电力变压器的故障检测论文

关于变压器的保护措施分析论文

摘要：文章分析了换流变压器的特点以及超高压直流输电的各种运行工况对换流变压器保护带来的影响。提出了换流变压器保护的总体设计思想。

关键词：换流变压器 保护 分析

0 引言

超高压直流输电由于其特有的优点，越来越广范的得到应用。这些优点包括：不须考虑稳定问题；线路故障恢复能力较强；调节作用利于交流系统的稳定；减少互联交流系统的短路容量；超过一定距离建设投资更经济等。换流变压器是直流输电系统中必不可少的重要设备。它可以提供相位差为30°的12脉波交流电压，降低交流侧谐波电流；作为交流系统和直流系统的电气隔离，提供阀的换相电抗；通过换流变压器可以在较大范围内调节交流电压，以使直流系统运行在最优的状态等。

1 换流变压器的特点

1.1 短路阻抗 直流输电中阀的换相过程实际上就是两相短路，为了将换向过程中的电流限制在一定范围内，换流变压器的短路阻抗要大于一般变压器。短路阻抗过大，会使换流变压器二次侧故障时短路电流较一般变压器小，因此保护配置与整定要在这方面予以考虑。

1.2 直流偏磁 当直流系统在使用大地回线的情况下，在一些运行工况下会有直流电流流入大地，如双极不平衡运行，单极大地回线方式等，使地电位发生变化，造成直流电流流入变压器原边绕组，使换流变压器发生直流偏磁，工作点偏移。如果此直流电流过大，会导致换流变压器铁心饱和，同时损耗和温升也将增加。因此，要配置相应的保护防止这种情况下对换流变压器造成的损坏。

1.3 谐波 由于换流器的非线性，在交流和直流系统中将出现谐波电压和电流。对于换流变压器，主要会流过特征谐波电流，即p*n+1次谐波电流（p为脉波数，n为任意正整数）。在运行中，谐波电流会使换流变压器损耗和温升增加，产生局部过热，发出高频噪声，还会使交流电网中的发电机和电容器过热，对通讯设备产生干扰。这些谐波电流应加以考虑，以免对保护装置造成影响。

1.4 调压分接头 为了使直流系统运行在最优的工况，减少交流系统电压扰动对直流系统的影响，换流变压器都具有较大范围的利用分接头调整电压的功能。例如：三峡到常州工程三峡侧换流变压器档位范围+25/-5，每档调节范围1.25%。因此保护设计时要考虑分接头调整带来的影响，如正常运行时变比的变化等。

1.5 直流系统的特殊运行工况 由于直流控制系统的特殊调节作用，使换流变压器遇到的运行工况以及故障情况不同于普通变压器。这些不同主要包括以下几点：

1.5.1 直流系统的故障相当于换流变压器的区外故障，一般短路电流都不会太大。对于整流侧，穿越换流变的'电流会增大，但由于直流控制保护系统的快速作用，很快会减小。对于逆变侧，直流系统的故障会造成直流电流无法传变至交流侧，反而会使穿越电流减小。

1.5.2 对于换流变压器保护来说，直流系统造成的最严酷的区外故障为整流侧的阀短路故障，相当于换流变出口的两相或三相短路故障。但由于直流保护的干预，实际只会出现半个周波的两相短路。对于逆变侧，由于触发角很大，阀短路时流过换流变压器的电流较整流侧小很多。

1.5.3 换流变压器发生区内故障时，直流系统一般不会提供短路电流。这是由直流控制系统的作用造成的。在整流侧，功率由交流侧转换至直流侧，换流变压器的故障只会造成这种转换的停止，而不会使功率反向，因此直流侧不会提供短路电流；在逆变侧，当故障轻微换相可以正常进行时，由于直流系统的定电流控制特性，直流侧不会提供额外的短路电流。如果故障严重，必然造成换相无法进行（交流电压降低），直流侧更不会提供短路电流。

1.5.4 由于直流控制系统快速的调节作用，在需要的时候，可以快速的将功率传输由一个方向反至另一个方向，对于换流变压器来说，就会出现快速的潮流反向。

1.5.5 换流变压器保护区内发生接地故障时，实际造成了阀的短路。由于阀的单向导电性，故障电流半周电流大，半周电流小，导致差电流中含有较大的二次谐波。

1.5.6 对于逆变侧的换流变压器的区内故障，往往会导致换相失败的发生，从而在穿越电流电流中产生很大的谐波，但差电流（即提供给故障点的电流）仍主要为工频分量。

1.5.7 由于换流变压器的特殊运行方式以及较大的漏抗（作为换相电抗），二次侧故障一般不会造成各侧TA的饱和，即使饱和造成保护的“误动作”也是正确的（换流变的区外即阀的区内故障，都会造成直流的停运）。但对于一个半开关的接线方式，交流系统区外故障时高压侧TA存在饱和的可能。。这种情况下的误动作是不可接受的，必须防止。

1.5.8 在阀未解锁前，当阀侧交流连线存在接地故障时，并不产生接地电流，也不会对变压器造成损害。但如此时不发现故障，阀一解锁后，就会造成阀的短路。因此要设置保护检测这种情况下的接地故障。

2 换流变压器的保护措施

2.1 保护的配置原则 为了保证既可靠又安全，在既简单又经济的情况下，可以这样配置换流变压器保护：每台换流变压器保护装设两台保护装置，每台保护装置的电源、输入独立，每台装置的输出都可以到达断路器的两个跳闸线圈以及直流控制的两个系统。每台装置采取措施防止自身误动作，而靠两装置的或出口防止故障情况下的拒动作。 2.2 保护的配置及原理 为了避免换流站特有的谐波对保护的影响，保护装置应从硬件和软件上采取措施，使保护只针对工频分量。

主保护包括稳态比率差动、差动速断、工频变化量比率差动、零序比率差动、过激磁保护。后备保护包括过流、零序过流、过电压、零序过压、饱和保护。

2.2.1 稳态比率差动保护 由于变比和联接组的不同，电力变压器在运行时，各侧电流大小及相位也不同。在构成继电器前必须消除这些影响。换流变压器的TA一般装在各侧绕组上，因此原、副边绕组电流相位相同，因此只需要对变比的影响进行补偿。以下的叙述的前提均为已消除了变压器各侧幅值和相位的差异。

稳态比例差动保护用来区分感受到的差流是由于内部故障还是不平衡输出（特别是外部故障时）引起。装置采用初始带制动的变斜率比率制动特性，稳态比率差动元件由低值比率差动（灵敏）和高值比率差动（不灵敏）两个元件构成。为了保证区内故障的快速切除，只有低值比率差动元件（灵敏）设有TA饱和判据，高值比率差动元件（不灵敏）不设TA饱和判据。

对于换流变压器分接头调整造成的差动电流不平衡，可用三种方法来解决：一是通过整定值躲开；二是利用浮动门槛自适应调整；三是利用分接头位置来调整。方法一、二简单实用，三实现起来复杂。

2.2.2 工频变化量比率差动保护 装置中依次按相判别，当满足 一定条件时，工频变化量比率差动动作。工频变化量比率差动保护经过涌流判别元件、过激磁闭锁元件闭锁后出口。

由于工频变化量比率差动的制动系数可取较高的数值，其本身的特性抗区外故障时TA的暂态和稳态饱和能力较强。工频变化量比率差动元件提高了装置在变压器正常运行时内部发生轻微匝间故障的灵敏度。且工频变化量比率差动保护不会受换流变压器分接头调整造成的差动电流不平衡的影响。

2.2.3 后备保护 后备保护包括过流、零序过流、过电压、零序过压、饱和保护。

3 小结

分析换流变压器与交流系统的主变压器比较所具有特点，阐述了这些特点以及直流输电的各种特殊运行工况对换流变压器保护带来的影响，并提出了相应的保护方案。

摘 要电力变压器是电力系统中不可缺少的重要设备，他的故障给供电可靠性和系统的正常运行带来严重的后果，同时大容量变压器也是非常贵重的元件，因此，必须根据变压器的容量和重要程度装设性能良好的、动作可靠的保护元件。本文是笔者在阅读了大量专业资料、咨询了很多的专家和老师的前提下，按照指导老师所给的原始资料，通过系统的原理分析、精确的整定计算。做出的一套电力变压器保护方案。本文语言简练、逻辑严密、内容夯实。可作为从事电气工程技术人员的参考资料。关键词 电力系统故障，变压器，继电保护，整定计算目 录摘 要………………………ⅠABSTRACT………………Ⅱ1 绪论11.1 课题背景…………………………11.1.1设计题目………………………11.1.2毕业设计原始资料……………11.1.3 待保护变压器的在系统中的连接情况……………………11.1.4设计任务…………………11.2继电保护的综述 ……21.2.1电力系统的故障和不正常运行状态及引起的后果………21.2.2 继电保护的任务……………21.2.3 继电保护装置的组成………31.2.4 继电保护的基本要求……31．3 电力变压器故障概况…………61．4继电保护发展………………71.4.1计算机化……………………71．4．2网络化…………………………81.4.3保护、控制、测量、数据通信一体…………………………91．4．4智能化…………………………92 短路电流实用计算 ………………112.1 短路电流计算的规程和步骤 112.1.1 短路电流计算的一般规定…112.1.2 计算步骤 …………………122.2 三相短路电流的计算…………122.2.1 等值网络的绘制…………122.2.2 化简等值网络……………122.2.3 三相短路电流周期分量任意时刻值的计算……………132.2.4 三相短路电流的冲击值…143 电力变压器保护原理分析…153.1 瓦斯保护原理…………153.2 变压器纵差动保护………163.2.1 构成变压器纵差动保护的基本原则……………………163.2.2 不平衡电流产生的原因和消除方法……………………163.3 电流速断保护原理…………203.3.1电流速断保护的整定计算203.3.2 躲过励磁涌流……………213.3.3 灵敏度的校验……………213.4 过电流保护的原理……………213.4.1过电流保护…………………213.4.2 复合电压起动的过电流保护……………………………223.4.3负序电流和单相式低压过电流保护……………………243.5零序过电流保护原理………24 3.5.1中性点直接接地变压器的零序电流保护………………253.5.2中性点可能接地或不接地变压器的保护………………263.6 过负荷保护原理 ……………28 3.7 过励磁保护原理……………293．8微机保护原理 ……………………293.8.1 微机保护概况……………303.8.2 变压器的微机保护配置…304 保护配置与整定计算…314.1电力变压器的保护配置…314．2 保护参数分析与方案确定………334.2.1 保护方案……334.2.2 保护设备配置选择……344.3 接线配置图…………………35 4.4 整定计算……………………364.4.1 带时限的过电流保护整定计算…………………………36 4.4.2 电流速断保护整定计算 364.4.3 单相低压侧装设低压侧接地保护………………………374.4.4过负荷保护………………384.5保护配置动作实现……………38结论…39参考文献……………………40附录A：接线配置图…………………41