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基于压流波形特征的变压器继电保护的研究
【英文题名】 Study of Transformer Protection Based on Wave Character of Voltage-Current
【作者中文名】 陈剑；
【导师】 商国才；
【学位授予单位】 华北电力大学；
【学科专业名称】 电力系统及其自动化
【学位年度】 2002
【论文级别】 硕士
【网络出版投稿人】 华北电力大学
【网络出版投稿时间】 2002-05-14
【关键词】 变压器保护； 励磁涌流； 匝间短路； 小波变换；
【英文关键词】 transformer protection,magnetizing inrush,turn-to-turn short current,wavelet transform;
【中文摘要】 利用电磁暂态仿真程序（EMTP）对变压器各种运行状态进行了仿真。从变压器电磁特性出发，提出了利用电源侧电压和电流微分的比值来判别变压器是否含有励磁涌流；通过对电流波形的小波分析，利用小波变换后的能量微分来判断变压器是否发生内部故障。结合上述两方面的优势，提出了基于压流波形特征的变压器继电保护方案。仿真结果表明利用该方案实现的保护准确性高、动作速度快，即能可靠的识别变压器励磁涌流，又能快速的判断变压器内部故障，其中对变压器匝间短路的判断也非常的灵敏、有效。
【英文摘要】 Various states of power transformer are simulated with Electromagnetic Transients Analysis Program(EMTP). Using the ratio of voltage and current differential judges whether the transformer has magnetizing inrush from the transformer's electromagnetism character. Through transforming the current wave by wavelet, using energy differential of the result of the wavelet transform judges whether the transformer occurs interior fault. Combining the advantage of two parts, a new theory of transformer protection bas。
2.跪求变压器保护论文
浅谈变压器保护的若干问题摘要：变压器是电力系统最主要的供电设备，如果发生故障将对供电可靠性和系统的正常运行带来严重影响，文章对运行中变压器保护存在的问题进行分析并提出了补救措施。
关键词：变压器；后备保护；主变保护；电流互感器；断路器 变压器是电力系统最主要的供电设备，如发生故障将对供电可靠性和系统的正常运行带来严重影响，因此，装设性能良好、安全可靠的保护装置非常必要。近年来全国发生多起220kV降压变低压侧故障均由于后备保护等存在问题引起的。
一些典型事故再次提醒我们，变压器保护确实存在一些问题影响系统的安全稳定运行。下面对相关问题进行分析。
1相间故障的后备保护存在的问题及解决方法 近年来，变压器由于中、低压侧，特别是低压侧母线故障时断路器未能断弧或拒动，而高压侧保护对此又没有足够的灵敏度，遂导致变压器损坏的事故在国内屡见不鲜。例如，某220kV变电站就因主变10kV母线侧刀闸发生短路故障时，10kV开关未能断弧而造成主变烧毁。
其原因就是主变220kV侧的相间后备保护—复合电压闭锁过流保护的复合电压未选用10kV侧，而220kV、110kV侧的电压闭锁元件对10kV侧短路的灵敏度不够，造成高、中压侧后备保护没能动作，10kV侧短路故障无法排除，而使事故进一步扩大。由此可见，除加强变压器的主保护外，还应对相间后备保护存在的问题进行分析，并采取措施加以改善。
1.1电压闭锁元件灵敏度不足 当过电流保护不符合灵敏度要求时，常采用复合电压闭锁过电流保护方式，而在低压侧母线或出口三相故障时，高、中压侧电压很高，不足以启动低电压元件。解决高、中压侧电压元件灵敏度不足的方法一般采用三侧电压闭锁并联的方式，低压侧可只采用本侧电压。
这种方式要注意电流灵敏度提高后，在低压侧故障切除时可能会因自启动电流过大而造成误动。 1.2电流元件的灵敏度不足 （1）一些110kV双绕组主变的低压侧未装设过流保护，要靠高压侧过流保护作为低压侧母线、线路故障的后备保护，而电源侧线路保护对主变低压侧故障又无足够的灵敏度。
这样，当高压侧后备保护拒动或断路器拒动时，低压侧的故障就没有第二重保护。所以，110kV双绕组主变的低压侧也应装设过流保护作为本侧母线和相邻线路保护的后备。
为防止低压侧断路器拒动，过流保护应做成两个时间段，第一时限跳低压侧（或母联），第二时限跳各侧，以弥补高压侧后备保护电流灵敏度不足的问题。 （2）对于220kV大容量主变而言，由于低压侧加装了限流电抗器，使低压母线的短路电流大幅度下降，遂造成高压侧过流保护的电流元件对低压母线的短路故障灵敏度不足。
如果两台变压器中压侧并联运行，则灵敏度就更差。所以，运行方式的合理安排、保护的合理配置对系统安全稳定运行，防止大面积停电均有非常重要的意义。
合理安排变电站主变的运行方式。目前，110kV配电网以远后备设计为主，110kV及以下电网尽可能以辐射状网络方式运行，强调简化电网运行接线，防止电磁环网可能带来的系统事故，况且电网结构简单、清晰，继电保护的配置与整定也简单。
因此，2台主变的中、低压侧分开运行是有条件的，且可减小低压侧的短路容量。中、低压侧分列运行后，提高了高压侧过流保护的电流元件对低压母线短路故障的灵敏度，为提高供电的可靠性，可在母联上装设备用自投装置。
加强变压器低压侧的后备保护。因低压母线一般不设母差保护，故母线故障要靠变压器的后备保护来切除。
对于低压母线上所带的电容器、线路等设备故障，主变低压侧开关应是切除故障的后备开关，低压侧保护则是这些设备的后备保护。由于高、中压侧后备保护对低压侧故障的灵敏度不高，所以要加强主变低压侧后备保护：在原有配置的基础上再增加一套后备保护作为低压母线保护或其后备，其定值与出线I段或II段相配合，对母线有1.5的灵敏度。
整定时限宜短原因：一是减少变压器出口短路电流对变压器和其它设备的损害；二是防止断路器柜中直流被烧断而不能切除故障。可设两时限，第一时限t1跳本侧（或母分），第二时限t2跳三侧。
在变压器的低压侧配置两套完全独立的过流保护作为低压侧母线的主保护及后备保护，在这种情况下，要求这两套过流保护接于不同的电流互感器，经不同的直流熔断器（自动空气开关）供电，并分别作用于该低压侧断路器和变压器各侧断路器。 2主变保护的直流配置 当10kV母线故障发生在10kV断路器柜内时，弧光窜入直流系统造成整个直流操作电源消失，引起变压器损坏的事故在全国已发生多起，前述的某变电站即是一例。
为保证2套双重化保护的完全独立，以防弧光窜入直流系统引起全站直流停电，变电站要有两段直流母线，两套保护分别由一段母线供电。 220kV降压三绕组变压器的保护电源作如下配置： 第一段母线：主变差动保护，中压侧后备保护，低压侧第一套后备保护。
第二段母线：非电量（含失灵、不一致）保护，高压侧后备保护，低压侧第二套后备保护。 在两组母线上，差动、各后备保护应使用不同的分支直流熔断器（自动空气开关），并注意熔断器。
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大型变压器保护若干问题研究 中文摘要4ABSTRACT4-7第一章 绪论7-11 1.1 论文的背景及意义7-8 1.2 本课题研究的现状8-9 1.3 本论文所作的主要工作9-11第二章 差动保护的问题和研究对策11-29 2.1 引言11 2.2 基准侧选取11-13 2.2.1 幅值平衡基准侧选取11-12 2.2.2 相位平衡基准侧选取12-13 2.3 励磁涌流判别13-18 2.3.1 励磁涌流判别分析14-16 2.3.2 励磁涌流判别对策16-17 2.3.3 特殊变压器励磁涌流判别方法17-18 2.3.4 励磁涌流判别小结18 2.4 和应涌流研究18-28 2.4.1 单相和应涌流产生的机理18-21 2.4.2 等值电路中各参数对和应涌流的影响21-23 2.4.3 两种和应涌流异同点23 2.4.4 三相变压器和应涌流分析23-26 2.4.5 对变压器差动保护的影响26-28 2.5 小结28-29第三章 非电量保护的问题和研究对策29-34 3.1 引言29 3.2 非电量保护的特点29-30 3.2.1 非电量保护的优点29 3.2.2 非电量保护的缺点29-30 3.3 非电量保护误动原因分析30-31 3.4 改进非电量保护的对策31-33 3.4.1 非电量保护改进措施31 3.4.2 非电量保护抗干扰措施31 3.4.3 非电量保护配置方案31-32 3.4.4 冷却器全停实现方案32-33 3.5 小结33-34第四章 后备保护的问题和研究对策34-39 4.1 引言34 4.2 主保护配置对后备保护的影响34-35 4.3 变压器后备保护配置方案35-38 4.3.1 500 kV 变压器后备保护配置方案35-36 4.3.2 220 kV 变压器后备保护配置方案36-37 4.3.3 110 kV 变压器后备保护配置方案37 4.3.4 110 kV 变压器后备保护配置特殊问题37-38 4.4 小结38-39第五章 变压器保护标准化设计的分析与实施39-48 5.1 引言39 5.2 标准化设计目的和原则39-40 5.3 标准化设计的统一要求40-43 5.3.1 对各制造厂产品的要求40-41 5.3.2 对设计院的统一要求41-42 5.3.3 对相关设备的统一要求42-43 5.4 变压器保护标准化设计方案43-47 5.4.1 500kV 变压器保护标准化设计方案43-45 5.4.2 220kV 变压器保护标准化设计方案45-46 5.4.3 110kV 变压器保护标准化设计方案46-47 5.5 小结47-48第六章 结论48-49参考文献。
4.220kv变电站继电保护毕业论文设计
次设计以220kV变电所为主要设计对象，同时附有电气主接线图加以说明。
该变电所设有2台主变压器，站内主接线分为220kV和110kV两个电压等级。两个电压等级均采用双母线接线的接线方式。
本次设计中进行了主变压器的选择、电气主接线图方案的论证、短路电流计算、主要电气设备选择（包括电流互感器、电压互感器等），主变压器和线路的保护配置、整定计算，同时介绍了继电保护等相关方面的知识。本设计主要是220kV变电所继电保护部分的设计，从主变压器的选择、各电压等级侧接线方式的选择到短路电流的计算、主变压器保护的整定计算以及设备选型均作了详细的叙述计算。
除此之外，我还完成了主变保护图、保护配置图、电压互感器二次图的设计。关键词 变电所，主接线，短路电流，继电保护目 录摘 要 IAbstract I1 绪论 11.1 本课题的意义 11.2 本文的主要工作 22 变电所位置与变压器的选择 32.1 变电所位置和型式的选择 32.2 主变压器的选择 43 电气主接线的选择 73.1 主接线设计的要求及原则 73.2 变电所的主接线设计 93.3 本章小结 124 短路电流的计算 134.1 短路电流的计算条件 134.2 短路电流计算 154.3 本章小结 215 电流、电压互感器的选择与配置 225.1 电流互感器的选择与配置 225.2 电压互感器的选择 265.3 本章小结 296 变电所的继电保护设计 306.1 设计继电保护的原则 306.2 电力变压器的保护 346.3 变电所线路保护设计 446.4 本章小结 497 结论 50谢 辞 52。
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变压器的运行维护和事故处理1、变压器运行中出现的不正常现象 （1）变压器运行中如漏油、油位过高或过低，温度异常，音响不正常及冷却系统不正常等，应设法尽快消除。
（2）当变压器的负荷超过允许的正常过负荷值时，应按规定降低变压器的负荷。 （3）变压器内部音响很大，很不正常，有爆裂声；温度不正常并不断上升；储油柜或安全气道喷油；严重漏油使油面下降，低于油位计的指示限度；油色变化过快，油内出现碳质；套管有严重的破损和放电现象等，应立即停电修理。
（4）当发现变压器的油温较高时，而其油温所应有的油位显著降低时，应立即加油。加油时应遵守规定。
如因大量漏油而使油位迅速下降时，应将瓦斯保护改为只动作于信号，而且必须迅速采取堵塞漏油的措施，并立即加油。 （5）变压器油位因温度上升而逐渐升高时，若最高温度时的油位可能高出油位指示计，则应放油，使油位降至适当的高度，以免溢油。
2、变压器运行中的检查 （1）检查变压器上层油温是否超过允许范围。由于每台变压器负荷大小、冷却条件及季节不同，运行中的变压器不能以上层油温不超过允许值为依据，还应根据以往运行经验及在上述情况下与上次的油温比较。
如油温突然增高，则应检查冷却装置是否正常，油循环是否破坏等，来判断变压器内部是否有故障。 （2）检查油质，应为透明、微带黄色，由此可判断油质的好坏。
油面应符合周围温度的标准线，如油面过低应检查变压器是否漏油等。油面过高应检查冷却装置的使用情况，是否有内部故障。
（3）变压器的声音应正常。正常运行时一般有均匀的嗡嗡电磁声。
如声音有所改变，应细心检查，并迅速汇报值班调度员并请检修单位处理。 （4）应检查套管是否清洁，有无裂纹和放电痕迹，冷却装置应正常。
工作、备用电源及油泵应符合运行要求等等。 （5）天气有变化时，应重点进行特殊检查。
大风时，检查引线有无剧烈摆动，变压器顶盖、套管引线处应无杂物；大雪天，各部触点在落雪后，不应立即熔化或有放电现象；大雾天，各部有无火花放电现象等等。 3、变压器的事故处理 为了正确的处理事故，应掌握下列情况：①系统运行方式，负荷状态，负荷种类；②变压器上层油温，温升与电压情况；③事故发生时天气情况；④变压器周围有无检修及其它工作；⑤运行人员有无操作；⑥系统有无操作；⑦何种保护动作，事故现象情况等。
变压器在运行中常见的故障是绕组、套管和电压分接开关的故障，而铁芯、油箱及其它附件的故障较少。下面将常见的几种主要故障分述如下： 3.1绕组故障 主要有匝间短路、绕组接地、相间短路、断线及接头开焊等。
产生这些故障的原因有以下几点： ①在制造或检修时，局部绝缘受到损害，遗留下缺陷。②在运行中因散热不良或长期过载，绕组内有杂物落入，使温度过高绝缘老化。
③制造工艺不良，压制不紧，机械强度不能经受短路冲击，使绕组变形绝缘损坏。④绕组受潮，绝缘膨胀堵塞油道，引起局部过热。
⑤绝缘油内混入水分而劣化，或与空气接触面积过大，使油的酸价过高绝缘水平下降或油面太低，部分绕组露在空气中未能及时处理。 由于上述种种原因，在运行中一经发生绝缘击穿，就会造成绕组的短路或接地故障。
匝间短路时的故障现象是变压器过热油温增高，电源侧电流略有增大，各相直流电阻不平衡，有时油中有吱吱声和咕嘟咕嘟的冒泡声。轻微的匝间短路可以引起瓦斯保护动作；严重时差动保护或电源侧的过流保护也会动作。
发现匝间短路应及时处理，因为绕组匝间短路常常会引起更为严重的单相接地或相间短路等故障。 3.2套管故障 这种故障常见的是炸毁、闪落和漏油，其原因有： （1）密封不良，绝缘受潮劣比； （2）呼吸器配置不当或者吸入水分未及时处理。
3.3分接开关故障 常见的故障是表面熔化与灼伤，相间触头放电或各接头放电。主要原因有： （1）连接螺丝松动； （2）带负荷调整装置不良和调整不当； （3）分接头绝缘板绝缘不良； （4）接头焊锡不满，接触不良，制造工艺不好，弹簧压力不足； （5）油的酸价过高，使分接开关接触面被腐蚀。
3.4铁芯故障 铁芯故障大部分原因是铁芯柱的穿心螺杆或铁轮的夹紧螺杆的绝缘损坏而引起的，其后果可能使穿心螺杆与铁芯迭片造成两点连接，出现环流引起局部发热，甚至引起铁芯的局部熔毁。也可能造成铁芯迭片局部短路，产生涡流过热，引起迭片间绝缘层损坏，使变压器空载损失增大，绝缘油劣化。
运行中变压器发生故障后，如判明是绕组或铁芯故障应吊芯检查。首先测量各相绕组的直流电阻并进行比较，如差别较大，则为绕组故障。
然后进行铁芯外观检查，再用直流电压、电流表法测量片间绝缘电阻。如损坏不大，在损坏处涂漆即可。
3.5瓦斯保护故障 瓦斯保护是变压器的主保护，轻瓦斯作用于信号，重瓦斯作用于跳闸。下面分析瓦斯保护动作的原因及处理方法： （1）轻瓦斯保护动作后发出信号。
其原因是：变压器内部有轻微故障；变压器内部存在空气；二次回路故障等。运行人员应立即检查，如未发现异常现象，应进行气体取样分析。
（2）瓦斯保护动作跳闸时，可能。
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变压器的运行维护和事故处理1、变压器运行中出现的不正常现象 （1）变压器运行中如漏油、油位过高或过低，温度异常，音响不正常及冷却系统不正常等，应设法尽快消除。
（2）当变压器的负荷超过允许的正常过负荷值时，应按规定降低变压器的负荷。 （3）变压器内部音响很大，很不正常，有爆裂声；温度不正常并不断上升；储油柜或安全气道喷油；严重漏油使油面下降，低于油位计的指示限度；油色变化过快，油内出现碳质；套管有严重的破损和放电现象等，应立即停电修理。
（4）当发现变压器的油温较高时，而其油温所应有的油位显著降低时，应立即加油。加油时应遵守规定。
如因大量漏油而使油位迅速下降时，应将瓦斯保护改为只动作于信号，而且必须迅速采取堵塞漏油的措施，并立即加油。 （5）变压器油位因温度上升而逐渐升高时，若最高温度时的油位可能高出油位指示计，则应放油，使油位降至适当的高度，以免溢油。
2、变压器运行中的检查 （1）检查变压器上层油温是否超过允许范围。由于每台变压器负荷大小、冷却条件及季节不同，运行中的变压器不能以上层油温不超过允许值为依据，还应根据以往运行经验及在上述情况下与上次的油温比较。
如油温突然增高，则应检查冷却装置是否正常，油循环是否破坏等，来判断变压器内部是否有故障。 （2）检查油质，应为透明、微带黄色，由此可判断油质的好坏。
油面应符合周围温度的标准线，如油面过低应检查变压器是否漏油等。油面过高应检查冷却装置的使用情况，是否有内部故障。
（3）变压器的声音应正常。正常运行时一般有均匀的嗡嗡电磁声。
如声音有所改变，应细心检查，并迅速汇报值班调度员并请检修单位处理。 （4）应检查套管是否清洁，有无裂纹和放电痕迹，冷却装置应正常。
工作、备用电源及油泵应符合运行要求等等。 （5）天气有变化时，应重点进行特殊检查。
大风时，检查引线有无剧烈摆动，变压器顶盖、套管引线处应无杂物；大雪天，各部触点在落雪后，不应立即熔化或有放电现象；大雾天，各部有无火花放电现象等等。 3、变压器的事故处理 为了正确的处理事故，应掌握下列情况：①系统运行方式，负荷状态，负荷种类；②变压器上层油温，温升与电压情况；③事故发生时天气情况；④变压器周围有无检修及其它工作；⑤运行人员有无操作；⑥系统有无操作；⑦何种保护动作，事故现象情况等。
变压器在运行中常见的故障是绕组、套管和电压分接开关的故障，而铁芯、油箱及其它附件的故障较少。下面将常见的几种主要故障分述如下： 3.1绕组故障 主要有匝间短路、绕组接地、相间短路、断线及接头开焊等。
产生这些故障的原因有以下几点： ①在制造或检修时，局部绝缘受到损害，遗留下缺陷。②在运行中因散热不良或长期过载，绕组内有杂物落入，使温度过高绝缘老化。
③制造工艺不良，压制不紧，机械强度不能经受短路冲击，使绕组变形绝缘损坏。④绕组受潮，绝缘膨胀堵塞油道，引起局部过热。
⑤绝缘油内混入水分而劣化，或与空气接触面积过大，使油的酸价过高绝缘水平下降或油面太低，部分绕组露在空气中未能及时处理。 由于上述种种原因，在运行中一经发生绝缘击穿，就会造成绕组的短路或接地故障。
匝间短路时的故障现象是变压器过热油温增高，电源侧电流略有增大，各相直流电阻不平衡，有时油中有吱吱声和咕嘟咕嘟的冒泡声。轻微的匝间短路可以引起瓦斯保护动作；严重时差动保护或电源侧的过流保护也会动作。
发现匝间短路应及时处理，因为绕组匝间短路常常会引起更为严重的单相接地或相间短路等故障。 3.2套管故障 这种故障常见的是炸毁、闪落和漏油，其原因有： （1）密封不良，绝缘受潮劣比； （2）呼吸器配置不当或者吸入水分未及时处理。
3.3分接开关故障 常见的故障是表面熔化与灼伤，相间触头放电或各接头放电。主要原因有： （1）连接螺丝松动； （2）带负荷调整装置不良和调整不当； （3）分接头绝缘板绝缘不良； （4）接头焊锡不满，接触不良，制造工艺不好，弹簧压力不足； （5）油的酸价过高，使分接开关接触面被腐蚀。
3.4铁芯故障 铁芯故障大部分原因是铁芯柱的穿心螺杆或铁轮的夹紧螺杆的绝缘损坏而引起的，其后果可能使穿心螺杆与铁芯迭片造成两点连接，出现环流引起局部发热，甚至引起铁芯的局部熔毁。也可能造成铁芯迭片局部短路，产生涡流过热，引起迭片间绝缘层损坏，使变压器空载损失增大，绝缘油劣化。
运行中变压器发生故障后，如判明是绕组或铁芯故障应吊芯检查。首先测量各相绕组的直流电阻并进行比较，如差别较大，则为绕组故障。
然后进行铁芯外观检查，再用直流电压、电流表法测量片间绝缘电阻。如损坏不大，在损坏处涂漆即可。
3.5瓦斯保护故障 瓦斯保护是变压器的主保护，轻瓦斯作用于信号，重瓦斯作用于跳闸。下面分析瓦斯保护动作的原因及处理方法： （1）轻瓦斯保护动作后发出信号。
其原因是：变压器内部有轻微故障；变压器内部存在空气；二次回路故障等。运行人员应立即检查，如未发现异常现象，应进行气体取样分析。
（2）瓦斯保护动作跳闸时，可能变压器内部发生严重故障，。
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