变压器保护毕业设计论文(编辑修改稿)

变压器保护毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

根据需要通过改变次级线圈而改变次级电压，但是不能改变允许负载消耗的功率。 (二 ) 变压器的分类 变压器的种类是多种多样的，但就其工作原理而言，都是按照电磁感应原理制成的。 一般情况下，常用变压器的分类可归类如下： 1. 按用途分：电力变压器、试验变压器、仪用变压器及特殊用途的变压器。 2. 按相数分：单相变压器、三相变压器。 3. 按绕组形式分：自耦变压器、双绕组变压器、三绕组变压器。 4. 按铁芯形式分：芯式变压器、壳式变压器。 5. 按冷却方式分：油浸式变压器、干式变压器、充气式变压器及蒸发冷却变压器。 变压器的基本结构 电力变压器的基本结构，包括铁芯和一、二次（或一、二、三次）绕组两部分。 以油浸式电力变压器为例说明变压器的基本结构。 油浸式变压器由三相一、二次绕组，铁芯 、油箱、 底座、高低压套管、引线、散热器（或冷却器）、净油器、 储油柜 、安全气道、 以及 温度计、 分接开关和 气体继电器等组成。 铁芯构成了磁路，线圈套在铁芯上。 线圈由导线绕制而成，绕组是指与电源（或负载）相接的线圈或线圈的组合，即绕组是由线圈组成。 通常把铁芯和绕组合在一起称为变压器的器身，是变压器的最基本的组成部分。 变压器器身放置在油箱内，油箱起机械支撑、冷却散热和保护作用。 油箱内充满了变压器油，变压器油既是冷却介质，同时也起绝缘作用。 变压器在运行过程中，各种损耗最终转变为热量，热量传给变压器油，再传给油箱壁向外散出。 变压器油箱上装有许多油管，在变压器内部，热油上升，再由油管往下广西大学毕业设计论文 第二章 变压器故障分析 6 流，这实际上相当于增加了油箱壁的散 热面积和散热能力。 绝缘套管主要是起绝缘作用，使变压器绕组的引出线与油箱妥善绝缘。 变压器故障类型及不正常运行状态 研究变压器保护，首先就要分析变压器可能发生的故障和异常情况。 电力变压器的故障类型和不正常运行状态如下 [1]： (一 ) 变压器故障： 变压器故障可分为内部故障和外部故障两类。 1. 内部故障 内部故障主要包括变压器绕组的相间短路、匝间短路和中性点接地系统绕组的接地短路等。 这些故障危害很大，因为短路电流产生的高温电弧不仅会烧坏绕组的绝缘和铁心，还会使绝缘材料和变压器油受热分解会产生大量的气体，有可 能使变压器油箱局部变形、破裂，甚至引起变压器油箱的爆炸。 因此，当变压器发生内部故障时，必须迅速将变压器切除。 2. 外部故障 变压器最常见的外部故障主要是变压器套管和引出线上发生的相间短路或接地（对变压器外壳）短路。 发生这类故障时也应迅速切除变压器，以尽量减小短路电流对变压器的冲击。 (二 ) 变压器不正常工作状态： 变压器不正常工作状态主要表现为： 1. 外部短路引起的过电流。 2. 过负荷。 3. 油箱漏油造成的油面降低。 4. 变压器中性点电压升高或外部电压过高或频率降低等引起的过励磁。 变压器保护配 置原则 为了保证电力系统安全可靠地运行，根据上述可能发生的故障及不正常工作情况，变压器一般应装设下列保护装置 [2]。 （ 1）瓦斯保护 用来防御变压器的内部故障及油面降低。 容量在 800kV•A 及以上的油广西大学毕业设计论文 第二章 变压器故障分析 7 浸式变压器和 400kV•A 及以上的车间内变压器一般都应装设瓦斯保护。 其中轻瓦斯动作于预告信号，重瓦斯动作于跳开各电源侧断路器。 （ 2）纵联差动保护或电流速断保护 用来反应变压器绕组、套管及引出线发生的短路故障。 容量在 10000kV•A 以上单台运行的变压器、发电厂用工作变压和工业企业中的重要变压器和容量在 6300kV•A 以下并列运行的变压器以及发电厂备用变压器，一般装设纵联差动保护（一种对容量较大的变压器的保护方式）。 上述容量以下的变压器，当后备保护的动作时限大于 时，一般应采用电流速断保护。 但是对于容量在 2020kV•A 以上的变压器，当电流速断保护的灵敏度不满足要求时，应装设纵联差动保护。 （ 3）相间短路的后备保护 用来反应外部相间短路引起的变压器过电流，同时作为瓦斯保护和差动保护（或电流速断保护）的后备保护。 （ 4）过负荷保护 用来反应变压器因过负荷而引起的过电流。 对于 及以上的变压器，当数台并 列运行或单独运行并作为其它负荷的备用电源时，应装设过负荷保护。 （ 5）零序保护 用来反应变压器高压绕组及引出线和相邻元件（母线和线路）的接地短路。 （ 6）变压器过励磁保护 反应变压器的过励磁，保护装置动作于信号或跳开断路器。 （ 7）其它非电量保护。 对变压器温度及油箱内压力升高和冷却系统的故障，应装设可作用于信号或跳闸的非电量保护。 广西大学毕业设计论文 第三章 变压器保 护原理分析 8 第三章 变压器保护原理分析 变压器保护的基本要求 为了保证系统能安全、可靠的运行，对继电保护提出了四个基本要求，它们分别是： 1. 选择性； 2. 速动性； 3. 灵敏 性； 4. 可靠性。 除了满足上述的四个基本要求外，对继电保护装置还要求投资少，便于调试和运行维护，并尽可能满足用电设备运行的条件。 变压器是电力系统的重要设备之一，它的可靠运行对输电系统的安全、经济运行具有重大意义。 为保证系统和变压器安全运行，减少事故损失，大型变压器的继电保护还应满足如下要求： 1. 高灵敏度 要求能灵敏动作于匝间短路故障，同时亦能灵敏动作于内部高电阻接地故障。 2. 高速度 对于接于超高压远距离输电线路的变压器，当发生内部故障时，由于谐振会产生谐波电流，可能引起谐波制动的差动保护延缓动作， 需要采取有效的加速措施或寻求鉴别励磁涌流的新原理和新方法。 3. 有效地对付过励磁 大型变压器的工作磁密通常取得较高，过压或频率降低，励磁电流会激增。 此时一方面要求差动保护不能误动，另一方面为防止励磁电流过大使变压器发热烧损，需要装设满足过励磁倍数要求和具有反时限特性并能计及过热积累效应的过励磁保护。 根据继电保护配置原则，变压器应装设主保护和后备保护。 当主保护或有关断路器拒动时，后备保护装置应为被保护设备或相邻设备提供后备保护作用。 后备保护的保护区比主保护大，动作速度较慢，一般以过电流保护为主，配以其他电 气量作为辅助判据，保护要求较主保护低。 下面就变压器的各种保护进行简单的介绍。 广西大学毕业设计论文 第三章 变压器保 护原理分析 9 变压器保护原理分析 变压器瓦斯保护 瓦斯保护，又称为气体继电保护，是保护油浸式变压器内部故障的一种基本保护装置，是变压器的主保护之一，是应对变压器内部故障的最有效、最灵敏的保护装置 [3]。 瓦斯保护的原理接线图如图 31 所示。 T1 Q F1X BK M1 K SH LRK G1 Y R2 Q F2 Y R2 Q F 1 22 K S1 Q F 1 21 Q F 3 42341 2 1 21 2345 6去 信 号－+－++－－－1 0 k V 图 31 瓦斯保护原理接线图 变压器瓦斯保护动作后，运行人员应立即对变压器进行检查，查明原因，可在气体继电器顶部打开 放气阀，用干净的玻璃瓶收集蓄积的气体（注意：人体不得靠近带电部分），通过分析气体性质可判断出发生故障的原因和处理要求。 瓦斯保护只能反应变压器油箱内部的故障，而对变压器外部端子上的故障情况则无法反应。 因此，除了设置瓦斯保护外，还需设置过流、速断或差动等保护。 广西大学毕业设计论文 第三章 变压器保 护原理分析 10 变压器电流速断保护 对于小容量的变压器可以在电源侧装设电流速断保护，作为电源侧绕组、套管及引出线故障的主要保护，并用过电流保护作为变压器内部故障的后备保护 [3]。 图 32 为变压器电流速断保护的原理接线图，电流互感器装设于电源侧。 电源侧 为中性点直接接地系统时，保护采用完全星形接线方式，电源侧为中性点不接地或经消弧电抗器接地的系统时，则采用两项不完全星形接线。 T1 Q FK MK SK A1 Y R2 Q F2 Y R－T Ak 1k 2－－++去 信 号1 0 k V 图 32 变压器电流速断保护原理接线图 速断保护的动作电流 opTI 按躲过变压器外部故障（如 k1点）的最大短路电流整定，即 1,maxopT rel kI K I （ 31） 式中 1,maxkI 为 k1点短路时流过保护的最大三相短路电流； relK 为可靠系数，取 ～。 广西大学毕业设计论文 第三章 变压器保 护原理分析 11 变压器电流速断保护的灵敏系数按保护安装处（ k2点）的最小运行方式下两相短路电流效验，即 2 ,m a x( 2 ), m in /2k opTsK I I （ 32） 电流速断保护的优点是接线简单，动作迅速。 但是电流速断保护的动作范围小，有死区，不能保护变压器的全部绕组。 为了弥补死区得不到保护的缺点，速断保护使用时要配备带时限的过电流保护。 变压器差动保护 变压器的差动保护，主要用来保护变压器内部以及引出线和绝缘套管的相间短路，并且也可以用来保护变压器内的匝间短路，其保护区在变压器一、二次侧所装电流互感器之间 [4]。 图 33 为变压器差动保护的单相原理电路图。 Q F 2I Q F 1Y R 1Q F 1T A 1T A 2TY R 2K S 2K MK AK S 13 5 k V6 ～ 1 0 k Vk － 2－1I2I1I2I12KAI I I ()ds pIQ F 2＋－＋＋＋－＋信 号信 号k － 1 图 33 变压器纵联差动保护的单相原理电路 广西大学毕业设计论文 第三章 变压器保 护原理分析 12 变压器差动保护的保护范围是变压器两侧电流互感器安装地点之间的区域。 它可以保护变压器内部及两侧绝缘套管和引出线上的相间短路，保护反应灵敏，动作无限时。 变压器差动保护的动作电流 ()OPdI 应满足以下三个条件： 1) 应躲过变压器差动保护区外短路时出现的最大不平衡电流，即 ( ) .m axo p d rel d spI K I （ 33） 式中， relK 为可靠系数，可取。 2) 应躲过变压器励磁涌流，即 ()op d relI K I （ 34） 式中， 为变压器额定一次电流， relK 为可靠系数，可取 ～。 在电流互感器二次回路断线且变压器处于最大负荷时，差动保护不应误动，因此 ax()op d relI K I （ 35） 式中， 为最大负荷电流，取（ ～ ）， r e l K 为可靠系数，可取。 变压器相间短路后备 保护 变压器相间短路的后备保护既是差动保护和瓦斯保护的后备保护，又是相邻母线或线路的后备保护。 1. 变压器的过电流保护 对于单侧电源的变压器，过电流保护装置的电流互感器安装在电源侧，保护动作时切除变压器各侧开关 [1]。 变压器过电流保护的原理接线图如图 34 所示。 变压器过电流保护继电器的动作电流为 (1 .5 3 )Wreo p K A Nr e iKKIIKK ～ （ 36） 式中， 1NI 为变压器一次侧额定电流；可靠系数 1reK 、接线系数 WK 、返广西大学毕业设计论文 第三章 变压器保 护原理分析 13 回系数 reK 与线路过电流保护相同； iK 为电流互感器的变比。 变压器过电流保护的灵敏度按下式校验： ( 2 ) .m in 1 .5KS oplIK I （ 37） 式中， (2) .minKI  为变压器二次侧在系统最小运行方式下，发生两相短路时 一次侧的穿越电流。 TQ FK MK SK TY RQ FI I Q SQ FT A 1 T A 2K A 1 K A 2+过 电 流 信 号－+－+－1 0 k V 图 34 变压器过电流保护装置原理接线图 2. 变压器的过负荷保护 变压器的过负荷保护是用来反应变压器正常运行时出现的过负荷情况，只在变压器确有过负荷可能的情况下才予以装设，一般动作于信号 [4]。 变压器的过负荷在大多数情况下都是三相对称的，因此过负荷保护只需要在一相上装一个电流继电器。 过负荷时，电流继电器动作，再经过时间继电器给予一定延。