10000KVA(35KV10KV)主变保护

XXX 大 学

本科生毕业论文（设计）

论文题目: 10000KVA（35KV/10KV）主变保护 姓 名: 院 系： 机电工程系 专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 指导老师：

I

摘 要

电力变压器是电力系统中非常重要的电力设备之一，它的安全运行对于保证电力系统的正常运行和对供电的可靠性，以及电能质量起着决定性的作用。随着电力系统的发展，特别是现代新材料、新工艺的发展，变压器容量不断增大，对变压器保护的快速性和可靠性也提出了更高的要求。

本文首先通过对电力变压器的故障类型和不正常工作状态进行分析，以容量为10000KVA、电压等级35KV变10KV主变压器保护为例，提出以瓦斯保护和差动保护为主保护，以复合电压启动的过电流保护和过负荷为后备保护，再配合如温度保护等非电量保护的保护方案。介绍了上述方案的保护原理及保护装置。再根据方案的原理及装置的选择，举例进行保护整定和计算。

本文最后对电气测量、控制、信号等回路，变压器二次回路图进行简单的介绍。

关键词：变压器保护，瓦斯保护，差动保护，后备保护

II

Abstract

The electric power transformer is one of the count for much electric power equipments in the electric power system, it of safety circulate for assurance electric power system of normal circulate and to the credibility of the power supply, and the electric power quality contain decisive function. With the development of power system, especially with the evolution of the modern material, new crafts and the larger capability of power transformers, the requirement for transformers protection becomes much stricter.

This paper firstly power transformer fault type and not normal working condition analysis and 10000KVA, voltage rating capacity as the main transformer protection consumers 10KV 35KV change as an example, this paper put forward the gas protection and differential protection primarily protection to compound voltage over current protection and start over load for backup protection, coupled with such as temperature protection non-electric quantity of protection scheme. Introduces the principle and the protection of the aforementioned program protective device. Again according to the scheme of principle and device choice, for example to protect setting and calculation.

In the end the paper for electrical measurement, control, signal circuit secondary circuit diagram, transformer briefly introduced.

Key words ：transformer protection，gas protection ，differential protection，backup protection

III

目 录

摘 要 ............................................. II Abstract ............................................ III 1 绪 论 ........................................... 1

1.1 概述................................................... 1 1.2 变压器保护的发展与现状................................. 2 1.3 本课题的主要工作....................................... 3

2 电力变压器的继电保护 ............................ 4

2.1 电力变压器的故障类型及保护措施......................... 4 2.2 电力变压器的瓦斯保护................................... 5 2.3

电力变压器的纵联差动保护.............................. 9

2.4 电力变压器相间短路的后备保护........................... 16 2.5 电力变压器过负荷保护.................................. 21 2.5

电力变压器的温度保护................................. 22

3 电力变压器保护方案及算例 ....................... 24

3.1 3.2

电力变压器保护方案................................... 24 差动保护整定计算..................................... 26

4 电气测量回路 .................................... 29

4.1 4.2 4.3

电气测量回路简介及要求............................... 29 断路器控制回路....................................... 30 二次回路的操作电源................................... 35

5 电力变压器的二次回路图 ......................... 37

5.1 归总式原理图.......................................... 37 5.2 展开式原理图.......................................... 37 5.3 小母线布置图.......................................... 39

IV

6 展 望 .......................................... 41 致 谢 ............................................. 43 参考文献 ........................................... 44

V

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1 绪 论

1.1 概述

电力变压器是电力系统中非常重要的电力设备之一，它的安全运行对于保证电力系统的正常运行和对供电的可靠性，以及电能质量起着决定性的作用，同时大容量电力变压器的造价也十分昂贵。由于绝缘的老化或风雪雷电，以及设备的缺陷、设计安装和运行维护不当等原因，因此对电力变压器可能发生的各种故障和不正常的运行状态进行分析是十分重要的。

电力变压器的保护装置大约有瓦斯保护、纵差保护、电力变压器的温度保护、相间短路的后备保护等等。

在变压器油箱内常见的故障有绕组匝间或层间绝缘破坏造成的短路，或高压绕组对地绝缘破坏引起的单相接地。变压器油箱内发生的任何一个故障时，由于短路电流和短路点电弧的作用，将使变压器油及其他绝缘材料因受热而分解产生气体，因气体比较轻，它们就要从油箱里流向油枕的上部，当故障严重时，油会迅速膨胀并有大量的气体产生，此时，会有强烈的油流和气体冲向油枕的上部。利用油箱内部的故障时的这一特点，可以构成反映气体变化的保护装置，称之为瓦斯保护. 瓦斯保护用来反映变压器油箱内部的短路故障以及油面降低，其中重瓦斯保护动作于跳开变压器各电源侧断路器，轻瓦斯动作于发出信号。[1]

纵差保护或电流速断保护用于反映电力变压器绕组、套管及引出线发生的故障，其保护动作于跳开变压器各电源侧断路器相间短路的后备保护。相间短路的后备保护用于反映外部相间短路引起的变压器过电流，同时作为瓦斯保护和纵差保护（或电流速断保护）的后备保护，其动作时限按电流保护的阶梯形原则来整定，延时动作于跳开变压器各电源侧断路器。

当变压器的冷却系统发生故障或发生外部短路和过负荷时，变压器的油温将升高。变压器的油温越高，油的劣化速度越快，使用年限少。当油温达115～150℃时劣化更明显，以致不能使用。油温越高将促使变压器绕组绝缘加速老化影响其寿命。

电力变压器相间短路的后备保护可根据变压器容量的大小和保护装置对灵敏度的要求，采用过电流保护、低电压起动的过电流保护、复合电压起动的过电

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流保护等方式。对于单侧电源的变压器保护装置安装在变压器电源侧，即作为变压器本身故障的后备保护，又反映变压器外部短路引起的过电流。[2]

熟练的掌握这些继电保护装置及保护装置的整定计算是十分重要的。因此，需要有专门的技术为电力系统建立一个安全保障体系，其中最重要的专门技术就是继电保护技术。这样就可能保证电力系统的正常运行。

1.2 变压器保护的发展与现状

做为变压器主保护的主要形式，纵差保护长期以来受到保护工作者的关注。二十世纪三十年代初，R.E. Cordray提出比率差动变压器保护[23]，标志着纵差保护做为变压器主保护时代的到来.随后的时间内，许多学者对纵差保护在变压器保护中的应用做了深入的探讨。为此，励磁涌流的研究成为了变压器保护的又一重点。1941年，C.D. Hayward首次提出了利用谐波制动的差动保护，将谐波分析引入到变压器纵差保护中，并逐渐成为国外研究励磁涌流制动方法的主要方向。1958年，R.L. Sharp，W.E. GlassBurn提出了利用二次谐波鉴别变压器励磁涌流的方案，并在模拟式保护中加以实现，同时，作者还提出了差动加速的方案，即后来在变压器保护中常用到的差动速动。

国内的变压器保护研究在借鉴国外成熟经验的基础上，取得了一系列自己的研究成果。1979年，间断角原理做为一种全新的变压器励磁涌流鉴别方案被提出来，这是一种完全区别于谐波鉴别励磁涌流的新思路，它的出现，不仅是提供了一种励磁涌流识别的方法，更重要的是它摆脱了传统谐波制动的模式，给出了一种从励磁涌流波形本质特性去分析的思路，其后国内提出的许多变压器励磁涌流鉴别方案，或多或少都借鉴了这种思路。

近年来，变压器保护的研究出现了新的动向，主要体现在以下两方面：其一是随着微机性能的日新月异，现代数学开始越来越多的融入到变压器保护的研究领域。模糊控制，神经网络，专家系统，小波分析等开始成为研究领域中的常用工具。另一新动向是随着新的传感元件和测量元件的出现，故障诊断及预测越来越融入到变压器保护中。通过监视变压器内部漏磁通变化量来发现匝间故障，通过变压器油的色谱分析来判断变压器的运行状况，通过监视变压器局部放电来判断变压器的绝缘情况等方法近年来先后被提出来，同时，现代控制理论的许多研

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究成果也融入到变压器的故障诊断及预测中来，如模糊控制，灰色理论，神经网络等。[22]

1.3 本课题的主要工作

本文先从电力变压器的故障类型结合课题所研究变压器提出相应的主保护和后备保护，以及其他非电量保护，进而确定比较有效的保护方案。再对所提出的保护方案进行详细的分析与介绍。然后根据方案及装置的选择，对所研究变压器进行整定计算。最后对变压器的电气测量、控制、信号等回路，进行简单的介绍。

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2 电力变压器的继电保护

2.1 电力变压器的故障类型及保护措施

2.1.1 电力变压器故障及不正常运行状态

电力变压器是电力系统中非常重要的电力设备之一，它的安全运行对于保证电力系统的正常运行和对供电的可靠性，以及电能质量起着决定性的作用，同时大容量电力变压器的造价也是十分昂贵。因此本节针对电力变压器可能发生的故障和不正常的运行状态进行分析，然后重点研究应装设的继电保护装置，以及保护装置的整定计算。

变压器故障可分为油箱内故障和油箱外故障两类，油箱内故障主要包括绕组的相间短路、匝间短路、接地短路及经铁芯烧毁等。变压器油箱内的故障十分危险，由于变压器内充满了变压器油，故障时的短路电流使变压器油急剧的分解气化，可能产生大量的可燃性气体（瓦斯），很容易引起油箱爆炸。油箱外故障主要是套管和引出线上发生的相间短路和接地短路。电力变压器不正常运行状态主要有外部相间短路、接地短路引起的相间过电流和零序过电流，负荷超过其额定容量引起的过负荷、油箱漏油引起的油面降低，以及过电压、过励磁等。

2.1.2 电力变压器继电保护的配置

为了保证电力变压器的安全运行，根据《继电保护与安全自动装置的运行条例》，针对变压器的上述故障和不正常运行状态，电力变压器应装设以下保护：

1．瓦斯保护。800KVA及以上的油浸式变压器的400KVA以上的车间内油浸式变压器，均应装设瓦斯保护。瓦斯保护用来反映变压器油箱内部的短路故障以及油面降低。

2．纵差保护或电流速断保护。6300KVA及以上并列运行的变压器，10000KVA及以上单独运行的变压器，发电厂厂用工作变压器和工业企业中6300KVA及以上重要的变压器，应装设纵差保护。10000KVA及以下的电力变压器，应装设电流速断保护，其过电流保护的动作时限应大于0.5秒。对于2000KVA以上的变压器,当电流速断保护灵敏度不能满足要求时,也应装设纵差保护。

3．相间短路的后备保护的形式较多，过电流保护和低电压起动的过电流保

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护，宜用于中、小容量的降压变压器；复合电压起动的过电流保护，宜用于升压变压器和系统联络变压器，以及过电流保护灵敏度不能满足要求的降压变压器；6300KVA及以上的升压变压器，应采用负序电流保护及单相式低电压起动的过电流保护；对大容量升压变压器或系统联络变压器，为了满足灵敏度要求，还可以采用阻抗保护。

4．过负荷保护。对于400KVA以上的变压器，当数台并列运行或单独运行并作为其他负荷的备用电源时，应装高过负荷保护。过负荷保护通常只装设在一相其动作时限较长。延时动作于发出信号。

5．其他保护。高压侧电压为500KV及以上的变压器，对频率降低和电压升高而引起的变压器励磁电流升高，应装设变压器过励磁保护。对变压器温度和油箱内压力升高，以及冷却系统故障，按变压器现行标准要求，应装设相应的保护装置。[2]

2.2 电力变压器的瓦斯保护

2.2.1 气体继电器的构成和动作原理

瓦斯保护是利用安装在变压器油箱与油枕之间的连接管道中的气体继电器构成的，如图1-1所示。为了不妨碍气体的流动，在安装具有气体继电器的变压器时，变压器顶盖与水平面应具有1%~1.5%的坡度，通往气体继电器的连接管具有2%~4%的坡度，安装油枕一侧方向向上倾斜。这样，当变压器发生内部故障时，可使气流容易进入油枕，并能防止气泡积聚在变压器的顶盖内。

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图1—1 气体继电器安装示意图 1—气体继电器 2—油枕

在瓦斯保护继电器内，上部是一个密封的浮筒，下部是一块金属档板,两者都装有密封的水银接点。浮筒和档板可以围绕各自的轴旋转。在正常运行时，继电器内充满油，浮筒浸在油内，处于上浮位置，水银接点断开；档板则由于本身重量而下垂，其水银接点也是断开的。当变压器内部发生轻微故障时，气体产生的速度较缓慢，气体上升至储油柜途中首先积存于瓦斯继电器的上部空间，使油面下降，浮筒随之下降而使水银接点闭合，接通延时信号，这就是所谓的“轻瓦斯”；当变压器内部发生严重故障时，则产生强烈的瓦斯气体，油箱内压力瞬时突增，产生很大的油流向油枕方向冲击，因油流冲击档板，档板克服弹簧的阻力，带动磁铁向干簧触点方向移动，使水银触点闭合，接通跳闸回路，使断路器跳闸，这就是所谓的“重瓦斯”。重瓦斯动作，立即切断与变压器连接的所有电源，从而避免事故扩大，起到保护变压器的作用。

瓦斯继电器有浮筒式、档板式、开口杯式等不同型号。目前大多采用QJ1-80型继电器，其信号回路接上开口杯，跳闸回路接下档板。所谓瓦斯保护信号动作，即指因各种原因造成继电器内上开口杯的信号回路接点闭合，光字牌灯亮。

QJ1-80型气体继电器分轻瓦斯和重瓦斯两部分。轻瓦斯部分主要是由开口杯、固定在开口杯上的永磁铁、干簧触点构成的。重瓦斯部分主要有挡板、固定在挡板的磁铁、重瓦斯干簧触点及流速整定螺杆构成。

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图1—2 QJ1-80型气体继电器结构图

当变压器正常工作时，气体继电器内充满了油，开口杯内也充满了油，由于开口杯在游内重力所产生的力矩比平衡重锤产生的力矩小，因此开口杯处于向上翘起状态。与开口杯固定在一起的永磁铁处于远离轻瓦斯干簧位置，所以该干簧触点处于断开状态。

当变压器内部发生轻微故障时，产生不少气体，逐渐集聚在气体继电器的上部，使继电器内的油面缓慢下降，当油面降到低于开口杯时，开口杯在空气中重力加上杯内油的重力所产生的力矩，大于平衡重锤所产生的力矩，于是开口杯落下来，使固定在开口杯上的永磁铁接近干簧触点。当气体积聚到一定容积时，干簧触点接通，发出轻瓦斯信号。可通过改变轻瓦斯触点动作的气体容积在250~300cm3的范围内调整。

正常情况下，重瓦斯挡板在弹簧的作用下垂直位置，固定在挡板的永久磁铁远离重瓦斯干簧触点。当变压器油箱内发生严重事故时，油气流冲击挡板的力量大于弹簧的弹力时，挡板倾斜了一个角度，使固定在挡板上的永久磁铁靠近重瓦斯的干簧触点，干簧触点接通，发出跳闸脉冲。重瓦斯动作的油流速度可利用流速整定螺杆，在0.7~1.5m/s的范围内调整。[3]

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值得注意是，变压器初次投入运行时，由于换油等工作，油中混入少量的气体，经过一断时间后，这些气体又从油中分离出来，逐渐集聚在气体继电器的上部，迫使开口杯下降，使轻瓦斯动作。此时，可以通过气体继电器顶部放气阀将气体放出。在故障发生后，为了便于分析故障原因及其性质，可以通过放气阀收集气体，以便化验分析瓦斯气体的成分。

2.2.2 瓦斯保护的原理接线

瓦斯保护的原理接线如图1—3所示。

气体继电器的轻瓦斯触点KG1由开口杯控制，构成轻瓦斯保护，其动作后发出警报信号，重瓦斯触点KG2由挡板控制，构成重瓦斯保护，其动作或经信号发生器KS启动出口中间继电器KOM，KOM的两端触点分别使断路器1QF、2QF跳闸，从而切断故障电流。

1QF1YRKG1KG2XB1KS2KSHLKOMSB2QF2YR

图1—3 瓦斯保护原理接线图

为了防止变压器内严重故障时因油速不稳定，造成重瓦斯触点时通时断的不可靠动作，必须选用带自保持电流线圈的出口中间继电器KOM。在保护动作后，借助于断路器的辅助触点1QF和2QF来接触出口回路的自保持。在变压器加油或换油后及气体继电器试验时，为了防止重瓦斯误动作，可以利用切片XB，使重瓦斯暂时改接到信号位置，只发信号。

瓦斯保护具有灵敏度高，动作迅速，接线简单等优点。但由于瓦斯保护不能单独作为变压器的主保护，所以通常是将瓦斯保护与纵联差动保护配合作为变压

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器的主保护。

2.3

2.3.1

电力变压器的纵联差动保护

变压器纵联差动保护的原理

变压器的纵联差动保护用来反映变压器绕组、引出线及套管上的各种短路

保护故障，是变压器的主保护。

1QF1KDI1I1'TBLIrI22QFI2'TA2 图1-4 变压器纵差保护单相原理接线图

纵联差动保护是按比较被保护的变压器两侧电流的大小和相位的原理实现的。为了实现这种比较，在变压器两侧各装设一组电流互感TA1、TA2，其二次侧按环流法连接，即若变压器两端的电流互感器一次侧的正极性端子均置于靠近母线的一侧，则将它们二次侧的同极性端子相连接，再将差动继电器的线圈按环流法接入，构成纵联差动保护，见图1-4。变压器的纵差保护与输电线的纵联差动相似，工作原理相同，但由于变压器高压侧和低压侧的额定电流不同，为了保证变压器纵差保护的正常运行，必须选择好适应变压器两侧电流互感器的变比和接线方式，保证变压器在正常运行和外部短路时两侧的二次电流等。其保护范围为两侧电流互感TA1、TA2之间的全部区域，包括变压器的高、低压绕组、套管及引出线等。

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从图1-4可见，正常运行和外部短路时，流过差动继电器电流IrI1I2，在理想的情况下，其值等于零。但实际上由于电流互感器特性、变比等因素，流过继电器的电流为不平稳电流。变压器内部故障时，流入差动继电器的电流为即为短路点的短路电流。当该电流大于KD的动作电流时，KD动作。 IrI1I2，

由于变压器各侧额定电压和额定电流不同，因此，为了保护其纵联差动保护正确动作，必须适当选择各侧电流互感器的变比，使得正常运行和外部短路时，差动回路内没有电流。如图1-4中，应使

I1'''''I2'I1I2nTA1nTA2 （1-1）

式中nTA1——高压侧电流互感器的变比； nTA2——低压侧电流互感器的变比。

式（1-1）说明，要实现双绕组变压器的纵联差动保护，必须适当选择两侧电流互感器的变比。因此，在变压器纵联差动保护中，要实现两侧电流的正确比较，必须先考虑变压器变比的影响。

实际上，由于电流互感器的误差、变压器的接线方式及励磁涌流等因素的影响，即使满足式（1-1）条件，差动回路中仍回流过一定的不平衡电流Iunb , Iunb越大，差动继电器的动作电流也越大，差动保护灵敏度就越低。因此，要提高变压器纵联差动保护的灵敏度，关键问题是减小或消除不平衡电流的影响。[4]

..2.3.2 变压器纵联差动保护的特点

变压器纵联差动保护最明显的特点是不平衡电流的因素很多。现对不平衡电流产生的原因及减少或消除其影响的措施分别讨论如下：

1．两侧电流互感器型号不同而产生的不平衡电流

由于变压器两侧的额定电压不同，所以，其两侧电流互感器的型号也不会相同。它们的饱和特性和励磁电流（归算到同一侧）都是不相同的。因此，在变压器的差动保护中将引起比较大的不平衡电流。在外部短路时，这种不平衡电流可能会很大。为了解决这个问题，一方面，应按10%误差的要求选择两侧的电流互感器，以保证在外部短路的情况下，其二次电流的误差不超过10%。另外一方面，

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在确定差动保护的动作电流时，引入一个同型系数Kst来消除互感器不同的影响。当两侧电流互感器的型号相同时，取Kst=0.5，当两侧电流互感器的型号不同时，取Kst=1。这样，当两侧电流互感器的型号不同时，实际上是采用较大的Kst值来提高纵联差动保护的动作电流，以躲开不平衡电流的影响。

2. 电流互感器实际变比与计算变比不同时的影响及其平衡办法

由于电流互感器选用的是定型产品，而定型产品的变比都是标准化的，这就出现电流互感器的计算变比与实际变比不完全相符的问题，以致在差动回路中产生不平衡电流。为了减少不平衡电流对纵差动保护的影响，一般采用自耦变流器或利用差动继电器的平衡线圈予以补偿。实际上，差动继电器平衡线圈只有整数匝可供选择，因而其铁芯的磁化力不会等于零，仍有不平衡电流，这可以保护的整定计算中引入相对误差系数加以解决。[5]

3 变压器带负荷调整分接头而产生的不平衡电流

电力系统中常用带负荷调整变压器分接头的方法来调整系统电压。调整分接头实际上就是改变变压器的变比，其结果必然将破坏电流互感器二次电流的平衡关系，产生了不平衡电流。由于变压器分接头的调整是根据系统运行的要求随时都可能进行的，所以在纵联差动保护中不可能采用改变平衡绕组匝数的方法来加以平衡。因此，在带负荷调压的变压器差动保护中，应在整定计算中加以考虑，即用提高保护动作电流的方法来躲过这种不平衡电流的影响。

4.变压器接线组别的影响及补偿措施

（1）常规保护相位补偿方法。三相变压器的接线组别不同时，其二侧的电流相位关系也不同。以常用的Y，d11接线的电力变压器为例，它们两侧的电流之间就存在着300的相位差。这时，即使变压器两侧电流互感器二次电流大小相等，也会在差动回路中产生不平衡电流IUNB。为了消除这种不平衡电流的影响，就是必须消除纵联差动保护中两臂电流的相位差。通常都是采用相位补偿的方法，即将变压器星型接线一侧电流互感器的二次的绕组接成三角形，而将变压器的三角形侧电流互感器的二次绕组接成星型，以便将电流互感器二次电流的相位校正过来。[6]采用了这样的相位补偿后，Y，d11接线变压器差动保护的接线方式及其有关电流的相量图，如图1-5所示。

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ABCIaYIbYIcY1KAI<2KAI<3KAI<IAYIBYICYIarIBYIaYIbrIAYICYIcYIcrIbYIAdIBdICdIAdICdIadIBdIbdIcdIadaIbIcdc

图1—5 Y,d11接线变压器纵联差动保护的接线及相量图 （a）接线图; (b)相量图

图1-5中IAY、IBY、ICY分别表示变压器星形侧的三个线电流，和它们对应的电流互感器二次电流为IaY、IbY、IcY.由于电流互感器的二次绕组为三角形接线，所以加入差动臂的电流为

IarIaYIbY IbrIbYIcY IcrIcYIaY

...............它们分别超前于IAY、IBY、ICY相角为300，如图1-5（b）所示。在变压器的三角形侧，其三相电流分别为IAd、IBd、ICd,相位分别超前IAY、IBY、ICY300。因此该侧电流互感器输出电流Iad、Ibd、Icd与IAd、IBd、ICd同相位。所以流入差动臂的三个电流就是它们的二次电流Iad、Ibd和Icd。Iad、Ibd和Icd分别与高压侧加入差动臂的三个电流Iar、Ibr和Icr同相，这就使Y，d11变压器两侧电流的相位得到了校正，从而有效的消除了因两侧电流的相位不同而引起的不平衡电流。若仅从相位补偿角度出发，也可以将变压器三角形侧电流互感器二次绕组接成三角形。如果采用这种相位补偿措施，若变压器高压侧采用中性点接地的工作方式时，当差动回路外部发生单相接地短路故障时，变压器高压侧差动回路中

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将有零序电流，而变压器三角形无零序分量，使不平衡电流加大。因此，对于常规变压器差动保护是不允许采用变压器低压进行相位补偿的接线方式。

采用相位补偿接线后，在电流互感器绕组接成三角形的一侧，流入差动臂中的电流要比电流互感器的二次电流大3倍。为了在正常工作及外部故障时使差动回路中两侧的电流大小相等，可通过适当选择电流互感器变比解决，考虑到电流互感器二次额定电流为5A，则

nTA.Y3INY （1-3） 5 而变压器三角形侧电流互感器的变比为 nTA.dINd （1-4） 5式中INY——变压器绕组接成星形侧的额定电流； INd——变压器绕组接成三角形侧的额定电流。

根据式中（1-3）和式（1-4）的计算结果，选定一个接近并稍大于计算值的标准变比。

（2） 微机保护相位补偿方法。由于微机保护软件计算的灵活性，允许变压器各侧的电流互感器二次侧都按Y形接线，也可以按常规的接线方式。当两侧都采用Y形接线时，在进行差动计算时由软件对变压器Y侧电流进行补偿及电流数值补偿。

如变压器Y侧二次三相电流采样值为IaY、IbY、IcY，则软件按下式可求得用作差动计算的三相电流Iar、Ibr、Icr。用软件实现相位补偿，则变压器星形侧相位补偿式为

Iar....... IbrIcr..IaYIbY3..IbYIcY （1-5）

3..IcYIaY313

..

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经软件相位转化后的Iar、Ibr、Icr就与低压侧的电流Iad、Ibd、Icd同相位了，相位关系如图1-5（b）所示。但是1-5（b）相量图不同的是，按式（1-5）进行相位补偿的同时也进行了数值补偿。[8]

5．变压器励磁涌流的影响及防止措施

由于变压器的励磁电流只流经它的电源侧，故造成变压器两侧电流不平衡，从而在差动回路中产生不平衡电流。在正常运行时，此励磁电流很小，一般不超过变压器额定电流的3%~5%。外部故障时，由于电压降低，励磁电流也相应减小，其影响就更小。因此由于正常励磁电流引起的不平衡电流不大，可以忽略不计。但是，当变压器空载投入和外部故障切除后电压恢复时，可能出现很大的励磁涌流，其值可以达到变压器额定电流的6~8倍。因此，励磁涌流将在差动回路中产生很大的不平衡电流，可能导致保护的误动作。

,u非周期分量.+ max-max周期分量res剩磁T/2Tωt

图1—6 电源电压U=0时合闸，铁心磁通变化波形

励磁涌流，就是变压器空载合闸时的暂态励磁电流。由于在稳态工作时，变压器铁心中的磁通应滞后于外加电压900。所以，如果空载合闸正好在电压瞬间值u=0的瞬间接通，则铁心中就具有一个相应的磁通—φ是不能突变的，所以在合闸时必将出现一个+φ

max,而铁心中的磁通又

max磁通分量。此分量的磁通将按

指数规律自由衰减，称为非周期性的磁通分量。如果这个非周期性的磁通分量的衰减比较慢，那么，在最严重的情况下，经过半个周期后，它与稳态磁通相叠加的结果，将使铁心中的总磁通达到2φ余磁通φ

res，则总磁通将为

如果铁心中还有方向相同的剩max的数值，

2φ

max+φres。此时由于铁心高度饱和，使励磁电流剧

max对应的为变压器的额定电流的

烈增加，从而形成的励磁涌流。与图1—6中φ最大值Iμψ，与2φ

max+φres对应的则为励磁涌流的最大值Iμmax。随着铁心中非周

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期磁通的不断衰减，励磁电流也逐渐衰减至稳态值。以上分析是在电压瞬时值u=0时合闸的情况。当然，当变压器在电压瞬时值为最大的瞬间合闸时，因对应的稳态磁通等于零，故不会出现励磁涌流，合闸后变压器将立即进入稳态工作。但是，对于三相式变压器，因三相电压相位差1200，空载合闸时出现励磁涌流是不可避免的。根据以上分析可以看出，励磁涌流的大小与合闸瞬间电压的相位、变压器容量的大小、铁心中剩磁的大小和方向及铁心的特性等因素有关。而励磁涌流的衰减速度则随铁心的饱和程度及导磁性能的不同而变化。[9]

变压器励磁涌流的波形具有以下几个特点：

（1）含有很大成分的非周期分量，使曲线偏向时间轴的一侧。 （2）含有大量的高次谐波，其中二次谐波所占比重最大。 （3）涌流的波形削区负波之后将出现间断。

（4）为了消除励磁涌流的影响，在纵联差动保护常采用的措施是： 接入速饱和变流器。为了消除励磁涌流非周期的影响，通常在差动回路中接入速饱和变流器Tsat，如图1-7所示。

KDKATsat

图1—7 带速饱和变流器接线

当励磁涌流进入差动回路时，其中很大的非周期分量使速饱和变流器Tsat的铁心迅速严重饱和，励磁阻抗锐减，使得励磁涌流中几乎全部非周期分量及周期分量电流从速饱和变流器Tsat的一次绕组通过，传变到二次回路（流入电流继电器KA）的电流很小，故差动继电器KD不动作。

采用差动电流速断保护。利用励磁涌流随时间衰减的特点，借保护固有的动作时间，躲开最大的励磁涌流，从而去保护的动作电流IOP=（2.5~3）IN，即可躲

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过励磁涌流的影响。

采用以二次谐波制动原理构成的纵联差动保护装置。 采用鉴别波形间断角原理构成的差动保护

DCD—2型继电器构成的变压器纵联差动保护的整定计算

基本侧电流的确定。在变压器的各侧中，选二次侧额定电流最大的一侧为基本侧。各侧二次额定电流的计算方法如下：

（1）按额定电压及变压器的最大电容计算各侧一次额定电流为 INSTN3UN

式中STN—变压器最大额定容量 UN—变压器额定电压 （2）选择电流互感器变比为 nTAcal

KconIN 52.4 电力变压器相间短路的后备保护

电力变压器相间短路的后备保护可根据变压器容量的大小和保护装置对灵敏度的要求，采用过电流保护、低电压起动的过电流保护、复合电压起动的过电流保护等方式。对于单侧电源的变压器保护装置安装在变压器电源侧，即作为变压器本身故障的后备保护，又反映变压器外部短路引起的过电流。

2.4.1 过电流保护

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图1-8变压器过电流单相原理接线图

过电流保护一般用于容量较小的降压变压器上，其单相原理接线如图1—8 所示。保护装置的动作电流应按躲过变压器可能出现的最大负荷电流IL。max来整定，即

Iop=

KrelIKreL.max

式中 Krel—可靠系数，一般采用1.2~1.3；

Kre—返回系数，一般采用0.85；

IIL.max—变压器的最大负荷电流。

L.max可按下述两种情况来考虑：

（1）对并列运行的变压器，应考虑切除一台变压器以后所产生的过负荷。 若各变压器的容量相等时，可按下式计算为

IL.max =

mIm1N。B

式中 m—并列运行的变压器的台数； INB—变压器的额定电流。

（2）对降压变压器，应考虑负荷中电动机起动时的最大电流，即 IL.max＝ＫssI’ L。max

式中Kss——自起动系数，其值与负荷性质及用户与电源间的电气距离有关，在110KV降压变电站，对6～ 10KV侧，KSS=1.5～ 2.5；35KV侧，KSS=1.5～2.0。

IL,max——正常运行时的最大负荷电流。 保护装置的灵敏校验

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Ksen=

Ik.min Iop式中Ik.min——最小运行方式下，在灵敏度校验发生两相短路时，流过保护装置的最小短路电流。

在被保护变压器受电侧母线上短路时，要求Ksen =1.5-2.0；在后备保护范围末端短路时，要求Ksen1.2 。保护装置的动作时限应与下一级过电流保护配合，要比下一级保护中最大动作时限大一个时限级差 Δt。[10]

2.4.2 低电压起动的过电流保护

图1-9 低电压起动的过电流保护单相原理接线图

低电压起动的过电流保护单相原理接线如图1-9 所示。保护的起动元件包括电流继电器和低电压继电器。

电流继电器的动作电流按躲过变压器的额定电流整定。即 Iop=

KrelIKreN。B

（1-6）

故其动作电流比过电流保护的起动电流小，提高了保护的灵敏性。

低电压继电器的动作电压Uop=0.7UN.B

电流元件的灵敏系数按式（1-6）校验，电压元件的灵敏系数按下式校验，即

Ksen=

UopUk.max

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式中Uk.max——最大运行方式下，灵敏系数校验点短路时，保护安装处的最大电压。

对装设在变压器低压侧的低电压继电器，若在变压器高压侧短路，其灵敏系数不能满足要求时，可在变压器高压侧再装一套低电压继电器，两套低电压继电器的接点并联。

2.4.3 复合电压起动的过电流保护

若低电压起动的过电流保护的低电压继电器灵敏系数不满足要求，可采用复合电压起动的过电流保护。

电压起动的过电流保护的过电流保护的原理图与低电压起动的过电流保护基本相同，不同的是用一个低电压继电器和一个负序电压继电器代替了低电压起动的过电流保护中的三个低电压继电器，使得保护的灵敏度提高了很多。负序电压继电器由负序电压滤过器和一个低电压继电器构成。 2.4.3.1. 复合电压起动的过电流保护的工作原理

1QFTA1KAI<2KAI<3KAI<至电压断线信号KOMKCKTKS跳闸信号TA2QFKVZU>U在正常运行时，由于电压没有负序分量，所以负序电压继电器KVZ的动断触点闭合，将线电压加入低电压继电器KV的线圈上，KV动断触点断开，保护装置不动作。

当外部发生不对称短路时，故障相电流起动元件KA动作，负序电压继电器

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中的负序电压滤过器KUG输出负序电压，负序电压继电器KVZ动作，其动断触点断开，低电压继电器KV线圈失磁，其动断触点闭合，起动中间继电器KC的线圈，其动合触点闭合，使时间继电器KT动作，经过其整定时限后，KT的延时触点闭合，起动出口中间继电器KOM，将变压器两侧断路器1QF、2QF跳闸，切断故障电流。

当发生三相短路时，低电压继电器KV线圈失磁而返回，其动断触点闭合，同时，电流继电器KA动作，按低电压起动的过电流保护的方式，作用于1QF、2QF跳闸。

2.4.3.2. 复合电压起动的过电流保护的整定计算

（1）电流元件的动作电流与低压起动的过电流保护中的电流元件的动作整定值相同。

低电压元件的动作电流为

Uop0.7UN.B 式中UN.B——变压器额定电压。 低压元件的灵敏度为

KsenUopKreUk.max1.2

式中Uk.max——相邻元件末端三相金属性短路时，保护安装处的最大线电压； Kre——低压元件的返回系数。

（2）负序电压元件的动作元件的动作电压按避开正常运行的不平衡负序电压整定。其起动电压U2op取为

U2.op0.06~0.12UN.B

负序电压元件灵敏度为

KsenUK2.min U2.op式中 Uk2.min——相邻元件末端不对称短路故障时的最小负序电压。 （3）方向元件的整定：

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①三侧有电源的三绕组生压变压器，在高压侧和中压侧加功率方向元件，其方向可指向该侧母线；

②高压及中压侧有电源或三侧均有电源的三绕组降压变压器的联络变压器，在高压侧和中压侧加功率方向元件，其方向宜指向变压器。 （4）动作时限按大于相邻主变压器后备保护的动作时限整定。

（5）相间方向元件的电压可取本侧或对侧的，取对侧的，两侧绕组接线方式应一样。

（6）复合电压元件可取本侧的，也可取变压器各侧“或”的方式。[12]

2.5 电力变压器过负荷保护

变压器过负荷保护反映变压器对称过负荷引起的过电流。保护用一个电流继电器接于一相电流，经延时动作于信号。

1QF信号TAKAKT2QF

图1—11 变压器的过负荷保护原理接线图

过负荷保护的安装侧，应根据保护能反映变压器各侧绕组可能过负荷情况来选择：

（1）对于双绕组升压变压器，装于发电机侧。

（2）对一侧无电源的三绕组升压变压器，装于发电机电压侧和无电源侧。 （3）对三侧有电源侧电源的三绕组升压变压器，三侧均装。

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（4）对于双绕组降压变压器，装于高压侧。

（5）对两侧有电源的三绕组降压变压器，三侧均应装设。 过电流保护的动作电流。应按躲开变压器的额定电流整定，即 IopKrelIN.B Kre式中Krel—可靠系数，取1.05

Kre—返回系数；取0.85

变压器过负荷保护的动作时限比变压器的后备保护动作时限大一个Δt。

2.5 电力变压器的温度保护

当变压器的冷却系统发生故障或发生外部短路和过负荷时，变压器的油温将升高。变压器的油温越高，油的劣化速度越快，使用年限减少。当油温达115～150℃时劣化更明显，以致不能使用。油温越高将促使变压器绕组绝缘加速老化影香其寿命。因此，《变压器运行规程》规定：上层油温最高允许值为95℃，正常情况下不应超过85℃，所以运行中对变压器的上层油温要进行监视。凡是容量在1000KVA及以上的油侵式变压器均要装设温度保护，监视上层油温的情况；对于车间内变电柜，凡是容量在315KVA及以上的变压器，通常都要装设温度保护；对于少数用户变电站，凡是容量在800KVA左右的变压器，都应装设温度保护，但温度保护只作用于信号。[13]

2.5.1 温度继电器的工作原理

当变压器油温升高时，受热元件发热升高使连接管中的液体膨胀，温度计中的压力增大，可动指针向指示温度升高的方向转动。当可动指针与事先定位的黄指针接触时，发出预告信号并开启变压器冷却风扇。如经强风冷后变压器的油温降低，则可动指针逆时针转动，信号和电风扇工作停止；反之，如变压器油温继续升高，可动指针顺时针转动到与红色定位指针接触，这是未避免事故发生而接通短路器跳闸线圈回路，使短路器跳闸，切除变压器，并发出声响灯光信号。

2.5.2 温度继电器的结构

变压器油温的监视采用温度继电器Kθ，它由变压器生产厂成套提供。它是

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一种非电量继电器。常用的电触头压力式温度继电器的结构图，它由受热元件（传感器）1、温度计3及附件组成，是按流体压力原理工作的。

温度计是一只灵敏的流体压力表，它有一支可动指针（黑色）和两支定位指针（分别为黄色和红色）。铜质连接管内充有乙醚液体（或氯甲烷、丙酮等）；受热元件1插在变压器油箱定盖的温度测孔内。

图1-12 压力式温度继电器结构 1—传感器 2—连接细管 3—温度计 4、5、6—仪表指针 7—接线盒

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3 电力变压器保护方案及算例

3.1 电力变压器保护方案

1瓦斯保护

由气体继电器KG、信号继电器2KS、3KS、XB、2XB等组成。轻瓦斯触点仅作用于信号，重瓦斯触点则瞬时作用于切断变压器各侧断路器。

2 纵联差动保护

由DCD—2型差动继电器1KD~3KD和信号继电器1KS等组成，其保护范围在电流互感器1TA、6TA之间的区域。保护动作后，由出口继电器KOM瞬时断开1QF、2QF。

3 复合电压起动过电流保护

复合电压起动的过电流保护是由负序电压继电器KVZ、低电压继电器KV、断线闭锁继电器KC、电流继电器1KA、2KA、3KA时间继电器1KT与信号继电器4KS等组成，电流继电器按三相接于35KV侧的2TA上。KVZ与KV分别作为对称短路和不对称短路的电压起动元件，它接于变压器35KV侧的电压互感器的TV上，其作用由KC实现，故障时，由KC动断触点和KA起动1KT，经整定时限作用于分闸。2TV二次回路断线时，其动合触点KC延时作用于信号。

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1TAa1TAb1TAc1KD2KD3KD主变纵差保护4TAa4TAb4TAc2TAa4KA35KV过流及过负荷2TAb2TAc135KVZ复合电压KVKVZABC35KV电压回路

图3 -1 35kv电压等级双绕组变压器保护接线图

4 过负荷保护。

过负荷保护作用于2TA。其B相电流继电器KA与时间继电器3KT等组成，保护延时作用于信号。 5 温度保护

温度保护由温度继电器Kθ组成保护作用于信号。 几点说明：

（1）保护的出口回路中均装有连接片XB，以适应保护调试或运行方式的需要进行投、切。

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（2）保护分别设有单独的信号继电器，用以指示保护的动作情况，便于值班人员分析与处理故障。

（3）保证在几套保护同时动作时KS能灵敏动作，在KOM的电压线圈上并联附加电阻，增大信号继电器回路中的电流。 （4）保护动作后要发出相应的信号。

1KD1KS1XBKOM2KD3KDKGL.KG1R主变纵差保护轻瓦斯保护重瓦斯保护2KSXB3R3KS2XB3XBKV1KT4KSKVZKVKCKC1KA1KT复合电压过流保护2KA3KA4KA2KT过负荷保护1QF跳闸保护2QF跳闸保护2KT5KSKOM6KS7KSKOM1KS3KS5KS（重）瓦斯过负荷35KV电压回路断线温度信号回路2KS3KS4KS5KS6KS信号未复归KCFC7KS

图3—2 35kv电压等级双绕组变压器保护控制、信号回路

3.2 差动保护整定计算

1.基本侧确定

按额定电压及变压器的最大计算容量计算各侧额定电流

IN1STN3UN110000353165A

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IN2STN3UN210000103577A

选择电流互感器变比

nCH1KCONIN113233 55nCH2KCONIN15773200 55可选用变比为：

nCH150nCH2200

各侧电流互感器的二次额定电流为

I2N1KCONIN11653.3A nCH150I2N2KCONIN257735.0A

nCH2200所以选择10KV侧为基本侧 2. 保护装置动作电流的确定 躲过电压器的励磁涌流

IOP1KrelIN21.3*577750.1A 躲过外部短路时最大不平衡电流

IOP2KrelIunb.max1.3(KtsferUfer)1.3*1.34(0.050.10.05)348.4A 所以选用IOP750.1A 3.确定基本侧线圈匝数

IOP.r.calKCONIOP.cal750.136.5A

nTA200609.2 6.5W1AWOIOP.r.cal应选用10匝

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4. 动作电流整定 基本侧实际动作电流为：

IOP.rAWO606A W110保护一次动作电流

IOP2nTAIOPr200*6693A IOP.b35.灵敏度校验

KsenKCONImin1.1632.902

IOP.b0.693保护满足要求 过电流保护整定计算： 躲过最大负荷电流整定：

IOP1KrelIl.max1.2*330465.9A Kre0.85考虑切除一台变压器后产生的过负荷

IOP2mIN2*165330A m1考虑负荷中电动机启动的最大电流

IOP3KSSIN2*165330A 应选用：IOP330A 保护灵敏度校验

KsenImin4.63102 IOP0.466保护满足要求 过负荷保护

按躲过变压器的额定电流整定：

IOP1

KrelIN.B1.05*165204A Kre0.8528

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4 电气测量回路

电气测量仪表是测量电力系统中主要电气设备运行的二次设备。变电所的运

4.1 电气测量回路简介及要求

行人员要通过测量仪表和监察装置掌握主系统和主设备的运行情况，分析电能质量和计算经济指标。[20]

变电所电气测量仪表的配置，应充分考虑运行监视的需要，做到技术先进、经济合理、使用方便。电气测量回路的种类很多：按被测电气参数性质的不同分为交流测量和直流测量回路；按测量方式的不同分为连续测量和选线测量；按测量参数的不同分为电流测量、电压测量、功率测量等。[13]

电气测量回路与其他二次回路一样是以主设备为安装单位绘制的，并应满足以下要求：

（1）当测量仪表与继电保护装置共用一组电流互感器，仪表与保护应分别接于互感器不同的二次绕组。若受条件只能接在同一个二次绕组时，应采取措施防止校验仪表时影响保护装置的正常工作。

（2）直接接于电流互感器二次绕组的仪表，不宜采用切换方式检测三相电流。 （3）常测仪表、电能计量仪表和应与故障录播装置共用电流互感器的同一个二次绕组。

（4）当电力设备在额定值运行时，互感器二次绕组所接入的阻抗不应超过互感器准确度等级允许范围所规定的值。

（5）当几种仪表接在互感器的同一个二次绕组时，宜先接指示和积算式仪表再接记录仪表。

图3-1为变电所35KV双绕组变压器保护接线图。变电所的变压器测量仪表装在低压侧，仪表电流线圈全部装在低压侧电流互感器3TA上，电压线圈全部装在10kv母线电压互感器的回路中。

一次回路：

（1）电流表是用来监视负荷的，对35KV变电站一般只装一只电流表。 （2）有功功率表和无功功率表是用来监视变压器运行时，某一瞬间送出的有功和无功功率，并根据读数进行功率因数计算。

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（3）有功电能表和无功电能表是用来计量变压器某一时间段内送出的有功和无功电能。

4.2 断路器控制回路

4.2.1 对断路器控制回路的基本要求

断路器是电力系统中最重要的开关设备，在正常运行时断路器可以接通和切断电气设备的负荷电流，在系统发生故障时则能可靠地切断短路电流。[14]

断路器的控制方式有多种，分述如下： 1.按控制地点分类

（1）集中控制。在主控制室的控制台上，用控制开关或按钮通过控制电缆去接通或断开断路器的跳、合闸线圈，对断路器进行控制。远方控制的断路器都是比较重要的，如主变断路器、母线断路器、35KV及以上断路器等。

（2）就地（分散）控制。在断路器旁安装控制设备对断路器进行跳、合闸操作（可自动或手动），主要用作对次要断路器的控制，以减少主控制室的占地面积和控制电缆数。

2.按控制电源电压分类

断路器的控制方式按控制电源电压分为强电控制和弱电控制两种。 （1）强电控制。从断路器的控制开关到其操作机构的工作电压均为直流110V或220V。

（2）弱电控制。控制开关的工作电压是弱电（直流48V），而断路器的操动机构的电压是220V。

3. 按控制电源的性质分类

断路器的控制方式按控制电源的性质可分为直流操作和交流操作（包括整流操作）两种。

直流操作一般采用蓄电池组供电；交流操作一般是由电流互感器、电压互感器或所用变压器提供电源。

断路器的控制回路必须完整可靠，因此，应满足下面的基本要求： （1）断路器的合、跳闸回路是按短时通电设计的，操作完成后，应迅速切断合、跳闸回路，解决命令脉冲，以免烧坏合、跳闸线圈。为此，在合、跳闸回路

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中，接入断路器的辅助触点，即可将回路切断，又可为下一步操作做好准备。 （2）断路器既能在远方由控制开关进行手动合闸和跳闸，又能在自动装置和继电保护作用下自动合闸和跳闸。

（3）控制回路应具有反映断路器状态的位置信号和自动合、跳闸的不同显示信号。

（4）无论断路器是否带有机械闭锁，都应具有防止多次合、跳闸的电气防跳装置。

（5）对控制回路及其电源是否完好，应能进行监视。

（6）对于采用气压、液压、和弹簧操作的断路器，应有压力是否正常，弹簧是否拉紧到位的监视回路和闭锁回路。

（7）接线应简单可靠、使用电缆芯数应尽量少。

4.2.2 断路器控制回路简述

4.2.2.1. 断路器基本跳、合闸回路

如图4—1所示，其工作原理简述如下：

+1KQF25SAKM82KQF167YT+_KMYC

图4—1 断路器基本跳、合闸回路

（1）合闸操作。手动合闸是将控制开关SA打至“合闸”位置，此时5-8触点瞬时接通；而断路器在跳闸位置时其动断触点QF2是接通的，所以合闸接触器KM线圈通电起动，其动合触点接通，断路器合闸线圈YC通电起动，断路器合闸。当合闸操作完成后，断路器的动断辅助触点QF2断开，当断路器合闸线

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圈YC的电路；同时，断路器动合触点QF1接通，准备好跳闸回路。

断路器的自动合闸是由自动重合闸装置的出口触点1K闭合实现的。 （2）跳闸操作。手动跳闸是将控制开关SA打至“跳闸”位，此时其6-7触点接通，而断路器在合闸位置时其动合触点QF1是接通的，所以跳闸线圈YT通电，断路器进行跳闸。当跳闸操作完成后，断路器的动合触点QF1断开，而动断触点QF2接通，准备好合闸回路。

断路器的自动跳闸是在保护装置出口继电器2K触点闭和来实现的。 图中下面的“+”和“—”为合闸小母线，因合闸电流较大（一般在一百至数千安培），所以采用专设的大容量合闸电源，与控制电源分开。[15] 4.2.2.2 断路器防跳控制回路

防跳就是防止断路器发生连续跳、合的跳跃现象。断路器跳跃使遮断容量严重下降，长时间跳跃会造成断路器损坏，也会影响用户和电网的工作。使断路器产生跳跃的原因很多，如手动合闸后控制开关SA的手柄尚未松开（5-8触点仍在接通状态）或者自动重合闸装置的出口触点1K烧结，若此时发生永久性故障，就会出现跳跃现象。一般10KV及以下电压等级的断路器多采用机械防装置；35KV及以上断路器要求采用电气防跳。

断路器控制回路中，通常加装防跳中间继电器KCF，KCF常采用DZB型中间继电器，它有两个线圈：电流起动线圈KCF1及电压（自保持）线圈KCF2。

当手动合闸时SA5-8触点尚未断开或自动装置1K触点烧结，此时发生故障，则继电保护装置动作，2K触点闭合，经KCF1的电流线圈、断路器动合触点QF1，跳闸线圈通电起动，使断路器跳闸。同时，KCF1电流线圈起动，其动合触点闭合，使其经电压线圈KCF2自保持，而KCF的动断触点断开，可靠地切断KM线圈回路，即使SA5-8接通，KM也不会通电，防止了断路器跳跃现象的发生。只有合闸命令解除（SA5-8断开或1K断开），KCF2电压线圈断电，才能恢复至正常状态。

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+KCF2KCFKM1KSAZKKCF167QF2YT

图 4—2 由防跳回路组成的断路器的控制回路

4.2.2.3 断路器的指示位置

断路器的跳闸、合闸状态在主控制室应有明确的指示信号，一般有双灯制（红、绿灯）和单灯制（白灯）两种接线方式。

（1）双灯制控制接线。当断路器在跳闸位置时，其动断触点QF2接通，绿灯亮；当断路器在合闸位置时，其动合触点QF1接通，红灯亮。

（2）单灯制控制接线。单灯制用灯光和控制开关手柄位置来表示断路器手动跳、合闸位置。

4.2.3 断路器控制回路实例

在变电所中，常见的断路器控制回路可分为两种，即灯光监视的控制回路和音响监视的控制回路。下面介绍灯光监视的控制回路。

M100+1KKCF2KCFKM511991414155R4SA61010121513137KCF2KHRKCF1QF1HGQF2-YT

图4—3 灯光监测的断路器控制回路接线图

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1.手动合闸或自动装置合闸。手动合闸，SA5-8触点瞬间接通（或自动装置动作，起出口继电器动合触点1K闭合），此时断路器动断触点QF2和防跳继电器KCF动断触点是接通的，所以控制电源电压加到合闸接触器KM的线圈上，其动作触点闭合，起动合闸回路中的断路器合闸线圈YC，断路器合闸。

手动合闸时的灯光信号：手动合闸后，SA16-13→R2→KCF1→QF1→YT通电发平光。但因回路中串有KCF1、R2及HR等电阻元件，所以YT和KCF1两线圈上压降达不到其起动值，所以断路器不会跳闸。

自动合闸时的灯光信号：自动装置动作，1K闭合，KM起动，断路器自动合闸。此时，SA是处在“跳闸后”位置，SA14-15触点接通，所以红灯HR经SA14-15触点→R2→KCF1→QF1→YT接至闪光小母线上，红灯HR闪光。

2.手动跳闸或保护装置动作跳闸。手动跳闸，SA6-7触点接通（或保护装置动作，其出口继电器动合触点2K闭合），此时断路器动合触点QF1是闭合的，所以控制电源电压加到断路器跳闸线圈YT和防跳继电器KCF1线圈上。YT阻抗大于KCF1的阻抗，但KCF1电流线圈灵敏度高于YT，所以两线圈同时起动。YT起动断路器跳闸，而防跳继电器KCF起动，其触点进行切换。

手动跳闸的灯光信号：手动跳闸后，SA10-11触点接通，而断路器动断触点QF2闭合，所以绿灯HG经SA10-11→R1→QF2→KM线圈通电发平光。但因回路中串有HG和R1电阻元件，KM线圈上压降达不到其起动值，所以断路器不会合闸。

自动跳闸时的灯光信号：自动装置动作，2K闭合，断路器跳闸。此时，SA在“合闸后”位置，SA9-10触点接通；断路器跳闸后，QF2闭合后，所以绿灯HG经SA9-10触点→R1→QF2→KM线圈接至闪光小母线上，绿灯HG闪光。

3.跳、合闸回路完整性监视。在跳、闸回路中接入红、绿信号灯：跳闸回路，红灯亮表示断路器在合闸状态，且跳闸回路是完好的。合闸回路，绿灯HG亮，表示断路器在跳闸状态，且合闸回路是完好的。

4.熔断器完好性监视。红灯HG或绿灯HG有一个亮，则表明熔断器FU是完好的。

5.KCF动合触点串一电阻R4与2K动合触点并联，防止当2K先于QF1跳开时烧坏2K触点，而加入KCF动合触点与R4串连，即使2K先跳开，因有与之并联的KCF及R4，所以2K不会烧坏。

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4.3 二次回路的操作电源

变配电所中各种电气设备的操作、控制、保护、信号及自动装置，都需要有可靠的供电电源，由于这种电源特别重要，所以一般都专门设置，通常又称其为操作电源。[15]

4.3.1 操作电源的基本要求

对操作电源的基本要求是：

（1）应保证供电的可靠性。最好装设的直流操作电源，以免交流系统故障而影响操作电源的正常供电。

（2）具备足够的容量。满足事故停电时，变配电所的直流电源负荷、最大冲击负荷及1h事故照明等用电需要；且能保证直流母线电压在规定的额定值（正常运行时，操作电源母线电压波动范围小于5%额定值；事故时操作电源母线电压不低于90%额定值；失去浮充电源后，在最大负荷下的直流电压不低于80%额定值），波纹系数小于5%。

（3）在蓄电池充电或核对性放电时，应保证不影响对设备的供电。 （4）满足经济和实用的要求。要求其使用寿命长、维护工作量少、投资省、占地面积小、躁声干扰小等。

4.3.2 操作电源的分类：

变配电所的操作电源分为直流操作电源和交流操作电源，以直流操作电源为主。直流操作电源又分为电源和非电源两种。电源是指不受外界影响的固定电源，如蓄电池直流电源；非电源有复式整流和硅整流电容储储能直流操作电源等。[19]其电源等级分为220V、110V、48V、24V等。分述如下：

1.蓄电池直流电源

蓄电池是一种可多次充电使用的化学电源，由多节蓄电池组成一定电压的蓄电池组，作为与电力系统运行状态无关的可靠的直流操作电源，即使变配电所交流系统全部停电，仍能在一段时间内可靠的给部分重要设备供电，是最稳定、最可靠的直流电源。

2.电源变换式直流系统

电源变换式直流电源系统，是由220V交流电源经可控硅整流变为48V直流

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电源，供全所48V操作用电并对蓄电池进行浮充电；同时可逆变装置将直流电源变为交流电源，再整流为220V直流电源的多功能新型电源，在中、小型变配电所中得到广泛应用。

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5 电力变压器的二次回路图

二次回路图包括原理图、屏面布置图、屏背面安装接线图、端子排和小母线布置图。二次回路的原理接线图是用来表示二次接线各元件（二次设备）的电气连接及其工作原理的电气回路图。二次接线的原理接线图分为归总式原理图和展开式原理图。[16]

二次回路的最大特点是其设备、元件的动作严格按照设计的先后顺序进行，其逻辑性很强，所以读原理图时只需按一定的规律进行，便会显得条理清楚，易读易记。

看图的基本方法可以归纳为如下六句话（即“六先六后”）：先一次，后二次；先交流；后直流；先电源，后接线；先线圈，后触点；先上后下；先左后右。

5.1 归总式原理图

归总式原理接线图的特点如下：

（1）二次接线和一次接线的相关部分画在一起，且电气元件以整体的形式表示（线圈与触点画在一起），能表明各二次设备的构成、数量及电气连接情况，图形直观形象，便于设计构思和记忆。

（2） 用统一的图形和文字符号表示，按动作顺序画出，便于分析整套装置的动作原理，是绘制展开接线图等其他工程图的原始依据。

（3）其缺点是不能表明元件的内部接线、端子标号及导线连接方法等，因此不能作为施工图纸。

5.2 展开式原理图

展开式原理接线图是根据原理接线图绘制的。展开接线图是将二次设备按其线圈和触点的接线回路展开分别画出，组成多个回路，是安装、调试和检修的重要技术图纸，也是绘制安装接线图的主要依据。

5.2.1 展开式原理图特点

展开接线图的特点如下：

（1）直流母线或交流电压母线用粗线条表示，用来区别于其他回路的联络线。 （2）按不同电源回路划分多个回路。例如：交流回路，又分电流回路和电压回路，都是按A、B、C、N相序分行排列的；直流回路，又分测量回路、控

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制回路、合闸回路、保护回路和信号回路等。各回路的动作顺序是自上而下、自左至右排列的。

（3）在图形的右侧应有对应的文字说明，如回路名称、用途等，便于读图和分析。

（4）各导线、端子都有统一规定的回路编号和标号，便于分类查线、施工和维修。

5.2.2 接线端子

接线端子是二次接线不可缺少的配件，各种接线端子的组合称为端子排。控制屏与保护屏使用以下几种端子：

（1）普通端子。普通端子用已连接屏内设备与屏外设备，也可与连接端子相连。

（2）连接端子。连接端子主要用以进行相邻端子间的连接，以达到电路分支的作用。

（3）试验端子。试验端子用于需要带电测量电流的电流互感器二次回路及有特殊测量要求的某些回路。利用此端子可在不停电的情况下接入或拆除仪表。

（4）连接试验端子。连接试验端子是具有连接与试验双重作用的端子。 （5）终端端子。终端端子安装在端子排的两端及不同安装单位的端子排之间，用以固定端子排。

（6）标准端子。供直接连接屏内外导线用。

（7）特殊端子。特殊端子通常在需要经常开断的电路中使用。 5.2.3 端子排设计顺序 设计端子排有如下几个顺序：

（1）交流电流回路，按每组电流互感器分组，同一保护方式的电流回路一般排在一起。由上至下的顺序是：按字母A、B、C、N排列，按数字由小到大排列。如A411，B411，C411，N411；A412，B412，„„

（2）交流电压回路，按每组电压互感器分组。同一保护方式的电压回路一般排在一起。字母和数字由上至下的排列和电流回路的表示方式一样。如A611，B600，C611；A613，C613，„„

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（3）信号回路，按预告、信号、事故信号分组。先是信号正电源701，再其他数字，最后负电源702。如排列次序701、901、903、„„951、953、„„ （4）控制回路，先按各组熔断器分组。每组里先排正极回路（单号），数字由小到大，再排负极回路，数字由大到小，结尾是负电源，如101、103、133、„„142、140、„„102；201、203、„„、202；„„

（5）其他回路，有远动装置等。每一回路按极性、编号和序列排列。 （6）转接回路，先排本安装单位的转接端子，再接别的安装单位的转接端子。

5.2.4 端子排设计注意事项

端子排设计时应注意以下几点：

（1）每个安装单位的端子排上部应该是熔断器，它和端子排之间应用终端端子隔开。端子排首尾也要用终端端子固定。

（2）电流回路，电压回路之间，正、负电源之间可用空余端子隔开，这样既可避免端子间的短路事故，又可作为备用端子。

（3）每个安装单位的端子排末尾应留2~5个端子作为备用。

（4）端子排每一端一般只接一根导线，特殊情况下，可接两根导线，导线截面不大于6mm2。如导线较多，应增加连接端子扩展。

5.3 小母线布置图

5.3.1 直流电源小母线

直流电源小母线均由直流电源屏的主母线经刀闸开关、熔断器等供电。由于连接在各直流电源小母线上的受电器具数量很多，在大型变电所中，通常接用途不同分为控制电源小母线和信号电源小母线。他们自成的供电网络，以保证供电的可靠性。[17]

（1）控制电源小母线，一般布置在控制室内控制屏的顶部，由直流屏以双回路供电，各安装单位的断路器控制与继电保护等回路均有控制电源小母线供电。

（2）信号电源小母线，通常布置在控制屏和信号屏上，由直流屏以双回路供电，各安装单位的信号回路分别经小刀闸或熔断器接至此小母线。

控制与信号电源小母线，一般采用单母线方案。

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5.3.2 交流电源小母线

母线电压互感器的二次电压小母线，当采用重动继电器切换时，一般布置在控制室内的控制屏、信号返回或保护屏上；当采用隔离开关辅助触点切换时一般布置在相映的配电装置内。通常这些小母线的形式为：

（1）110KV及以上电压级母线电压互感器二次电压小母线，一般布置在控制屏顶部。该电压级各安装单位的交流电压回路，经重动继电器触点与小母线连接。

（2）35KV电压级采用屋外配电装置时，电压小母线布置在控制屏。经重动继电器切换至各安装单位。当采用屋内配电装置时，电压小母线布置在配电装置内，经隔离开关辅助触点切换至各安装单位。

（3）6~10KV电压级采用屋内配电装置时，电压小母线布置在配电装置内，经隔离开关辅助触点切换至各安装单位。

（4）当电压为10KV及以下且主母线采用双母线或单母线分段时，两母线的电压互感器应互为备用，以保证不间断供电。[18]

5.3.3 辅助小母线

在变配电所中，根据控制、信号、继电保护、自动装置的需要，可设置辅助小母线，如合闸脉冲小母线、闪光小母线、熔断器报警小母线、事故跳闸音响信号小母线、同步电压小母线等。这些小母线分别布置在控制室的屏上和配电装置内。布置在控制室内的小母线，安装在屏的顶部，使用直径为6~8mm的铜棒或铜管。小母线的数量多时，可以双层排列，但总数一般不超过28根。控制室内的小母线。按屏组分段，段间以电缆经小刀闸连接。

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6 展 望

电力变压器是电力系统中重要的设备，根据继电保护与安全自动装置的运行条例，分析了变压器保护的配置。

瓦斯保护是作为变压器本体内部匝间短路、相间短路以及油面降低的保护，是变压器的内部短路故障的主保护；变压器纵差保护是用来反映变压器绕组、引出线及套管上的各种相间短路也是变压器的主保护。变压器的差动保护基本原理与输电线路的相同，但是，由于变压器两侧等级不同、Y，d接线时相位不一致、励磁涌流、电流互感器的计算变比不一致、带负荷调压等原因，将在差动回路中产生较大的不平衡电流。为了提高变压器差动保护的灵敏度，必须设法减小不平衡电流。

传统变压器差动保护为了进行相位补偿，将星形侧的互感器接成三角形，其目的为了减小不平衡电流。若变压器为中性点直接接地，当高压侧内部发生接地故障时，差动保护的灵敏度将降低。为了分析微机保护如何利用变压器中性点零序接地电流进行补偿，提高保护灵敏度的措施。

分析变压器差动保护整定计算需要注意的是，变压器差动保护采用不同继电器或不同的方式实现，其整定计算方法是不相同的。在进行相对误差校验时，相对误差应采用绝对值。相对误差不满足要求时，动作电流也并不是就要重新确定，当动作电流是由不平衡电流条件确定的，那么就要重新确定，反之，要进行具体分析。

反映故障分量的比率差动保护经过渡电阻短路时，对差动保护的灵敏度没有影响，同时能保证变压器发生轻微故障的灵敏度。

相间短路后备保护，应根据变压器容量及重要程度，确定采用的保护方案。同时必须考虑保护的接线方式、安装地点问题。

电力系统的一次接线和二次接线是不可分割的一个整体。如果把电力系统比喻成一个人的话，那么一次接线就是人的肌肉和骨骼，而二次部分就是人的神经系统，只有二者都处于良好的状态，才能保证电力系统的正常运行。

测量仪表的两大作用，一是用来了解电力系统的运行状态，二是将测到的参数提供给相应的保护回路中使用，在不同的场合应根据需要配置响应准确等级的仪表。

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短路器是电力系统中最重要的开关设备，在系统正常运行及故障时均能可靠的切断电流。短路器的基本控制回路有短路器的跳合闸操作回路，为了显示跳合闸状态所必要的信号回路以及为了提高动作的可靠性所设置的防跳回路等。 信号回路是运行人员发现和分析故障、消除与处理故障，以及生产调度、协调的有利工具。事故信号和预告信号是其中重要的组成部分，又分为重复动作和不重复动作两种形式。重复动作的音响信号系统要使用冲击继电器，它具有冲击自动复归的性能。

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致 谢

本论文是在我的导师的亲切关怀和悉心指导下完成的。他严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。从课题的选择到项目的最终完成，贾老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持。两年多来，贾老师不仅在学业上给我以精心指导，同时还在思想、生活上给我以无微不至的关怀，在此谨向贾老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。

在此，我还要感谢在一起愉快的度过大学生活的的各个同学，正是由于你们的帮助和支持，我才能克服一个一个的困难和疑惑，直至本文的顺利完成。特别感谢我的何成宝同学，他对本课题做了不少工作，给予我不少的帮助。

在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意!最后我还要感谢培养我长大含辛茹苦的父母，谢谢你们!

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参考文献

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