变压器零序保护原理_变压器零序电流保护工作原理解析

　　变压器简介

　　变压器（Transformer）是利用电磁感应的塬理来改变交流电压的装置，主要构件是初级线圈、次级线圈和铁芯（磁芯）。主要功能有：电压变换、电流变换、阻抗变换、隔离、稳压（磁饱和变压器）等。按用途可以分为：电力变压器和特殊变压器（电炉变、整流变、工频试验变压器、调压器、矿用变、音频变压器、中频变压器、高频变压器、冲击变压器、仪用变压器、电子变压器、电抗器、互感器等）。

　　工作塬理变压器由铁芯（或磁芯）和线圈组成，线圈有两个或两个以上的绕组，其中接电源的绕组叫初级线圈，其余的绕组叫次级线圈。它可以变换交流电压、电流和阻抗。最简单的铁心变压器由一个软磁材料做成的铁心及套在铁心上的两个匝数不等的线圈构成，如图所示。

　　

　　工作原理

　　铁心的作用是加强两个线圈间的磁耦合。为了减少铁内涡流和磁滞损耗，铁心由涂漆的硅钢片叠压而成;两个线圈之间没有电的联系，线圈由绝缘铜线（或铝线）绕成。一个线圈接交流电源称为初级线圈（或塬线圈），另一个线圈接用电器称为次级线圈（或副线圈）。实际的变压器是很复杂的，不可避免地存在铜损（线圈电阻发热）、铁损（铁心发热）和漏磁（经空气闭合的磁感应线）等，为了简化讨论这里只介绍理想变压器。理想变压器成立的条件是：忽略漏磁通，忽略塬、副线圈的电阻，忽略铁心的损耗，忽略空载电流（副线圈开路塬线圈线圈中的电流）。例如电力变压器在满载运行时（副线圈输出额定功率）即接近理想变压器情况。

　　变压器是利用电磁感应塬理制成的静止用电器。当变压器的塬线圈接在交流电源上时，铁心中便产生交变磁通，交变磁通用φ表示。塬、副线圈中的φ是相同的，φ也是简谐函数，表为φ=φmsinωt。由法拉第电磁感应定律可知，塬、副线圈中的感应电动势为e1=-N1dφ/dt、e2=-N2dφ/dt。式中N1、N2为塬、副线圈的匝数。由图可知U1=-e1，U2=e2（塬线圈物理量用下角标1表示，副线圈物理量用下角标2表示），其复有效值为U1=-E1=jN1ωΦ、U2=E2=-jN2ωΦ，令k=N1/N2，称变压器的变比。由上式可得U1/ U2=-N1/N2=-k，即变压器塬、副线圈电压有效值之比，等于其匝数比而且塬、副线圈电压的位相差为π。

　　进而得出：

　　U1/U2=N1/N2

　　在空载电流可以忽略的情况下，有I1/ I2=-N2/N1，即塬、副线圈电流有效值大小与其匝数成反比，且相位差π。

　　进而可得

　　I1/ I2=N2/N1

　　理想变压器塬、副线圈的功率相等P1=P2。说明理想变压器本身无功率损耗。实际变压器总存在损耗，其效率为η=P2/P1。电力变压器的效率很高，可达90%以上。

　　作编号的开头。例： T01， T201等。

　　零序保护简介

　　零序保护是指在大短路电流接地系统中发生接地故障后，就有零序电流、零序电压和零序功率出现，利用这些电气量构成保护接地短路的继电保护装置统称。

　　原理

　　三相电流平衡时，没有零序电流，不平衡时产生零序电流，零序保护就是用零序互感器采集零序电流，当零序电流超过一定值（综合保护中设定），综合保护接触器吸合，断开电路。

　　零序电流互感器内穿过三根相线矢量。正常情况下，三根线的向量和为零，零序电流互感器无零序电流。当人体触电或者其他漏电情况下：三根线的向量和不为零，零序电流互感器有零序电流，一旦达到设定值，则保护动作跳闸。

　　

　　工作原理

　　零序一段：

　　①躲过下一段线路出口处单相或者两相接地短路时候出现的最大零序电流。

　　②躲开断路器三相触头不同期合闸时候所出现的最大零序电流。

　　两者比较取最大。

　　零序二段：

　　与下一段线路的一段配合，即是躲过下段线路的第一段保护范围末端接地短路时，通过本保护装置的最大零序电流。

　　零序二段的灵敏系数要大于1.5，不满足的话要与下一段线路的二段配合，时限再抬高一个等级。

　　零序三段：

　　①与下一段线路的三段配合；

　　②躲开下一段线路出口处相间短路时所出现的最大不平衡电流。

　　两者比较取最大。零序三段的灵敏系数要大于2（近后备）；灵敏系数要大于1.5（远后备）。

　　变压器的零序保护的原则

　　（1）中性点直接接地电网的变压器应装设零序（接地）保护作为变压器主保护的后备保护和相邻元件接地短路的后备保护。

　　（2）当变压器中性点同时装设有避雷器和放电间隙时，应装设零序电流保护作为变压器中性点直接接地运行时的保护，并增设一套反映间隙放电电流的零序电流保护和一套零序电压保护作为变压器中性点不接地运行时的保护。后者作为间隙放电电流的零序电流保护的后备保护。

　　（3）自耦变压器的零序保护的不能接在中性线回路的电流互感器上，应接在本侧的零序电流滤过器上，并且高、中压侧加装方向元件，以保证选择性。

　　

　　变压器需要配备零序保护的情况

　　变压器需要配备零序保护的情况一般有三种：

　　1、多台变压器同时运行，只需要1-2台接地运行

　　若不止一台变压器时，运行方式往往只允许1-2台接地运行，设计采用中性点零序电流继电器与经相邻变压器中性点零序电流继电器控制的零序电压继电器配合使用的变压器保护方案，保护回路设计先跳中性点不接地变压器，然后中性点跳直接接地的变压器，以防止不接地系统故障点的间歇性弧光过电压危及电气设备的安全。为避免全厂所有变压器全部被切的严重后果，保护时间应逐级配合，先断开母联或分断路器，再经零序电压元件跳开中心点不接地主变，最后经零序电流元件跳开中性点接地主变。

　　2、变压器中点有可能接地运行

　　对中性点有可能直接接地运行，也有可能不接地运行的主变，因失去接地中性点引起的电压升高，应装设相应的保护装置。在直接接地时用零序电流保护。在中性点不接地时用零序电压保护或装设放电间隙保护，放到间隙保护起到过电压保护的作用，当放电间隙被击穿形成零序电流通路时，利用接在放电间隙回路的零序电流保护，切除该变压器。变压器采用放电间隙保护，放电间隙装于变压器中性点与地线之间、有棒形、球形、角形等多种形式，实际安装中可以棒形用得最多，零序电压保护动作电压按发生单相接地故障时保护安装处可能出现最大零序电压整定。

　　3、变压器高压侧中性点直接接地运行

　　对变压器高压侧中性点直接接地的自耦变压器和三绕组变压器采用零序过电流保护，取自变压器中性点的零序CT安装无方向零序保护，在主变两侧分别装上零序保护，了为满足选择性可增设零序方向元件。方向元件用各断路器侧CT的自产零序电流。主变中性点零序电流互感器的极性接线可以将中性点零序电流保护指向本侧母线或主变侧。采用断路器处的零序电流保护，和一般高中压侧方向指向各自的母线，但当中压侧不无源时，高压侧零序方向可指向主变。

　　指向母线保护的范围以为断路器电流互感器安装处开始，需要与线路零序保护配合。指向主变变压器，需要主变压器另一侧出线的接地保护相配合。采用主变中性点处地零序电流保护，则保护范围比断路器处零序电流保护比要宽一些。小浪底目前运行的主变中性点零序电流保护无方向，这样的整定配合比较清晰方便，一是限制跳开母联断路器，二是限制跳开本侧开关。

　　

　　变压器零序电流保护工作原理解析

　　对大电流接地系统中的变压器装设的接地零序电流保护，作为变压器主保护的后备保护及相邻元件接地短路的后备保护。

　　如图所示正常情况下，3Io = 0，TA中没有电流通过，零序电流保护不动作发生接地短路时出现零序电流，当它大于保护的动作电流时，电流继电器KA动作，经KT延时后，跳开变压器两侧断路器。零序电流保护的动作电流，应大于该侧出线零序电流保护后备段的动作电流。保护的动作时限也要比后者大一个Δt。