各信号继电器可靠地动作。

结束语

在张敏教授的精心指导和全组同学的共同努力下，我对胜利火电厂的电气部分进行了设计，现在终于圆满完成了设计任务。

因为有张教授的指导，设计进行的很顺利。在这次设计中，我又对本专业的几门课程进行了一次全面深入的复习，使得本来看似孤立的知识面得以贯穿，紧密地联系起来。通过本次设计，锻炼了独立解决问题的能力，同时，也感到了实践经验的缺乏，就提醒我在今后要注意理论联系实际，学以至用。

在本次设计中，张老师和广大同学都给了我很大帮助，在此表示衷心地感谢。

由于时间紧促，实践经验缺乏，加上水平有限，设计说明书中出现错误在所难免，希望各位老师和广大同学批评指正！