电力系统继电保护实验（六）：电力变压器保护
一、电力变压器的故障类型和不正常工作状态
1、变压器的故障类型：
油箱外故障
套管和引出线上发生相间短路（常见）、接地短路（常见）
油箱内故障
绕组的相间短路（较少）、接地短路、匝间短路（常见）
铁芯的烧损
2、变压器的不正常运行状态：
变压器外部短路引起的过电流
负荷长时间超过额定容量引起的过负荷
风扇故障或漏油等原因引起冷却能力的下降（过热）
中性点不接地运行的星形接线变压器外部接地短路时造成变压器中性点过电压
大容量变压器在过电压或低频率等异常运行工况下会使变压器过励磁，引起铁芯和其他金属构件的过热
二、变压器纵差动保护
1、三角形侧电压相位超前星形侧，即Yd11中的二次相电压超前一次相电压30°，二次侧线电压超前于一次侧线电压30°。
2、Yd11接线的变压器△侧两相短路时，Y侧的同名故障相中的滞后相电流等于另外两相电流的2倍；Y侧两相短路时，△侧的超前相电流等于另外两相电流的2倍。
3、为验证变压器差动保护躲过励磁涌流的性能，对变压器进行冲击合闸试验时，必须投入差动保护。
4、变压器Y侧的3个电流互感器接成△后，流入差动回路的电流将扩大倍，为使两侧电流保持原比例，变压器Y侧的3个电流互感器变比应扩大倍。
5、变压器差动保护的不平衡电流产生原因及消除措施：
计算变比与实际变比不一致（电流互感器和变压器变比不一致）
中间变流器（电磁式差动保护）、内部平衡系数（微机保护），整定时引入相对误差△f，取经中间变流器补偿后的相对误差
变压器带负荷调节分接头产生的不平衡电流
整定时引入调压系数△U，取可调范围的一半
电流互感器传变误差产生的不平衡电流
电流互感器型号不同，尽可能使用相同的D级电流互感器，整定时引入同型系数Kst（同0.5，不同1.0）
暂态不平衡电流（非周期分量），采用速饱和中间变流器，整定时引入非周期分量系数Knp，一般取1.5~2，当采用速饱和中间变流器时可取为1
变压器两侧绕组接线方式不同
相位补偿接线
变压器过励磁时产生的不平衡电流
五次谐波闭锁
变压器励磁涌流
三、变压器的励磁涌流及鉴别方法
1、单相变压器励磁涌流的特点：
在变压器空载合闸时，涌流是否产生以及涌流的大小与合闸角有关，合闸角α=0和α=π时励磁涌流最大；
波形完全偏离时间轴的一侧，并且出现间断。
涌流越大，间断角越小；
含有很大成分的非周期分量，间断角越小，非周期分量越大；
含有大量的高次谐波分量，而以二次谐波为主，间断角越小，二次谐波也越小。
2、防止励磁涌流引起的波动的方法：
速饱和中间变流器
二次谐波制动
波形间断制动
波形对称原理制动
3、二次谐波制动的变压器差动保护，当任一相差动回路电流的二次谐波含量满足制动判据时即闭锁保护称为最大相制动（三相或门制动）；若某相差动回路电流的二次谐波含量满足制动判据时闭锁该相保护称为分相制动。
4、采用二次谐波制动原理构成的变压器差动保护由差动元件、二次谐波制动、差动速断元件及TA断线检测等部分构成。
5、二次谐波制动元件的动作判据为I2>K2×I1，其中，I1、I2分别为差动电流中的基波分量和二次谐波分量的幅值，K2为二次谐波制动比，K2越小，躲过励磁涌流的能力越强。
4、如果变压器差动保护灵敏性不能满足要求应增设零序差动保护。
5、间断角原理采用分相闭锁，是比最大相二次谐波制动的方法优越的地方。
四、变压器相间短路的后备保护
1、负序过流保护、复合电压过流保护、低压启动过流保护都属于反映变压器相间短路的后备保护。既作为外部短路的远后备，同时作为内部短路的近后备。
2、变压器低电压起动的过流保护启动电流只躲过变压器额定电流。
3、变压器低电压起动的过流保护的电流元件接在变压器电源侧电流互感器的二次侧。
4、低电压启动过流保护在正常运行时TV二次断线保护不会误动作。
5、复合电压过流保护与低电压启动过流保护相比，提高了不对称短路时电压元件的灵敏度，接线简单，正常运行时TV二次断线保护不会误动作。
五、变压器接地短路的后备保护
1、发电厂接于110kV及以上双母线有三台及以上变压器时，则应每组有一台变压器直接接地，并定期倒换。
2、两台变压器并列运行的条件是组别相同、变比相等、短路阻抗相同。
3、变压器并列运行的理想状况是：空载时，各台变压器绕组之间无环流。
4、多台变压器并列运行，发生接地短路时，中性点接地的变压器由零序电流保护动作先切除，中性点不接地的变压器后切除。
5、中性点接地的变压器切除后，中性点不接地变压器要根据变压器绝缘等级的不同，采用不同的保护方案：
全绝缘变压器
零序电压保护，动作电压3U0取为1.8UN，即150~180V，动作时限不需要与其他元件接地保护相配合，只需躲过暂态电压的时间，通常取0.3~0.5s；
分级绝缘变压器，其中性点的绝缘水平低于绕组首端，当单相接地故障且中性点接地变压器切除后，其绝缘将受到破坏
中性点处装设放电间隙
同时在放电间隙上装设零序电流元件
为防止放电间隙拒动，还需要再装设零序电压元件，作为放电间隙的后备，其整定同全绝缘变压器相同。
六、变压器保护的配置原则
1、变压器励磁电流存在于电源侧。
2、变压器过励磁时，差动电流增大；发电机过励磁时，差动电流基本不变。
3、变压器过励磁是与系统频率成反比的。
4、变压器的过励磁保护主要防止频率降低和电压升高对变压器的危害。
5、变压器电流速断保护装设于电源侧，动作时跳开两侧断路器。
6、发电机容量小于1MW时，采用电流速断作主保护；容量大于1MW时，采用纵联差动保护作主保护。
7、变压器零序保护一般作为外部接地短路的远后备保护，作为内部接地短路的近后备保护。
8、单侧电源的双绕组变压器，任何一种过电流保护的电流应取自电源侧。
9、定时限过电流保护的装设于降压变压器的主电源侧，短时限切除分段开关，长时限切除变压器两侧开关。
10、单侧电源供电时，比率制动型差动保护的CT装于负荷侧。
11、为提高变压器内部故障的灵敏度，比率制动型差动继电器的制动线圈装于负荷侧。
12、双绕组变压器的过负荷保护装设在电源侧，过励磁保护装设在不带分接头调压的那一侧。
13、自耦变压器的中性线上的电流大小和方向都是不确定的，零序电流保护的CT不能装设于中性点。
14、发变组后备保护中电流元件用电流互感器设置在发电机中性点处。
15、0.8MVA及以上的油浸式变压器和0.4MVA以上的车间内油浸式变压器应装设瓦斯保护。
16、瓦斯继电器的安装在油箱与油枕之间的连通管道中，要求导管沿油枕方向与水平面具有2%~4%的坡度；要求变压器顶盖沿气体继电器方向与水平面具有1%~1.5%的坡度。
17、变压器的重瓦斯保护动作时将跳开各侧断路器。
