继电保护讲义—自耦变压器保护

自耦变压器与其同容量的普通变压器相比，其优点是材料省，造价低，损耗小，重量轻，便于运输安装，能扩大变压器的极限制造容量等，故在220KV及以上的超高压系统中，已逐渐得到推广和应运。

一、自耦变压器的特点及其保护方式

普通变压器的一次绕组与二次绕组是单独分开互相绝缘的，相互仅有磁的联系，而在电路上彼此没有关系，但自耦变压器由于其中一部分绕组为两侧所公用。如三绕组自耦变压器的中、高压绕组间，不仅有磁的联系，而且还有电的联系，故其传输功率时，一部分是电磁感应的，另一部分则是直接传导的。同时，高、中压侧具有共同的接地点。所以，为了防止在高压侧电网发生单相接地故障时，中压侧出现过电压，故中性点必须接地。

自耦变压器保护在保护设计的基本原则、装设保护的类型（差动保护和相间后备保护）上与普通变压器保护是完全相同的。但由于自耦变压器本身所具有的特点，在下述保护方

*KPD0**1KA02KA01KT2KTA1YT220kVKPD0***1KA02KA01KT2KT***3U0??A???????C6~35kV面有所不同：1、零序保护不能装设在变压器接地中性线的电流互感器上；2、由于自耦变压器容量与运行方式有关，故其过负荷保护的装设原则亦有所不同。

B***3U0??B???????1YT110kV7-38 ????????????????????????二、自耦变压器的零序电流保护

由于自耦变压器的高、中压侧的公共中点要求直接接地，故其接地保护不能象普通变压器一样安装在公共的中性线上，而是采用零序电流滤过器，分别装设在高、中压侧，这样各侧的接地保护便能直接反应相应侧的零序电流。同时，由于高、中压侧任一侧系统内发生单相接地故障时，零序电流将由一侧电网流向另一侧电网，因此为了保证在高、中压

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侧的零序电流保护动作上的选择性，亦即应装设零序电流方向保护。

自耦变压器高、中压侧两段式零序方向保护的原理接线图如图7-38所示。第Ⅰ段为零序电流限时速断，其动作电流与相应侧线路零序电流保护的第Ⅰ段相配合，时限0.5s；第Ⅱ段与线路后备保护配合整定。这样，当高、中压侧系统发生接地故障时，装设在自耦变压器上的零序电流方向保护能保证足够的后备保护灵敏度。

三、自耦变压器的过负荷保护 1. 自耦变压器各侧电气量的特点 （1） 双绕组自耦变压器电气量的特点

双绕组自耦变压器的接线如图7-39

bAI1aU1N1I2a（b）所示，一次侧串联绕组N1中的电流

CN2BI2U2，公共绕组N2中的电流为I，二次为I12II。侧电流I显然，变压器的一2a12次绕组为N1+ N2，二次绕组为N2，因此自耦变压器的变比K12为

c(a)(a)???;(b)???(b)7-39 ????????????K12IU1N1N2N112a U2N2N2I1N1K121 N2由磁势平衡方程

(NN)I0 I1122aNIN0 可得I1122故

N1I(K1)I(11)I I211212aN2K12可知，两侧电气量的关系为SN3I1U1I2aU2。SN称为自耦变压器的额定容量，也称最大容量或通过容量，而公共绕组中的容量S2称为计算容量，其值为

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S23I2U23I2a(111)U2SN(1) K12K12以上分析表明：双绕组自耦变压器两侧额定容量相等，公共绕组容量为额定容量的

(11)倍。若变压器变比K12=2，则公共绕组容量为额定容量的一半。 K12（2） 三绕组自耦变压器电气量的特点

三绕组自耦变压器原理接线如图7-40所示，高、中压绕组的接线与双绕组自耦变压器完全相同，之间的电气量关系也相同，而低压第三绕组N3为三角形接线，因而高、低压绕组和中、低压绕组之间的电气量关系和普通变压器的磁耦合关系相

CI2=I21-I1I3AI1I1I21aU1bBI21N2I2cU2N1I3N3U2同。由于公共绕组中只能通过电流I2，从中、低压绕组传输功率的关系看，低压绕组的最大容量S3不会超过自耦变压器的计算容量，即

(a)(b)7-40 ????????????(a)???;(b)???S33I3U3SN(11) K12当高、中压之间的变比K12=2时，高、中、低压三侧的容量关系为：100/100/50。 2. 自耦变压器的过负荷保护

自耦变压器高中压侧变比为2时，高、中、低三侧绕组容量比为100/100/50，公共绕组允许电流与高压绕组相同。所以自耦变压器的过负荷保护的装设，除与各绕组容量有关外，还与运行方式有关。在常见的运行方式下，过负荷保护的配置原则：

（1） 在高低压侧装设过负荷保护

自耦变压器为以下功能的变压器时，应在高低压侧装设过负荷保护；①高压侧向中低压侧输送功率的降压变压器；②低压侧向高压侧输送功率的升压变压器；③高中压侧向低压侧输送功率的降压变压器。

作为上述（1）的降压变压器，高中压侧的变比一般取2时相关资料证明，当高压侧向中低压侧各输送一半额定容量时，在公共绕组中电流为零，其铁心中因去磁磁势减少，变

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压器将会产生附加损耗，为此高压侧的过负荷保护应增设公共绕组无电流启动元件。若厂方在变压器结构上采取措施，做到此种情况不过负荷，也可不增加上述启动元件。

作为上述②的升压变压器，由于此类变压器的低压绕组通常置于高中压侧绕组之间，所以低压侧停止运行时，高中压绕组的漏磁通增加，致使变压器引起附加损耗，于是通过容量减小，为此还应增加低压绕组无电流启动元件。

（2） 在高低压侧和公共绕组上均装设过负荷保护

在高低压侧和公共绕组上均装设过负荷保护的变压器有：①高低压侧同时向中压侧输送功率的升压变压器；②中压侧向高低压侧输送功率的降压变压器。这是因为这两种情况下，变压器公共绕组容易发生过负荷。

四、自耦变压器的零序电流差动保护 （一） 装设零序差动保护的必要性

变比和容量相同的自耦变压器与普通变压器相比，自耦变压器的高中压间的阻抗比普通变压器小，而中、低压间的阻抗却比普通变压器大。因此，在某些情况下，当低压侧发生接地故障时，将使差动保护的灵敏度不能满足要求。另外，自耦变压器的差动保护与普通三绕组变压器相同，由于高、中压侧的电流互感器均按照三角形接线，因而不能反应高、中压侧内部接地故障的零序电流。同时，自耦变压器的零序方向保护用作为相邻元件的接地故障的后备保护，因而对变压器内部故障又起不到保护的作用。基于上述原因，在自耦变压器上一般应增设零序电流差动保护。

（二） 零序电流差动保护的构成原理

自耦变压器零序电流差动保护反应三侧电流的相量和。 正常运行时，零序差动保护相量检查方法如下： （1） 取任一侧电压互感器电压为基准电压。

（2） 将高压侧、中压侧和公共侧B、C相电流互感器二次短接，此时差动回路只流入A相电流，分别测三侧电流值、电流相位和差动继电器KD差电压。当低压侧停用时，高压侧

n同相，与中压侧电流In和公共侧电流In相位差180°，其一次、二电流INTA11TA22TA次电流分布和自耦变压器的零序电流差动保护原理接线图如图7-41所示。 （3） 将低压侧带负荷，差电压不应有大的变化。 同理测量其它两相。

图7-41（a）所示为由高压，中压和公共绕组三侧的零序电流滤过器构成的零序差动回

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路，图7-41（b）所示为利用高、中压侧的零序电流滤过器和公共绕组中性线的电流互感器构成的零序电流差动回路。

A图图图**B***C*A*B**C**图图图A图图图**B***C*A*B***C*图图图I1*I2I2I1KD*I2I21TA2TA1TA2TAKD图图图TA图图图TA***IN***IN**图图图图图图abcabc图a图图b图图7-41 图图图图图图图图图图图图图图图图a图图图图图图图图图图图图图图图图图b图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图

当选择电流互感器变比相同时，可使流入差动继电器KD的电流

IIIN1Ikd20

nTAnTAnTA差动保护不误动作。

如图7-42所示，当高压侧内部K点单相接地时，流过继电器的电流为

1(3II3I)1I Ikd01N020KnTAnTA式中 nTA—电流互感器的变比；

A**B***C*A*B***C*—中压侧电源供给的零序电流； 3I02—高压侧电源供给的零序电流； 3I01—公共绕组中流过的零序电流； IN—故障点的短路电流。 I0K由此可知，对于自耦变压器的零序电流差动保护，差动继电器KD中流过的电流始终是故障点的总

TA*TAI01K(1)I02KDINTA**abc7-42 ???????????

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短路电流。此电流大于继电器KD的动作电流，差动保护能够动作于自耦变压器的断路器跳闸，切除故障。

为了减小零序电流差动回路的不平衡电流，各侧最好选用相同变比的电流互感器，其额定电流应大于变压器的负荷电流。如电流互感器变比不同时，可采用自耦变流器加以补偿，或用速饱和变流器的平衡线圈进行平衡。

（三） 零序电流差动保护的整定原则

零序电流差动保护按下述原则进行整定，取其中最大者为动作电流的整定值。 1、 躲开励磁涌流产生的不平衡电流

与相同容量的普通变压器相比，自耦变压器的铁芯较小，故励磁涌流也小，一般为（3~4）倍额定电流。而当不考虑电流互感器的误差时，励磁涌流的高次谐波在零序差动回路中将不会出现。因此，自耦变压器的励磁涌流对零序差动保护的影响较小。不平衡电流主要决定于出线侧零序电流滤过器各相励磁电流的相量和与中性线侧励磁电流之差。根据分析和运行经验，零序电流差动保护的动作电流I0.OP可取为

I0.OP=（0.6~0.8）IL

2、躲开最大运行方式下外部三相短路时，流过自耦变压器任一侧最大短路电流IK在零序电流过滤器中产生的不平衡电流

此时，零序电流差动保护的动作电流I0.OP应整定为

(3)I0.OPKrelKSSferIK.max

(3)max式中 Krel—可靠系数，取1.25-1.3； KSS—同型系数，取0.5或1； fer—电流互感器的允许误差，取0.1。

3、躲开外部单相接地故障时，流过自耦变压器任一侧最大相电流IK滤器中产生的不平衡电流

此时，零序电流差动保护的动作电流应整定为

(1)I0.OPKrel(frfer)IK.max

(1)max在零序电流过

式中 fr—自耦变压器选用变比与计算变比不一致或整定的平衡线圈匝数与计算匝不一致

而引起的相对误差；

通常第一和第三个条件是决定性的条件。当按上述第三个条件整定时，若灵敏度不能

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满足要求时，可采用带制动特性的差动继电器。在接入制动线圈时，考虑到中性线电流有时可能等于零，所以制动线圈一般不应接在中性线上。

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