– 由於變壓器離電源或發電機愈近，則激磁湧流愈嚴 重，故此型電驛不宜用於接近大電源或大發電機組 的地方。
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諧波抑制
• 由於激磁湧流含有甚高的諧波成份，根 據理論及實測證明，其二次諧波在一般 情況下不低於基本波的15%，而含直流成 分的故障電流其二次諧波成份最高僅在 7%以內，故可利用此一差異的特性來區 分激磁湧流與故障電流，設計變壓器保 護用的諧波抑制差動電驛。
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變壓器保護方式
♦壓力電驛--變壓器本體保護 ♦電力熔絲 ♦過電流電驛 ♦差動電驛
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小容量變壓器保護
• 小容量變壓器多僅用電力熔絲或過電流 電驛即可 • 使用反延時性過電流電驛
– 如CO-9,CO-11(ABB)
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變壓器保護
– (1)使用對激磁湧流靈敏度較低的差動電驛 – (2)使用具諧波抑制設計的差動電驛
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變壓器的保護方式
變壓器比率差動電驛設定範圍約20%~50%
Id IPU
動作區域
安全裕度 有載分接頭切換10% 比流器誤差10% 比值匹配誤差 Ir
比率差動電驛特性圖
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差動電驛(續)
• 用途：主要是用在變壓器和發電機的保護，但此原理 也普遍用在輸電線以及母線的保護電驛。 • 基本原理：正常負載或外部故障下，i1=i2，則IOP = i1-i2=0，電驛不會動作。內部故障時，則IOP=i1+i2， 合成電流流過動作線圈使電驛動作。 I1 I2
i1
OP
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釋壓電驛(96D)
• 變壓器內部發生故障，電弧使絕緣油等分解， 產生大量氣體及油的膨脹，致變壓器內部有異 常壓力。放壓裝置(Pressure Relief Device)動作 可使此異常壓力釋出，以避免變壓器外箱破裂 或變形。 • 自動復歸放壓裝置利用彈簧之作用，壓力急昇 超過彈簧力量時，頂開該放壓裝置將油洩出， 該放壓裝置外蓋裝有微動開關，於外蓋打開時 動作。
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設計變壓器保護應考慮因素
• • • • • • 變壓器各側電壓等級不同,OLTC 變壓器各側比流器匝比及接線法 變壓器Y–△接線產生之300相角差 變壓器Y接線側中性點接地情形 變壓器△側有無接地故障零相電流電源 變壓器組的鐵心設計
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電力熔絲保護方式
構造簡單、成本低廉。 裝設於小容量變壓器之高壓側 遮斷容量應小於該處之系統故障容量 時間電流特性不因變壓器之激磁湧入電 流而誤動作
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MTR. 保 護 電 驛 引 接 方 式
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DTR. 保 護 電 驛 引 接 方 式
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突壓電驛(96P,63SPR)
• 突壓電驛(Sudden Pressure Relay)是利用壓力的 變化率而動作，當變壓器繞組匝間故障時，輕 微的故障電流亦會引起絕緣油壓力突昇，壓縮 油面上層空氣而觸發SPR電驛。該電驛為5000 KVA容量以上變壓器之標準配置。 • 因SPR係裝在變壓器內部，故其保護不包括變 壓器箱體外如變壓器套管的故障。當變壓器通 過強大故障電流，亦會引起SPR動作。 • SPR加延時保護。
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幾種常見的差動電驛
ABB 固定比率特性 發電機 差動保護(87G) 變壓器 差動保護(87T) 副線電驛(85) 母線差動保護 (87B) 線路差動 保護(87L) CA CA HCB, LCB CA-1 KAB 變動比率特性 SA-1 CA-26, HU GE 備註 固定比率特性 IJD52 IJD53, BDD, STD CPD, SPD IFD PVD 電流差動 電流差動 副線差動 電流差動 高阻抗電驛
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布氏電驛
• 如果變壓器內部發生之故障未發生強烈的電 弧，而只有輕微的火花或部分過熱，將只會產 生一些氣體，並上浮聚集在集氣室(gas chamber)。布氏電驛(Buchholtz Relay)即裝 在此集氣室，它的主要元件為一個浮體及一組 接點，當集氣室充滿油的時候，浮體浮起，其 接點開啟；而當有氣體時，浮體即下沉，當下 沉到某一程度時，接點便閉合。 • 布氏電驛主要保護緩慢性內部故障之用。
激磁湧流現象
• 系統電壓一有變動，激磁電壓受到影 響，就會產生激磁湧流(inrush current)，在不同系統情形下會產生起 始湧流(initial inrush)、電壓復元湧 流(recovery inrush)及共感湧流 (sympathetic inrush)等不同程度的激 磁湧流，其瞬時尖峰值及持續時間視下 列各因素綜合而定，可能高達變壓器額 定電流值的8~30倍。
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變壓器差動保護 比流器回路的接線法
• 在一般情況下，Y-△變壓器其Y側比流器應使 用△接線法，△側比流器應使用Y接線法，理 由如下：
– 補償因變壓器Y-△接線所引起的30o相角差 – 避免外部接地故障時,由零相電流引起差動電驛系 統的誤動作 – 如變壓器接成Y接而CT也Y接其中性點均接地，在外 部故障時有零序電流流動，將造成電驛之誤動作， 必須接成Δ接則I0為零，電驛才不會誤動作。
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過電流電驛保護方式
變壓器之主保護 變壓器之後衛保護
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過電流電驛為主保護方式
需能分辨負載電流、外部故障電流與內 部 故障電流。 始動值設定為額定電流之 2~3 倍，動作 時間須與低壓側保護設備協調。 無法快速動作，變壓器有被燒損之風險。
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變壓器與CT之正確接線關係
• • • • (a) (b) (c) (d) 變壓器Y-Y接法，CT為Δ-Δ接法。 變壓器Y-Δ接法，CT為Δ-Y接法。 變壓器Δ-Y接法，CT為Y-Δ接法。 變壓器Δ-Δ接法，CT為Y-Y接法。
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比流器Y-Δ接線的理由
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變壓器差動保護
• 變壓器相間及接地故障之可靠的主要保護方式 • 由於激磁湧流的緣故，變壓器用差動電驛不可 能像發電機或母線差動保護一樣靈敏，致無法 作變壓器繞組匝間故障保護(以突壓電驛改善) • 大多數在容量超過10MVA時就使用此種保護 (有些電力公司30MVA以上才考慮，有些則 6MVA以上便使用差動保護)
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HU型變壓器用差動電驛(續)
– 基本上，HU、HU-1及HU-4的設計原理相同。不過， HU及HU-1電驛是取用各抑制回路電流中的最高值為 其DU元件的抑制量，如下圖所示。而HU-4則取用各 抑制回路電流的總和為其DU元件的抑制量，安全性 較其他者為高，較適合於差動保護區間包括母線及 變壓器的場合。 – 其動作速度為1~3周波，故可應用於要求高速跳脫 的場合。
SEL(SEL-311L) 、 RFL(RFL-9300) 、 SIEMENS(7SD512) 、 TOSHIBA(GRL-100) 、GE(L90)
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變壓器差動電驛
• 由於變壓器差動電驛保護系統會將激磁 湧流視為變壓器內部故障電流，而可能 引起電驛的誤動作，故必須設法予以區 分。大部分做法為：
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變壓器故障
電氣 保護
機械 保護
電力 過電流 差動 接地故 熔絲 電驛 電驛 障保護
後衛 保護
氣體 突昇 積聚 壓力
延時過電流 電驛
比率差動電 驛
比率差動諧 波抑制電驛
布氏 電驛
突昇 氣壓
突昇 油壓
變壓器保護方式
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變壓器保護的目的
• 使電力系統不受變壓器故障影響。 • 使變壓器免於受到其連接電力系統所 發生於的擾動之影響—變壓器二次側 故障流過之大電流。 • 儘可能防止變壓器內部初期的故障。
– 因此型電驛備有諧波抑制，能夠正確判斷激磁湧流 的存在。可應用在系統任何處所或任何容量的變壓 器組。
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HU型變壓器用差動電驛(續)
– 此電驛的差動特性是隨故障電流大小而變動 (variable percentage)，即在低電流時，較為靈 敏(20%)，而在高電流時，則較不靈敏(60%)。如此 可避免在高電流外部故障時，因比流器飽和所引起 的誤動作。 – HU系列電驛備有三種不同的型式。HU具有兩組抑制 線圈，適用於雙繞組變壓器保護。HU-1具有三組抑 制線圈，適用於三繞組變壓器保護。HU-4具有四組 抑制線圈，適用於三繞組以上的變壓器保護。
變壓器保護
(Transformer Protection)
台灣電力公司 供電處 陳順斌
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變壓器保護
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課程內容
• • • • • • 變壓器保護概述 機械性保護 變壓器保護考慮因素 激磁湧流現象 差動保護 諧波抑制 • CA型及HU型變壓器 差動電驛 • 變壓器差動保護比流 器回路的接線法 • 變壓器過電流保護 • 數位式變壓器保護差 動電驛