淺談幾種電力變壓器故障及其保護

摘 要:電力變壓器是電力系統(tǒng)中非常重要的電氣設備之一，本文首先針對電力變壓器可能發(fā)生的各種故障和不正常的運行狀態(tài)進行分析，然后對電力變壓器微機保護進行了介紹。

關鍵詞:電力變壓器 故障 保護

中圖分類號:TM7文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2012)04(b)-0074-01

電力系統(tǒng)中變壓器的安全運行對于保證電力系統(tǒng)的正常運行和對供電的可靠性，以及電能質(zhì)量起著決定性的作用，同時大容量電力變壓器的造價也十分昂貴。因此，做好電力變壓器的故障分析與保護工作特別重要。

變壓器的內(nèi)部故障可分為油箱內(nèi)故障和油箱外故障兩類。引起變壓器內(nèi)部故障的主要原因是，相問短路、繞組匝間短路及單相接地短路。發(fā)生內(nèi)部故障是很危險的，因為短路電流產(chǎn)生電弧不僅會燒壞繞組及繞組的絕緣，燒壞鐵心，而且由于絕緣材料和變壓器油受熱分解而產(chǎn)生大量氣體，還可能導致變壓器油箱爆炸。油箱外故障主要是套管和引出線上發(fā)生的相間短路和接地短路。電力變壓器不正常的運行狀態(tài)主要有外部相間短路、接地短路引起的相間過電流和零序過電流，負荷超過其額定容量引起的過負荷、油箱漏油引起的油面降低，以及過電壓、過勵磁等。為了保證電力變壓器的安全運行，應在電力變壓器裝設必要的保護。

1 瓦斯保護

瓦斯保護的核心元件是氣體繼電器，它安裝在油箱與油枕的連接管道中。根據(jù)物體的物理特性，熱的氣流和油流在密閉的油箱內(nèi)向上沖，為了保證氣流和油流能順利通過氣體繼電器，安裝時應注意，變壓器頂蓋與水平面應有一定的坡度，連接管道也應有合適的坡度。

變壓器的瓦斯保護的保護范圍是:變壓器內(nèi)部多相短路、匝間短路，匝間與鐵心或外殼短路、鐵心故障(發(fā)熱燒損)和油面下降或漏油等。瓦斯保護的主要優(yōu)點是靈敏度高、動作迅速、簡單經(jīng)濟。當變壓器內(nèi)部發(fā)生嚴重漏油或匝數(shù)很少的匝間短路時，往往縱差動保護與其他保護不能反應，而瓦斯保護卻能反映(這也正是縱聯(lián)差動保護不能代替瓦斯保護的原因)。但是瓦斯保護只反映變壓器油箱內(nèi)的故障，不能反映油箱外套管與斷路器間引出線上的故障，因此它也不能作為變壓器惟一的主保護。通常氣體繼電器需和縱聯(lián)差動保護配合共同作為變壓器的主保護。

2 縱差保護或電流速斷保護

變壓器的縱聯(lián)差動保護用來反映變壓器繞組、引出線及套管上的各種短路故障，是變壓器的主保護?？v聯(lián)差動保護是按比較被保護的變壓器兩側電流的大小和相位的原理實現(xiàn)的。對差動保護電路，應要求它能靈敏、迅速地切除故障變壓器，而且不能誤動。為保證差動保護的功能，于差動保護的最小動作電流發(fā)生矛盾，為此現(xiàn)做下分析以解決差動保護的可靠性和靈敏度的矛盾。(1)為了提高保護靈敏度，保護變壓器內(nèi)部匝間短路，希望最小動作電流很小。(2)為了保護外部故障時不誤動作，整定的動作電流就要大于外部故障時的最大不平衡電流，這就要求增大最小動作電流。(3)空載投入變壓器或切除外部故障后恢復電壓的過程中，變壓器的勵磁涌流可高達額定電流的6～8倍以上。為了躲過勵磁涌流，還要求最小動作電流大于勵磁涌流，或?qū)⒖v差保護延時來躲過勵磁涌流，但這兩種方法無法滿足差動保護的靈敏性和速動性的要求，顯然不可取。為了解決以上矛盾，采用瞬動元件，防止較大內(nèi)部故障短路電流所造成的拒動；采用比率制動回路，防止變壓器外部故障時不平衡電流造成的誤動。具有比率制動特性的差動保護，當外部故障時，以外部短路電流作為制動電流，以外部短路電流引起的不平衡電流作為動作電流，所以繼電器不會誤動作。采用諧波制動回路，防止變壓器空載投入或切除外部故障后電壓恢復時的勵磁涌流造成的誤動。勵磁涌流波形中含有很大的非周期分量，它偏于時間軸的一方，衰減比較迅速。這種波形是由于穩(wěn)定磁通隨著電源電壓變化，非周期分量磁通又隨時間迅速急減而形成的。帶有速飽和變流器的差動繼電器就是利用勵磁涌流這一特點制成的。

對于容量較小的變壓器，當其過電流保護的動作時限大于0.5s時，可在電源側裝設電流速斷保護。它與瓦斯保護配合，以反映變壓器繞組及變壓器電源側的引出線套管上的各種故障。電流速斷保護具有接線簡單、動作迅速等優(yōu)點，能瞬時切除變壓器電源側引出線和套管，以及變壓器內(nèi)部部分線圈的故障。它的缺點是不能保護電力變壓器的整個范圍，當系統(tǒng)容量較小時，保護范圍較小，靈敏度較難滿足要求；在無電源的一例，套管到斷路器一段故障不能反應，要靠相間短路的后備保護，切除故陷的時間較長，對系統(tǒng)安全運行不利；對于并列運行的變壓器，負荷例故障時將由相間短路的后備保護無選擇性地切除所有變壓器。但變壓器的電流速斷保護與瓦斯保護，相間短路的后備保護配合較好，因此廣泛應用于小容量變壓器的保護中。

3 相間短路的后備保護和接地短路的零序保護

相間短路的后備保護用于反映外部相間短路引起的變壓器過電流，同時作為瓦斯保護和縱差保護(或電流速斷保護)的后備保護。相間短路的后備保護的型式較多，過電流保護和低電壓起動的過電流保護，宜用于中、小容量的降壓變壓器。

變壓器的零序電流保護、變壓器間隙電流保護與變壓器零序電壓保護一起，構成了反映零序故障分量的變壓器零序保護，是變壓器后備保護中的重要組成部分。對于中性點直接接地系統(tǒng)中的變壓器，應裝設零序保護。變壓器中性點直接接地運行，應裝設零序電流保護；變壓器斷路器處零序電流保護只能對安裝處母線兩側的故障進行區(qū)分，變壓器中性點處的零序電流保護只能對變壓器高壓側與低壓側故障進行區(qū)分。變壓器中性點可能接地或不接地運行時，應裝設零序電流、電壓保護。

4 其他保護

變壓器過勵磁是運行中常遇到的現(xiàn)象。產(chǎn)生過勵磁的原因很多。鐵心中產(chǎn)生過勵磁時會影響空載損耗會增加，同時噪聲水平會增加，溫升也會增加。高壓側電壓為500kV及以上的變壓器，對頻率降低和電壓升高而引起的變壓器勵磁電流升高，應裝設變壓器過勵磁保護。

對于400kVA以上的變壓器，當數(shù)臺并列運行或單獨運行并作為其他負荷的備用電源時，應裝設過負荷保護。過負荷保護通常只裝在一相，其動作時限較長，延時動作于發(fā)信號。過負荷保護的安裝側，應根據(jù)保護能反映變壓器各側繞組可能過負荷情況來選擇。此外，對變壓器溫度和油箱內(nèi)壓力升高，以及冷卻系統(tǒng)故障，按變壓器現(xiàn)行標準要求，應裝設相應的保護裝置。

參考文獻

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