变压器保护疑点难点解答

二、变压器保护疑点难点解答

1.变压器合闸时为什么会产生励磁涌流?

答:把一台空载变压器接到电源上时，可以发现合闸瞬间变压器电流表指针有时一下子撞到止档，不过很快又回到正常的空载电流值，这个冲击电流叫做励磁涌流。产生励磁涌流的原因是在变压器空载投入或外部故障切除后的电压恢复过程中，特别是在电压为零时刻合闸时，变压器芯中的磁通急剧增大，使铁芯瞬间饱和。

因为在稳态工作情况下，铁芯中的磁通滞后于外加电压90度，如果空载合闸时，正好在电压瞬时值u=0时接通电路，则铁芯中应该具有磁通－φm，如图4－2－1，但是铁芯中磁通不能突变，因此将出现一个非周期分量的磁通，其幅值为+φm。这样在经过半个周波以后，铁芯中的磁通就达到2φm+φs，如图4－2－2。

图4－2－1　稳态下，磁通与电压的关系

图4－2－2　在u=0瞬间空载合闸时，磁通与电压的关系

此时变压器的铁芯严重饱和，励磁涌流将急剧增大，这个电流称为励磁涌流，其值可达额定电流的6～8倍，同时包含有大量的非周期分量和高次谐波分量。

对于一般的中小型变压器，励磁涌流经过0.5～1s后其值不超过额定电流的0.25～0.5倍;大型电力变压器励磁涌流的衰减速度较慢，衰减到上述值时约需2～3s。这就是说，变压器容量越大衰减越慢，完全衰减需要经过几十秒的时间。

励磁涌流对变压器虽没有直接的危害，但若继电保护装置整定不当时，会使继电保护误动作，故应正确选择和整定保护装置，避免励磁涌流引起的误动作。(这也是新投产或大修后变压器需做冲击试验的一个原因)

励磁涌流有以下特点:

1)包含有大量的非周期分量，往往使涌流偏于时间轴一侧;

2)包含大量的高次谐波分量，而以二次谐波为主;

3)波形之间出现间断，在一个周期中间断角为α。

2.如何防止励磁涌流引起保护误动?

答:针对以上励磁涌流的特点，主变保护中就需采取措施防止励磁涌流引起保护误动，常见的主变保护中有采取以下措施来防止保护误动:

(1)二次谐波制动的方法

二次谐波制动方法是根据励磁涌流中含有大量二次谐波分量的特点，当检测到差电流中二次谐波含量大于整定值时就将差动继电器闭锁，以防止励磁涌流引起的误动。采用这种方法的保护称为二次谐波制动的差动保护。

变压器内部故障时，测量电流中的暂态分量也可能存在二次谐波。若二次谐波含量超过整定值，差动保护也将闭锁，一直等到暂态分量衰减后才能动作。电流互感器饱和也会在二次电流中产生二次谐波。电流互感器饱和越严重，二次谐波含量越大。为了加快内部严重故障时纵差动保护的动作速度，往往再增加一组不带二次谐波制动的差动继电器，称为差动电流速断保护，按躲过最大励磁涌流整定。

(2)间断角鉴别的方法

励磁涌流的波形中会出现间断角，而变压器内部故障时流入差动继电器的稳态差电流是正弦波，不会出现间断角。间断角鉴别的方法就是利用这个特征鉴别励磁涌流和故障电流，即通过检测差电流波形是否存在间断角，当间断角大于整定值时将差动保护闭锁。

3.什么是变压器的过励磁?

答:当变压器在电压升高或频率下降时都将造成工作磁通密度增加，导致变压器的铁芯饱和，这种现象称为变压器过励磁。

4.引起变压器过励磁的原因?

答:变压器正常运行时，运行电压一般不会超过额定电压的10%，铁芯不会饱和。但对于有些工况，例如超高压远距离输电线路由于突然失去负荷而造成变压器的过电压时，会造成铁芯饱和，使励磁电流大大增加。这个现象称为变压器的过励磁。

5.如何防止过励磁引起主变差动误动?

答:采用五次谐波制动的差动保护:变压器过励磁时纵差动保护中会产生不平衡电流。与变压器空载合闸时不同，过励磁时变压器铁芯的饱和是对称的，励磁电流中有较大的五次谐波等奇次谐波分量，但没有间断没有偶次谐波分量，上述采用二次谐波制动和间断角鉴别的方法并不能区分励磁电流和故障电流。因此，对于有可能产生过励磁的大型变压器，通常采用五次谐波制动的方法，来防止纵差动保护的误动。

6.主变过励磁保护的原理?

答:主变过励磁保护是通过测量U/f之间的关系来监视过励磁的大小，当U/f的数值达到预定值时就延时给出信号，并使变压器跳闸。过励磁保护的电压、频率与励磁电流的关系为:

IL=U/(4.44fW2 Rm)=K*U/f(f为系统频率;U为变压器高压侧电压;W2为变压器线圈匝数;Rm为变压器铁芯线圈;IL为励磁电流;K为比例常数。)

7.差动保护能否代替气体保护?

答:差动保护不能代替气体保护:气体继电器保护能反应变压器油箱内部的任何故障，包括铁芯过热烧伤、油面降低等，但差动保护对此无反应。又如变压器绕组产生少数线圈匝间的短路，虽然短路匝内短路电流很大，会造成局部绕组严重过热，产生强烈的油流，向油枕方向冲击，但表现在相电流上并不大，因此，差动保护没有反应，但气体保护对此却能灵敏地加以反应，这就是差动保护不能代替气体保护的原因。

8.过流保护及复合电压启动的过流保护的原理?

答:1)过电流保护:按躲过可能出现的最大负荷电流整定，启动电流比较大，灵敏度往往不能满足要求，因此一般采用低电压启动的过电流保护，电流整定值按躲过变压器的额定电流整定即可。

2)复合电压启动的过流保护:复合电压指的是负序电压和低电压。负序过电压继电器作为不对称故障的电压保护，而低电压继电器则作为三相短路故障时的电压保护。过电流继电器和低电压继电器的整定原则与低电压启动过电流保护相同。负序过电压继电器的动作电压按躲过正常运行时的负序虑过器出现的最大不平衡电压来整定。因此复合电压启动过电流保护在不对称故障时电气继电器的灵敏度高，并且接线简单，因此应用比较广泛。

9.什么是大电流接地系统?什么是小电流接地系统?

答:1)大电流接地系统:中性点直接接地系统(包括经小阻抗接地的系统)发生单相接地故障时，接地短路电流很大，所以这种系统称为大电流接地系统。

2)小电流接地系统:采用中性点不接地或经消弧线圈接地的系统，当某一相发生接地故障时，由于不能构成短路回路，接地故障电流往往比负荷电流小得多，所以这种系统称为小电流接地系统。