變壓器充電保護是電力系統(tǒng)中非常重要的一種保護措施,它主要用于保護變壓器在充電過程中的安全。
一、變壓器充電保護的作用原理
1.1 變壓器充電的概念
變壓器充電是指將變壓器接入電網(wǎng),使其開始工作的過程。在變壓器充電過程中,變壓器的磁通量會發(fā)生變化,從而產(chǎn)生勵磁電流。勵磁電流的大小與變壓器的容量、電壓等級、連接方式等因素有關(guān)。
1.2 變壓器充電過程中可能出現(xiàn)的問題
在變壓器充電過程中,可能會遇到以下問題:
(1)勵磁涌流:變壓器充電時,勵磁電流可能會產(chǎn)生很大的瞬時電流,稱為勵磁涌流。勵磁涌流的大小可以達到變壓器額定電流的幾倍甚至幾十倍,對變壓器的繞組、絕緣材料等造成很大的熱應力和機械應力,可能導致變壓器損壞。
(2)諧波:變壓器充電過程中,勵磁電流中含有大量的諧波成分,這些諧波會對電網(wǎng)造成干擾,影響電網(wǎng)的穩(wěn)定性。
(3)過電壓:變壓器充電過程中,由于勵磁電流的變化,可能會在變壓器的繞組中產(chǎn)生過電壓,對變壓器的絕緣造成威脅。
1.3 變壓器充電保護的作用
變壓器充電保護的主要作用是保護變壓器在充電過程中的安全,避免因勵磁涌流、諧波、過電壓等問題導致變壓器損壞。具體來說,變壓器充電保護可以實現(xiàn)以下功能:
(1)限制勵磁涌流:通過設(shè)置適當?shù)谋Wo動作時間,可以限制勵磁涌流的大小,避免對變壓器造成過大的熱應力和機械應力。
(2)抑制諧波:通過設(shè)置諧波保護,可以檢測到變壓器充電過程中產(chǎn)生的諧波,并采取相應的措施,如調(diào)整變壓器的參數(shù)、增加濾波器等,以減小諧波對電網(wǎng)的影響。
(3)防止過電壓:通過設(shè)置過電壓保護,可以檢測到變壓器充電過程中產(chǎn)生的過電壓,并及時采取措施,如調(diào)整變壓器的參數(shù)、增加避雷器等,以保護變壓器的絕緣。
二、變壓器充電保護的設(shè)置原則
2.1 保護范圍的確定
變壓器充電保護的保護范圍應該包括變壓器的所有繞組,以及與變壓器連接的一次、二次側(cè)設(shè)備。在設(shè)置保護時,應該充分考慮變壓器的容量、電壓等級、連接方式等因素,以確保保護的全面性和有效性。
2.2 保護動作時間的設(shè)置
變壓器充電保護的動作時間應該根據(jù)勵磁涌流的大小、變壓器的容量、電網(wǎng)的穩(wěn)定性等因素進行設(shè)置。一般來說,保護動作時間應該在幾十毫秒到幾百毫秒之間,以確保在勵磁涌流出現(xiàn)時能夠及時動作,同時避免誤動作。
2.3 保護定值的設(shè)置
變壓器充電保護的定值應該根據(jù)變壓器的額定電流、勵磁涌流的大小、電網(wǎng)的穩(wěn)定性等因素進行設(shè)置。在設(shè)置定值時,應該充分考慮變壓器的運行條件,以確保保護的靈敏度和可靠性。
2.4 保護方式的選擇
變壓器充電保護的方式有多種,如差動保護、過電流保護、零序保護等。在選擇保護方式時,應該根據(jù)變壓器的結(jié)構(gòu)、電網(wǎng)的運行條件等因素進行綜合考慮,以確保保護的有效性和可靠性。
變壓器的保護配置
1.主保護
變壓器的主保護主要由瓦斯保護和差動保護構(gòu)成。
(1)變壓器差動保護
變壓器差動保護的原理基于 基爾霍夫第一定律 ,即變壓器各側(cè)電流的向量和為零。即變壓器正常運行時或外部故障時,若忽略勵磁電流損耗及其他損耗,則流入變壓器的電流等于流出變壓器的電流,縱差保護不動作。當變壓器內(nèi)部故障時,如忽略負荷電流不計,則只有流進變壓器的電流而沒有流出變壓器的電流,其縱差保護動作,切除變壓器。
對于變壓器引出線、套管及內(nèi)部短路故障,應裝設(shè)縱聯(lián)差動保護。保護瞬時動作于斷開變壓器的各側(cè)斷路器。對6.3MVA及以上并列運行變壓器,10MVA及以上單獨運行的變壓器,以及2MVA及以上用電流速斷保護靈敏性不符合要求的變壓器,應裝設(shè)縱聯(lián)差動保護。10MVA以下變壓器可裝設(shè)電流速斷保護或過電流保護。
(2)瓦斯保護
瓦斯保護是變壓器油箱內(nèi)繞組短路故障及異常的主要保護。當變壓器內(nèi)部故障時,其故障點產(chǎn)生由電弧的短路電流,造成油箱內(nèi)局部過熱并使變壓器油分解,產(chǎn)生氣體,進而造成噴油,沖擊氣體繼電器,瓦斯保護動作。
瓦斯保護主要反應變壓器油箱內(nèi)的各種故障以及油面降低。通過瓦斯繼電器進行測量。輕瓦斯動作,一般只發(fā)告警信號。重瓦斯保護動作,發(fā)跳閘命令,跳開變壓器各側(cè)斷路器。0.8MVA及以上油浸式變壓器應裝設(shè)瓦斯保護。
2.后備保護
反應變壓器的不正常工作狀態(tài),后備保護一般發(fā)告警信號,或延時跳閘。
高壓側(cè)(過流、失壓);低壓側(cè)(過流);零序;過負荷
(1)過電流保護
過電流保護作為變壓器外部相間短路并作瓦斯保護和縱聯(lián)差動保護(或電流速斷保護)的后備保護。包括過電流保護、低電壓啟動的過電流保護、復合電壓啟動的過電流保護、負序電流保護和阻抗保護,保護動作后應帶時限動作于跳閘。過電流保護宜用于降壓變壓器。復合電壓啟動的過電流保護,宜用于升壓變壓器、系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)變壓器和過電流保護不滿足靈敏性要求的降壓變壓器。
(2)零序保護
零序電流保護反應大接地電流系統(tǒng)中變壓器外部接地短路的零序電流保護。110KV及以上大接地電流系統(tǒng)中,如果變壓器中性點可能接地運行,對于兩側(cè)或三側(cè)電源的升壓變壓器或降壓變壓器應裝設(shè)零序電流保護,作為變壓器主保護的后備保護,并作為相鄰元件的后備保護。
對于不接地運行的變壓器,為防止接地故障時,故障點出息間隙電弧引起過電壓損壞變壓器,應設(shè)置零序電壓保護。
(3)過負荷保護
當臺數(shù)并列運行或單獨運行并作為其他負荷的備用電源時,應根據(jù)可能過負荷的情況裝設(shè)過負荷保護。對自耦變壓器和多繞組變壓器,保護裝置應裝能反應公共繞組及各側(cè)過負荷的情況。過負荷保護應接于一相電流上,帶時限動作于信號。
三、變壓器充電保護的方式
3.1 差動保護
差動保護是一種基于變壓器兩側(cè)電流差值的保護方式。當變壓器充電時,如果兩側(cè)電流的差值超過設(shè)定的定值,差動保護就會動作,切斷變壓器的電源,以保護變壓器的安全。
3.2 過電流保護
過電流保護是一種基于變壓器電流大小的保護方式。當變壓器充電時,如果電流超過設(shè)定的定值,過電流保護就會動作,切斷變壓器的電源,以保護變壓器的安全。
3.3 零序保護
零序保護是一種基于變壓器零序電流的保護方式。當變壓器充電時,如果零序電流超過設(shè)定的定值,零序保護就會動作,切斷變壓器的電源,以保護變壓器的安全。
3.4 諧波保護
諧波保護是一種基于變壓器諧波含量的保護方式。當變壓器充電時,如果諧波含量超過設(shè)定的定值,諧波保護就會動作,采取相應的措施,如調(diào)整變壓器的參數(shù)、增加濾波器等,以減小諧波對電網(wǎng)的影響。
3.5 過電壓保護
過電壓保護是一種基于變壓器電壓大小的保護方式。當變壓器充電時,如果電壓超過設(shè)定的定值,過電壓保護就會動作,采取相應的措施,如調(diào)整變壓器的參數(shù)、增加避雷器等,以保護變壓器的絕緣。
變壓器充電保護作用原理是通過多種保護措施的綜合運用,確保變壓器在充電過程中不會受到過電壓、過電流、過度充電和過熱等不利因素的影響。這些保護措施的實施不僅提高了變壓器的安全性和可靠性,還保障了電網(wǎng)的整體穩(wěn)定性和安全性。因此,在電力系統(tǒng)中應高度重視變壓器充電保護的作用,并不斷完善和優(yōu)化相關(guān)保護措施。
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