淺談電力變壓器故障與保護(hù)

電力工業(yè)是一個(gè)國(guó)家國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)，同時(shí)也是一個(gè)國(guó)家的重要支柱產(chǎn)業(yè)。它與國(guó)家的富強(qiáng)和人民的幸福存在著密不可分的關(guān)系。因此，一個(gè)國(guó)家的電力工業(yè)應(yīng)該是強(qiáng)大的，更應(yīng)該是安全可靠的。電力系統(tǒng)在運(yùn)行中由于各種原因會(huì)發(fā)生這樣那樣的故障和出現(xiàn)不正常的運(yùn)行狀態(tài)。一旦發(fā)生故障或出現(xiàn)不正常運(yùn)行狀態(tài)，就會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的后果，如：(1)大的短路電流和它引起的電弧將會(huì)燒毀設(shè)備；(2)大的短路電流通過(guò)電力設(shè)備時(shí)會(huì)產(chǎn)生很大的電動(dòng)力，這樣會(huì)使設(shè)備受到機(jī)械損傷；(3)短路電流會(huì)使電力設(shè)備過(guò)熱。致使設(shè)備的絕緣損傷，導(dǎo)致設(shè)備的使用壽命縮短；(4)電力系統(tǒng)中的電壓下降將會(huì)使許多生產(chǎn)設(shè)備無(wú)法正常運(yùn)轉(zhuǎn)，使一些工廠停產(chǎn)；(5)破壞電力系統(tǒng)并列運(yùn)行的穩(wěn)定性，導(dǎo)致事故擴(kuò)大，甚至造成整個(gè)電力系統(tǒng)的瓦解。為了保證電力系統(tǒng)安全可靠的運(yùn)行，那么，在電力系統(tǒng)的一些部分和元件上裝設(shè)繼電保護(hù)裝置就是必不可少的工作。繼電保護(hù)裝置，就是安裝在被保護(hù)元件上，反映被保護(hù)元件的故障并用于被保護(hù)元件斷路器跳閘或反映不正常狀態(tài)并發(fā)出信號(hào)的一種自動(dòng)裝置。它是電力系統(tǒng)自動(dòng)化的重要組成部分，是保證電力系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行的重要措施之一。

一、電力變壓器故障與保護(hù)

電力變壓器可能發(fā)生的故障有(1)各相繞組之間的相間短路，(2)單相繞組部分線匝之間的匝間短路；(3)單相繞組和鐵芯間絕緣損壞而引起的接地短路；(4)引出線的相間短路；(5)引出線的接地短路。

變壓器不正常工作的情況有：(1)由外部短路或過(guò)負(fù)荷引起的過(guò)電流；(2)不正常電壓過(guò)高引起的過(guò)勵(lì)磁等。電力變壓器保護(hù)類型及配置：

按照DL400-1991《繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程》的規(guī)定，變壓器一般應(yīng)裝設(shè)以下保護(hù)：(1)變壓器油箱內(nèi)部各種短路故障和油面降低的瓦斯保護(hù)；(2)變壓器繞組和引出線相間短路、大電流接地系統(tǒng)側(cè)繞組和引出線的單相接地短路及繞組匝間短路的縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)，(3)變壓器外部相聞短路故障并作為瓦斯保護(hù)和差動(dòng)保護(hù)的后備的低壓?jiǎn)?dòng)過(guò)電流保護(hù)或者復(fù)合電壓?jiǎn)?dòng)的過(guò)電流保護(hù)或者負(fù)序過(guò)電流保護(hù)；(4)大電流接地系統(tǒng)中變壓器外部接地短路的零序電流保護(hù)；(5)變壓器對(duì)稱過(guò)負(fù)荷的過(guò)負(fù)荷保護(hù)；(6)變壓器過(guò)勵(lì)磁的過(guò)勵(lì)磁保護(hù)。

二、變壓器差動(dòng)速斷保護(hù)

一般情況下，二次諧波比率制動(dòng)的差動(dòng)保護(hù)作為電力變壓器的主保護(hù)已經(jīng)足夠，但是在電力變壓器發(fā)生嚴(yán)重的內(nèi)部故障時(shí)，短路電流將會(huì)變得很大，這時(shí)電流互感器將會(huì)嚴(yán)重飽和而使交流暫態(tài)嚴(yán)重惡化。電流互感器的二次側(cè)在電流互感器嚴(yán)重飽和時(shí)基波分量為零，高次諧波分量增大，使得二次諧波比率制動(dòng)的微機(jī)差動(dòng)保護(hù)無(wú)法反映區(qū)內(nèi)短路故障，從而影響了二次諧波比率制動(dòng)的微機(jī)差動(dòng)保護(hù)的正確動(dòng)作。因此，對(duì)差動(dòng)速斷保護(hù)的研究是必不可少的。同時(shí)，差動(dòng)速斷保護(hù)還起著差動(dòng)電流過(guò)流瞬時(shí)遮斷的保護(hù)功能，也就是說(shuō)，差動(dòng)速斷保護(hù)沒(méi)有制動(dòng)量。它的動(dòng)作是在半個(gè)頻率內(nèi)實(shí)現(xiàn)，而決定動(dòng)作的測(cè)量過(guò)程是在四分之一個(gè)頻率內(nèi)完成，這時(shí)電流互感器還未嚴(yán)重飽和，能實(shí)現(xiàn)快速正確地切除故障。差動(dòng)速斷的整定值以躲過(guò)最大不平衡電流和勵(lì)磁涌流來(lái)整定，這樣在正常操作和穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)差動(dòng)速斷保護(hù)可靠不動(dòng)作。

差動(dòng)速斷的整定值一般不小于變壓器額定電流的6倍，如果靈敏度夠的話，整定值應(yīng)取不小于變壓器額定電流的7～9倍較好。結(jié)合工程實(shí)踐，取差動(dòng)速斷的整定值為；

在式(1)中Isd—差動(dòng)速斷的整定值；Ie—變壓器高壓側(cè)的額定二次電流。則本系統(tǒng)差動(dòng)電流速斷保護(hù)的動(dòng)作判據(jù)為，

在式(2)中Id—變壓器的差動(dòng)電流。

為了防止電流互感器CT二次斷線時(shí)保護(hù)的誤動(dòng)，系統(tǒng)設(shè)置了CT斷線閉鎖保護(hù)，當(dāng)差動(dòng)動(dòng)作條件滿足時(shí)，尚需要經(jīng)過(guò)CT斷線檢測(cè)。如檢測(cè)為CT斷線，則發(fā)出警告信號(hào)并閉鎖差動(dòng)保護(hù)出口。如通過(guò)檢測(cè)，則確認(rèn)差流不是由于CT二次斷線引起的，保護(hù)出口跳閘。

系統(tǒng)判別CT是否斷線的方法是：正常情況下(即三相線路沒(méi)有斷線的情況下)是通過(guò)檢查三相電流，只要檢查出一相無(wú)電流，就判別為該相CT—次斷線。

在有電流突變時(shí)，滿足下列條件時(shí)，即判別CTZ，次斷線：

1)發(fā)生突變后的電流減小。

2)本側(cè)三相電流中有一相無(wú)電流，且對(duì)側(cè)三相電流均無(wú)變化。

三、變壓器的瓦斯保護(hù)

變壓器的本體保護(hù)又稱非電量保護(hù)。它是反映電力變壓器油箱內(nèi)部故障時(shí)的溫度、油位、油流和氣體等非電氣量的本體保護(hù)，它不是變壓器差動(dòng)保護(hù)所能代替的。因?yàn)楫?dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生嚴(yán)重漏油或匝數(shù)很少的匝間短路時(shí)，一般情況下差動(dòng)保護(hù)都不會(huì)動(dòng)作，而瓦斯保護(hù)卻能夠動(dòng)作。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，變壓器油箱內(nèi)的故障大部分是由瓦斯保護(hù)動(dòng)作切除的。所以，在變壓器的本體保護(hù)中瓦斯保護(hù)尤為重要。下面具體談?wù)勍咚贡Ｗo(hù)。

當(dāng)變壓器油箱內(nèi)部發(fā)生故障時(shí)(包括輕微的匝間短路和絕緣破壞引起的經(jīng)電弧電阻接地的短路)，由于故障點(diǎn)電流和電弧的作用，將使變壓器油及其它絕緣材料因局部受熱而分解產(chǎn)生氣體。因氣體比較輕，它們將從油箱流向油枕的上部。當(dāng)故障嚴(yán)重時(shí)，變壓器油會(huì)迅速膨脹并產(chǎn)生大量的氣體，此時(shí)將有劇烈的氣體夾雜著油流沖向油枕的上部。根據(jù)油箱內(nèi)部故障時(shí)的這一特點(diǎn)，可以構(gòu)成反應(yīng)于上述氣體而動(dòng)作的保護(hù)，稱之為瓦斯保護(hù)。

瓦斯繼電器是構(gòu)成瓦斯保護(hù)的主要元件，它安裝在油箱和油枕之間的連接管道上，這樣油箱內(nèi)產(chǎn)生的氣體必須通過(guò)瓦斯繼電器才能流向油枕。

為了不妨礙氣體的流通，電力變壓器安裝時(shí)應(yīng)該使頂蓋沿瓦斯繼電器的方向與水平面具有1～1.5％的升高坡度，通往瓦斯繼電器的連接管具有2～4％的升高坡度。在我國(guó)電力系統(tǒng)中推廣應(yīng)用的是開(kāi)口杯擋板式瓦斯繼電器。重瓦斯保護(hù)按開(kāi)關(guān)量光電隔離的方法引入微機(jī)保護(hù)的輸入端來(lái)實(shí)現(xiàn)保護(hù)的出日動(dòng)作和發(fā)信；輕瓦斯保護(hù)動(dòng)作僅發(fā)信號(hào)。重瓦斯保護(hù)動(dòng)作值的大小，系采用油流速度大小表示，一般的整定范圍為O.6～1.5％m／s；輕瓦斯保護(hù)動(dòng)作值的大小，系采用氣體容積的大小表示，一般的整定范圍為250～300mm。