变压器继电保护原理范文篇1

摘要:文章系统分析了“工频变化量”技术的理论基础和在各种保护装置中的实际应用,并总结了这些保护装置的独特优势。

关键词:工频变化量;原理;微机保护

abstract:thepapersystematicallyanalyzedtheorybasisofdpfctechnologyanditsapplicationinallkindsofprotectiondevices,andthensummeduptheuniqueadvantagesofthesedevices.

keywords:deviationofpowerfrequencycomponent;principle;microcomputerprotection

在我国电力系统继电保护领域,南瑞继保公司无疑是占尽技术优势和市场优势的领头羊。之所以能够取得这样辉煌的成就,是与南瑞继保公司董事长、中国工程院院士沈国荣先生和他创立的“工频变化量”理论紧密联系在一起的。基于这种原理的保护装置在安全性、快速性、灵敏性和选择性等各方面都有很大的提高,但是在传统的教科书中并没有具体的理论讲述,厂家的说明书也很不详细。下面将从原理和实际应用方面进行具体地分析。

1工频变化量deviationofpowerfrequencycomponent(dpfc)原理分析

工频变化量的理论基础为叠加原理,即电力系统发生故障时,经过渡电阻短路,可认为是过渡电阻下面的一点金属性短路,即该点对系统中性点电压为零,可认为该点与中性点之间串联2个大小相等、相位相反的电压源,依然保持该点与中性点间电压为零,见图1。

“叠加”有2个含义:①短路后任一点的电压,如保护安装处m母线的电压(即m点到中性点电压,是我们关心的,箭头向上表示电位为升,m母线为正,中性点为负,),等于2个图中相应点的电压之和(二种状态)。②短路后某个支路的电流,如流过保护的电流,等于2图中相应支路的电流之和。从重叠原理本身来说,对uf没有要求,可以任意取值,但在保护装置里uf取短路点短路以前的电压,es、er为电源电势,在短路前后不变,因此,图1称为正常负荷状态,图2称短路附加状态,目的就是凑出这二种状态。

与常规的稳态量保护装置不同,基于工频变化量原理的保护装置只是“考虑”短路附加状态的各种电气量,而不考虑正常负荷状态的各种电气量。在附加状态中,只有短路点有一个电压源,电气量全部为变化量用符号表示。微机保护中正在采样的u、i减去“历史”上采样出来的u、i,即为加在继电器上的u、i。zs为保护背后电源的等值阻抗,zr为保护正方向的所有阻抗,s为保护背后中性点,由下图4、图5可得出2个基本关系式:

2变压器的工频变化量比率差动保护

变压器有70%左右的故障是匝间短路,为了提高小匝间短路时差动保护的灵敏度,常规的比率制动特性差动保护中的起动电流往往整定得较小,例如整定成0.3~0.5倍的额定电流,而且初始部份没有制动特性,见下图6。

但运行实践证明这样的差动保护往往在区外短路或短路切除的恢复过程中由于各侧电流互感器暂态或稳态特性不一致或者2次回路时间常数的差异或者电流互感器饱和造成保护误动。南瑞继保公司rcs978系列保护装置在传统的差动保护基础上另外又增加了工频变化量差动继电器,提高了变压器小匝数的匝间短路时的灵敏度,由于制动系数取得较高,在发生区外各种故障、功率倒方向、区外故障中出现ta饱和与ta暂态特性不一致等状态下也不会误动作。使得保护的安全性与灵敏度同时得到了兼顾。

工频变化量比率差动保护的动作方程为:

理论上,工频变化量比率差动制动系数可取较高的数值,这样有利于防止区外故障时电流互感器饱和等因素所造成的差动保护误动。

变压器工频变化量比率差动继电器的动作特性见图7所示,阴影部分为动作区。

工频变化量比率差动继电器的特点:

(1)负荷电流对它没有影响。对于稳态量的比率差动继电器,负荷电流是一个制动量,会影响内部短路的灵敏度。随着内部故障严重程度的增大,其灵敏度会下降。

(2)受过渡电阻影响小。

(3)由于上述原因工频变化量比率差动继电器比较灵敏。提高了小匝数的匝间短路时的灵敏度。由于制动系数取得较高,在发生区外各种故障、功率倒方向、区外故障中出现ta饱和与ta暂态特性不一致等状态下也不会误动作。使得保护的安全性与灵敏度同时得到了兼顾。

图8为变压器发生小匝间短路时的实际波形图,可以看出,当变压器c相发生1.5%的匝间短路故障时,常规差动保护(图中直线2)不会动作,而工频变化量差动保护(图中曲线1)要灵敏得多,会正确动作。

(4)不必输入定值。从工频变化量的比率差动保护的动作方程式中可以看出,工频变化量比率差动保护中不必输入定值,其固定门槛与浮动门槛由其他公式得出,是公司的专利技术,在此不作讨论。

3超高压输电线路保护中的工频变化量差动继电器和阻抗继电器

3.1输电线路电流纵差保护的主要问题

当重负荷情况下线路内部经高电阻接地短路时,常规保护的灵敏度可能不够。由于负荷电流是穿越性的电流,它只产生制动电流而不产生动作电流,而此时经高电阻短路,短路电流小而制动电流大,因此保护装置的灵敏度会下降。采用工频变化量比率差动继电器可以有效地解决输电线路的这个老大难问题。

工频变化量分相差动继电器的构成:

工频变化量分相差动继电器的动作特性见下图9。

工频变化量差动继电器的特点:①不受负荷电流的影响。因此负荷电流不会产生制动电流;②受过渡电阻的影响也较小;③在单侧电源线路上发生短路,只要短路前有负荷电流,短路后无电源侧的工频变化量电流也会形成动作电流;

由于上述原因该继电器很灵敏。提高了重负荷线路上发生经高电阻短路时的灵敏度。

3.2工频变化量阻抗继电器的构成:

用于构成快速的距离ⅰ段

其动作方程为:

工频变化量阻抗继电器的特点:①保护过渡电阻的能力很强,该能力有很强的自适应能力。②由于?驻?砖∑与?驻?砖相位相同,所以过渡电阻附加阻抗是纯阻性的。因此区外短路不会超越。③正向出口短路没有死区。④正向出口短路动作速度很快。保护背后运行方式越大,本线路越长,动作速度越快。⑤系统振荡时不会误动,不必经振荡闭锁控制。⑥适用于串补线路。

南瑞继保公司的rcs931系列保护装置中采用工频变化量距离继电器自适应能力的浮动门槛,对系统不平衡和干扰具有极强的预防能力,因而测量元件能在保证安全性的基础上达到特高速,起动元件有很高的灵敏度而不会频繁起动。由于工频变化量距离继电器动作速度非常快,现场曾有3ms动作出口的记录,因而工频变化量距离i段与纵联电流差保护一起构成线路的主保护。

4结论

工频变化量保护原理先进、构成简单,便于在微机保护中实现,而且不受负荷电流、非全相运行等方式影响,抗干扰性能非常突出、自适应能力极强,最突出的特点是动作灵敏可靠而速度非常快,在继电保护领域具有很强的竞争优势,是我国继电保护工作者智慧的结晶,体现了我国继电保护的独特风格和先进的技术水平。

参考文献:

[1]戴学安.继电保护原理的重大突破综论工频变化量继电器.新技术新产品,1995

[2]沈国荣.工频变化量方向继电器原理的研究.电力系统自动化,1983,7(1).

变压器继电保护原理范文篇2

【关键词】变压器；气体保护；气体继电器

1.气体保护的工作原理及保护范围

1.1气体保护的工作原理

气体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接管道中。

变压器正常运行时，气体继电器内部充满变压器油。当变压器内部故障时，由于电弧原因将使绝缘介质分解产生大量气体，其强烈程度随故障的严重程度不同而不同。气体保护就是利用反映气体状态的气体继电器来保护变压器发生内部故障的。

1.2气体保护的保护范围

气体保护是变压器的主要保护之一，它可以反映油箱内的一切故障。包括：油箱内的多相短路、绕组匝间短路、绕组与铁芯或与外壳问的短路、铁芯故障、油面下降或漏油、分接开关接触不良或导线焊接不良等。瓦斯保护动作迅速、灵敏可靠而且结构简单。但是它不能反映油箱外部电路（如引出线上）的故障，所以不能作为保护变压器内部故障的唯一保护装置。另外，瓦斯保护也易在一些外界因素的干扰下误动作，对此必须采取相应的措施。

2.运行状态

变压器运行时气体保护应接于信号和跳闸，有载分接开关的瓦斯保护接于跳闸。

变压器在运行中进行如下工作时应将重瓦斯保护改接信号：

（1）用一台断路器控制两台变压器时，当其中一台转入备用，则应将备用变压器重瓦斯改接信号。

（2）滤油、补油、换潜油泵或更换净油器的吸附剂和开闭气体继电器连接管上的阀门时；

（3）在瓦斯保护及其二次回路上进行工作时。

（4）除采油样和在气体继电器上部的放气阀放气处，在其他所有地方打开放气、放油和进油阀门时。

（5）当油位计的油面异常升高或吸吸系统有异常现象，需要打开放气或放油阀门时。

3.气体保护装置动作原因

若气体保护动作，变压器开关跳闸，一般情况下，其事故过程已结束，后果比较严重。因此，必须在轻瓦斯信号动作时，认真检查，仔细分析，正确判断，立即采取措施。所谓瓦斯保护信号动作，是指因各种原因造成继电器内上开口杯的信号回路接点闭合，轻瓦斯信号动作。

接点闭合的原因一般有以下几方面：

空气进入变压器逐渐聚集在气体继电器上部，迫使继电器内油面下降，使干簧触点闭合，发出轻瓦斯信号。空气进入运行中的变压器有3种途径：

（1）变压器在换油、补充油时，欲换或补加的油未彻底进行真空脱气处理与严格按真空注油工艺进行，使油中的空气，附着在铁心、绕组，附件表面的空气及有机固体绝缘材料孔隙中的空气，在变压器投入运行后通过油的对流循环，变压器铁心的磁路伸缩，逐渐汇集，上升到气体继电器内，引起信号动作。

（2）变压器热虹吸器更换吸附剂（如硅胶）后，油浸及静置时间短，空气未彻底排净，由热虹吸器进入本体循环，进入气体继电器引起信号动作。

（3）强油循环的变压器潜油泵密封不良，因油泵工作时产生的微负压导致空气进入变压器本体循环，聚集在气体继电器内造成瓦斯信号动作。

环境温度骤然下降，变压器油很快冷缩造成油位降低，或者变压器本体严重漏油引起变压器内油位降低，即所谓油流引起气体继电器信号动作。

气体继电器二次信号回路故障，包括信号电缆绝缘损坏短路、端子排接点短路，个别在信号回路中所接信号等引起干簧触点闭合，造成瓦斯信号动作。

变压器内部存在放电或过热故障，引起固体绝缘材料分解，变压器油分解，产生氢气、一氧化碳、二氧化碳，低分子烃类气体，这些气体随油的对流循环逐渐变成气泡并上升聚集在气体继电器上部，迫使继电器内油面降低，引起轻瓦斯信号动作。

变压器发生穿越性短路故障。在穿越性故障电流作用下，油隙间的油流速度加快，当油隙内和绕组外侧产生的压力差变化大时，气体继电器就可能误动作。穿越性故障电流使绕组动作发热，当故障电流倍数很大时，绕组温度上升很快，使油的体积膨胀，造成气体继电器误动作。

以上所述因素均可能引起轻瓦斯保护信号动作。

变压器重瓦斯保护动作跳闸的原因可能是变压器内部发生严重故障，内部发生穿越性短路故障或二次保护回路有故障，保护误动作。

4.动作后的处理及安全措施

4.1动作后的处理

气体保护动作后，应立即对其进行认真检查，仔细分析，正确判断，并采取措施处理。

气体保护动作于信号时：应立即对变压器进行检查，查明动作原因，区分看是否因积聚空气、油面降低、二次回路故障或变压器内部故障造成。如气体继电器内有气体，则应记录气体量，观察气体颜色及试验是否可燃，并取气样及油样做色谱分析。可根据有关规程和导则判断变压器的故障性质。若气体继电器内的气体无色无味且不可燃，色谱分析判断为空气，则变压器可继续运行，并及时消除进气缺陷；若气体继电器内的气体可燃，有种溶解气体色谱分析结果异常，应综合判断确定变压器是否继续运行。

气体保护动作跳闸时说明是重瓦斯保护动作：处理的原则是对变压器变压器上层油面、外部特征、防爆喷油膜和各侧开关跳闸情况、停电范围等进行检查，如有备用变压器应立即投入恢复供电，并报告有关领导。为查明跳闸原因应重点考虑分析以下因素、做出综合判断：

（1）是否排气未尽造成呼吸不通畅

（2）保护及直流等二次回路是否正常

（3）变压器外观有明显故障或异常

（4）气体继电器中的气体是否可燃

（5）气体继电器中的气体和油中溶解气体的色谱分析结果

（6）必要的电气试验结果

（7）其它继电保护装置的动作情况

（8）在未查明原因消除故障前不得将变压器再次投入运行

4.2安全措施

为了保证气体继电器的灵敏与可靠性，必须使变压器油箱内部产生的气体全部顺利地进入气体继电器，当气体继电器内充满气体后，又可通畅地进入油枕中去。为此，需要执行以下安全技术措施。

变压器顶盖沿气体继电器方向与水平应有1%～1.5%的升高坡度。通往继电器的导管应有2%～4%的坡度，油枕处较高，使气体容易流入气体继电器。

气体继电器的引出线应采用防油线或塑料线，通过端子排和电缆连接在端子箱内端子排的两侧，绝对不能使用橡胶绝缘线以防变压器油对电缆绝缘的腐蚀。

5.结束语

变压器气体保护动作后，必须对变压器进行检查，查明动作原因。应定期对运行中的变压器进行维护和检查，及时发现隐患，做出相应处理，达到防止事故发生的目的，保证变压器安全经济运行，使系统可靠供电。

参考文献：