第六章电力变压器保护1．电力变压器的不正常工作状态和可能发生的故障有哪些?一般应装设哪些保护?答：变压器的故障可分为内部故障和外部故障两种。

变压器内部故障系指变压器油箱里面发生的各种故障，其主要类型有：各相绕组之间发生的相间短路，单相绕组部分线匝之间发生的匝间短路，单相绕组或引出线通过外壳发生的单相接地故障等。

变压器外部故障系指变压器油箱外部绝缘套管及其引出线上发生的各种故障，其主要类型有：绝缘套管闪络或破碎而发生的单相接地(通过外壳)短路，引出线之间发生的相间故障等。

变压器的不正常工作状态主要包括：由于外部短路或过负荷引起的过电流、油箱漏油造成的油面降低、变压器中性点电压升高、由于外加电压过高或频率降低引起的过励磁等。

为了防止变压器在发生各种类型故障和不正常运行时造成不应有的损失，保证电力系统安全连续运行，变压器一般应装设以下继电保护装置：(1)防御变压器油箱内部各种短路故障和油面降低的瓦斯保护。

(2)防御变压器绕组和引出线多相短路、大接地电流系统侧绕组和引出线的单相接地短路及绕组匝间短路的(纵联)差动保护或电流速断保护。

(3)防御变压器外部相间短路并作为瓦斯保护和差动保护(或电流速断保护)后备的过电流保护(或复合电压起动的过电流保护、或负序过电流保护)。

(4)防御大接地电流系统中变压器外部接地短路的零序电流保护。

(5)防御变压器对称过负荷的过负荷保护。

(6)防御变压器过励磁的过励磁保护。

2．变压器差动保护的不平衡电流是怎样产生的(包括稳态和暂态情况下的不平衡电流)?答：变压器差动保护的不平衡电流产生的原因如下。

1．稳态情况下的不平衡电流(1)由于变压器各侧电流互感器型号不同，即各侧电流互感器的饱和特性和励磁电流不同而引起的不平衡电流。

它必须满足电流互感器的10％误差曲线的要求。

(2)由于实际的电流互感器变比和计算变比不同引起的不平衡电流。

(3)由于改变变压器调压分接头引起的不平衡电流。

2．暂态情况下的不平衡电流(1)由于短路电流的非周期分量主要为电流互感器的励磁电流，使其铁芯饱和，误差增大而引起不平衡电流。

(2)变压器空载合闸的励磁涌流，仅在变压器一侧有电流。

3．变压器励磁涌流有哪些特点?目前差动保护中防止励磁涌流影响的方法有哪些?答：励磁涌流有以下特点。

248(1)包含有很大成分的非周期分量，往往使涌流偏于时间轴的一侧。

(2)包含有大量的高次谐波分量，并以二次谐波为主。

(3)励磁涌流波形之间出现间断，如图6-1所示。

防止励磁涌流影响的方法有：(1)采用具有速饱和铁芯的差动继电器。

(2)鉴别短路电流和励磁涌流波形的区别，要求间断角为60～65。

(3)利用二次谐波制动，制动比为15％～20％。

4．变压器比率制动的差动继电器制动线圈接法的原则是什么?答：通常要求该保护装置在外部故障时具有可靠的选择性，流人保护的制动电流为最大；而在内部故障时，又有较高的灵敏度。

因此，差动继电器制动线圈的接法原则一般为：(1)变压器有电源侧电流互感器如接人制动线圈，则必须单独接人，不允许经多侧电流互感器并联后接人制动线圈。

(2)变压器无电源侧电流互感器必须接入制动线圈。

5．试述变压器瓦斯保护的基本工作原理。

答：瓦斯保护是变压器的主要保护，能有效地反应变压器内部故障。

轻瓦斯继电器由开口杯、干簧触点等组成，作用于信号。

重瓦斯继电器由挡板、弹簧、干簧触点等组成，作用于跳闸。

正常运行时，瓦斯继电器充满油，开口杯浸在油内，处于上浮位置，干簧触点断开。

当变压器内部故障时，故障点局部发生高热，引起附近的变压器油膨胀，油内溶解的空气被逐出，形成气泡上升，同时油和其他材料在电弧和放电等的作用下电离而产生瓦斯。

当故障轻微时，排出的瓦斯缓慢地上升而进入瓦斯继电器，使油面下降，开口杯产生的支点为轴逆时针方向的转动，使干簧触点接通，发出信号。

当变压器内部故障严重时，产生强烈的瓦斯，使变压器内部压力突增，产生很大的油流向油枕方向冲击，因油流冲击挡板，挡板克服弹簧的阻力，带动磁铁向干簧触点方向移动，使干簧触点接通，作用于跳闸。

6．为什么差动保护不能代替瓦斯保护?答：瓦斯保护能反应变压器油箱内的任何故障，如铁芯过热烧伤、油面降低等，但差动保护对此无反应。

又如变压器绕组发生少数线匝的匝间短路，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，但表现在相电流上却并不大，因此差动保护没有反应，但瓦斯保护对此却能灵敏地加以反应，这就是差动保护不能代替瓦斯保护的原因。

7，画出Y，d11接线变压器差动保护的三相原理接线图(标出电流互感器的极性)。

答：Y，d11接线变压器差动保护的三相原理接线图，如图6-2所示。

2492508．画出YN.yn.d11(Y 0／Y 0／△-12-11)组变压器差动保护接线图，并进行相量分析： 答：YN.yn.d11组变压器差动保护接线如图6-3(a)所示。

其电流互感器二次线电流，高压侧为YY Y '-'=b a a I I I251YY Y YY Y '-'='-'=a c c c b b I I I I I I中压侧为111111111Y Y Y Y Y Y Y Y Y '-'='-'='-'=a c c c b b b a a I I II I I I I I 低压侧为∆a I 、∆b I 、∆c I 与一次线电流同相，正常时流入A 相差动线圈的电流为 0)(1=+-∆Y Y a a a I I I 流人B 相和C 相差动线圈的电流也同样为零。

9．试绘制用于中性点直接接地的Y ，d5接线的三相变压器三相三继电器式差动保护交流 回路的原理图(图中标明极性)。

答：设丫侧三相端子为A 、B 、C ，△侧三相端子为a 、b 、c 。

三相三继电器式的差动保护252交流回路原理接线图及相量图，如图6-4所示。

由图可知cC A C A b B C B C a A B A B I I I I I I I I I I I I I I I =-=-=-=-=-=-∆∆∆∆∆∆ 10．有一台Y ，d11接线的变压器，在其差动保护带负荷检查时，测得其Y 侧电流互感器电流相位关系为b I 超前 150a I ，a I 超前 60c I ，c I 超前 150b I ，且b I 为8.65A ，==ca I I 5A ，试分析变压器Y 侧电流互感器是否有接线错误，并改正之(用相量图分析)。

答：变压器Y 侧电流互感器A 相极性接反，其接线及相量图如图6-5所示。

此时：Y b I 超前Y a I 为 150， Y a I 超前Y c I 为 60， Y c I 超前Yb I 为 150， 其中Y b I 为Yc I 、Ya I 的3倍，有253YYYY Y Y Y Y Y '-'='-'='-'-=a c c c b b b a a I I II I I I I I 改正：改变A 相电流互感器绕组极性后，其正确接线后即为YYYY Y Y Y Y Y '-'='-'='-'=a c c c b b b a a I I II I I I I I11．BCH-2型差动继电器有几组线圈?各线圈的作用是什么?如何整定? 答：差动继电器有差动线圈，平衡I 线圈，平衡Ⅱ线圈和短路线圈。

(1)差动线圈具有动作作用。

(2)平衡线圈是补偿由于变压器两侧电流互感器二次电流不等使速饱和变流器的磁化达 到平衡。

(3)短路线圈作用是为了躲避励磁涌流。

其整定程序如下：(1)按同一容量列表计算额定电压、一次额定电流、TA 接线方式、电流互感器变比、二 次额定电流。

然后确定基本侧电流。

(2)差动电流的确定。

1)躲过变压器的励磁涌流N op I I 3.1= 2)躲过最大不平衡电流max ,11)(k i re op I f U f K K I ∆+∆+∆= 式中 Krcl ——可靠系数；2541K ——同型系数；i f ∆——电流互感器最大相对误差，取0.1； U ∆——由于调压引起的相对误差； f ∆——变比不能完全补偿的相对误差； max •k I ——最大短路电流。

(3)计算基本侧二次动作电流求出动作安匝(差动绕组匝数和平衡绕组I 的匝数之和)I +==160ba d op op N N I N(4)确定平衡绕组Ⅱ的匝数2111211)()(I N N I N N N I IN N ba d ba d dop ba II I II +=+-=(5)匝数误差f ∆的复核 05.0111≤+-=∆II •II II dba prba ba N N N N f式中 II 1ba N ——计算的平衡线圈Ⅱ的匝数； pr ba N •II 1——使用的平衡线圈Ⅱ的匝数。

(6)校验灵敏系数。

12．一台双绕组降压变压器的容量为15MVA ，电压比为35kV ±2.5%／6.6kV ，Y ，d11接 线；差动保护采用BCH-2型继电器。

求BCH-2型继电器差动保护的整定值。

已知：6.6kV 外部短路时最大三相短路电流为9420A ，最小三相短路电流为7300A(已归算到 6.6kV 侧)；35kV 侧电流互感器变比为600／5，6.6kV 侧电流互感器变比为1500／5；可靠系数1re K ＝ 1.3。

解：按以下步骤进行计算：(1)算出各侧一次额定电流；确定二次回路额定电流。

由于 6.6kV 侧的二次回路额定电 流大于35kV 侧的，因此6.6kV 侧为基本侧(第Ⅰ侧)。

255(2)计算保护装置6.6kV 侧的一次动作电流。

1)躲过变压器励磁涌流171013153.13.11=⨯==N op I I A 2)躲过最大不平衡电流A=++⨯=∆+∆+∆=24509420)05.005.01.01(3.1)(max,111k i re op I f U f K K I因此，一次动作电流选用2450A 。

(3)确定线圈接法及匝数。

平衡线圈I 、Ⅱ分别接于6.6kV 及35kV 侧。

计算基本侧一次动作电流 A =⨯==16.8130024501212K n I I op op 基本侧匝数16.86020==•I op ba I AN N ＝7.35匝。

选择实用工作匝数pr N •I ＝7匝， 即=•pr c N 6匝，pr ba N •1＝1匝。

在实用匝数下，6.6kV 侧继电器的动作电流为76002==•I pr op N AN I ＝8.56A (4)确定35kV 侧平衡线圈匝数657.338.471-=-=•II I •I •pr c pr ba ba N I I N N ＝2.6匝，实用匝数取pr ba N •II 1＝3匝。