變壓器的保護(hù)配置

1、變壓器隨著企業(yè)的快速發(fā)展，供電可靠性的要求不斷提高，變壓器的安全運(yùn)行更是必不可少 的條件。而合理可靠的保護(hù)配置是變壓器安全運(yùn)行的必備條件?，F(xiàn)代生產(chǎn)的變壓器，雖然 在設(shè)計(jì)和材料方面有所改進(jìn)，結(jié)構(gòu)上比較可靠，相對于輸電線路和發(fā)電機(jī)來說，變壓器故 障機(jī)會也比較少，但在實(shí)際運(yùn)行中，仍有可能發(fā)生備種類型的故障和異常運(yùn)行情況，這會 對供電可靠性和系統(tǒng)的正常運(yùn)行帶來嚴(yán)重影響。為了滿足電力系統(tǒng)穩(wěn)定方面的要求，當(dāng)變 壓器發(fā)生故障時(shí)，要求保護(hù)裝置快速切除故障。第一章電力變壓器的故障及不正常工作狀態(tài)（一）變壓器的故障變壓器的故障可以分為油箱外和油箱內(nèi)兩種故障。油箱外的故障，主要是套管和引出線 上發(fā)生的相間短路和接地

2、短路。油箱內(nèi)的故障包括繞組的相間短路、接地短路、匝間短路 以及鐵芯的燒損等。油箱內(nèi)故障時(shí)產(chǎn)生的電弧，不僅會損壞繞組的絕緣、燒毀鐵芯，而且 由于絕緣材料和變壓器油因受熱分解而產(chǎn)生大量氣體，有可能引起變壓器油箱的爆炸。因 此，當(dāng)變壓器發(fā)生各種故障時(shí)，保護(hù)裝置應(yīng)能盡快的將變壓器切除。實(shí)踐表明，變壓器套 管和引出線上的相間短路、接地短路、繞組的匝間短路是比較常見的故障形式，而變壓器 油箱內(nèi)發(fā)生相間短路的情況比較少。（二）變壓器的不正常運(yùn)行狀態(tài)中性點(diǎn)直接接變壓器的不正常運(yùn)行狀態(tài)主要有變壓器外部短路和過負(fù)荷引起的過電流;地電力網(wǎng)中，外部接地短路引起的過電流及中性點(diǎn)過電壓；風(fēng)扇故障或漏油等原因引起冷 卻能力

3、的下降等。這些不正常運(yùn)行狀態(tài)會使繞組和鐵芯過熱。大容量變壓器在過電壓或低 頻率等異常運(yùn)行工況下會使變壓器過勵(lì)磁，引起鐵芯和其他金屬構(gòu)件過熱。變壓器處于不 正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，繼電保護(hù)應(yīng)根據(jù)其嚴(yán)重程度，發(fā)出告警信號，使運(yùn)行人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)并采取相應(yīng)的措施，以確保變壓器的安全。第二章 變壓器的保護(hù)配置電力變壓器油箱內(nèi)故障時(shí)，除了變壓器各側(cè)電流、電壓變化外，油箱內(nèi)的油、氣、溫度 等非電量也會發(fā)生變化。因此，變壓器的保護(hù)分電量保護(hù)和非電量保護(hù)兩種。非電量保護(hù)裝設(shè)在變壓器內(nèi)部。線路保護(hù)中采用的許多保護(hù)如過流保護(hù)、縱差動(dòng)保護(hù)等在變壓器的電量保護(hù)中都有應(yīng)用，但在配置上有區(qū)別。根據(jù)規(guī)程規(guī)定，Ha變壓器一般應(yīng)裝設(shè)下列保

4、護(hù)：一）瓦斯保護(hù)規(guī)程規(guī)定對于容量為800kVA及以上的油浸式變壓器和 400kVA及以上的車間內(nèi)油浸 式變壓器，應(yīng)裝設(shè)瓦斯保護(hù)。瓦斯保護(hù)是反應(yīng)油浸式變壓器內(nèi)部故障的一種保護(hù)裝置。 當(dāng)油浸式變壓器油箱內(nèi)部發(fā)生 故障時(shí)，在故障電流和電弧的作用下，變壓器油和其他絕緣材料會受熱而分解，產(chǎn)生氣體， 這些氣體從油箱流向油枕的上部，故障越嚴(yán)重，產(chǎn)生的氣體就越多，流向油枕的氣流速度 也越快，利用這種氣體來動(dòng)作的保護(hù)裝置，稱為瓦斯保護(hù)。瓦斯保護(hù)的主要元件是氣體繼電器， 它安裝在油箱與油枕之間的連接管道上。 氣體繼電 器是變壓器的一種保護(hù)用組件，當(dāng)變壓器內(nèi)部有故障，而使油分解產(chǎn)生氣體或造成油流沖 擊時(shí)，繼電器的觸

5、點(diǎn)動(dòng)作，給出信號或者使斷路器跳閘，使變壓器退出運(yùn)行。為了不妨礙氣體的流通，通往繼電器的連接管道應(yīng)有2%4%的坡度。以開口杯擋板式氣體繼電器為例： 正常運(yùn)行時(shí)，上、下開口杯都浸在油中，上、下觸點(diǎn)均斷開。當(dāng)油箱內(nèi)部發(fā)生輕微故障時(shí)， 少量的氣體上升后逐漸聚集在繼電器的上部，迫使油面下降，使上開口杯漏出油面。由于 浮力減少，在重力作用下開口杯順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，使上觸點(diǎn)閉合發(fā)出“輕瓦斯”保護(hù)動(dòng)作 信號。當(dāng)油箱內(nèi)部發(fā)生嚴(yán)重故障時(shí)，大量氣體和油流直接沖擊擋板，使下開口杯順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)下觸點(diǎn)閉合，發(fā)出跳閘脈沖，表示“重瓦斯”保護(hù)動(dòng)作。當(dāng)變壓器出現(xiàn)嚴(yán)重漏油而使油面逐漸降低時(shí)，首先是上開口杯露出油面，發(fā)出報(bào)警

6、信號，然后下開口杯露出油面，發(fā)出跳閘脈沖。上觸點(diǎn)表示“輕瓦斯動(dòng)作”，動(dòng)作后經(jīng)延時(shí)發(fā)出報(bào)警信號。下觸點(diǎn)表示“重瓦斯動(dòng)作”，動(dòng)作后啟動(dòng)變壓器保護(hù)的總出口繼電器，使斷路器跳閘。當(dāng)油箱內(nèi)部發(fā)生嚴(yán)重故障時(shí)，由于油流的不穩(wěn)定性可能造成觸點(diǎn)的抖動(dòng)，此時(shí)為使斷路器能可靠跳閘，應(yīng)選用具有電流自保持線圈的出口中間繼電器，動(dòng)作后由斷路器的輔助觸點(diǎn)來解除出口回路的自保持。此外，為防止變壓器換油或進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)引起重瓦斯保護(hù)誤動(dòng)作跳閘，可利用切換片將跳閘回路切換到信號回路。瓦斯保護(hù)的主要優(yōu)點(diǎn)是動(dòng)作迅速、 靈敏度高、 安裝接線簡單、 能反應(yīng)油箱內(nèi)部發(fā)生的各種故障（如繞組輕微的匝間短路、鐵芯燒損等） 。其缺點(diǎn)是不能反應(yīng)油箱以外

7、的套管及引出線等部位上發(fā)生的故障 （如變壓器絕緣子閃絡(luò)等） 。因此瓦斯保護(hù)可作為變壓器的主保護(hù)之一，需要與縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)相互配合、相互補(bǔ)充，才能夠?qū)崿F(xiàn)快速而靈敏的切除變壓器油箱內(nèi)、外及引出線上發(fā)生的各種故障。二）縱差動(dòng)保護(hù)和電流速斷保護(hù)對于容量為6300kVA及以上的變壓器，以及發(fā)電廠廠用變壓器和并列運(yùn)行的變壓器,10000kV-A及以上的發(fā)電廠廠用備用變壓器和單獨(dú)運(yùn)行的變壓器，應(yīng)裝設(shè)縱差動(dòng)保護(hù)。對于容量為10000kV-A以下的變壓器，當(dāng)后備保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限大于時(shí),應(yīng)裝設(shè)電流速斷保護(hù)。對2000kV-A以上的變壓器，當(dāng)電流速斷保護(hù)的靈敏性不能滿足要求時(shí),也應(yīng)裝設(shè)縱差動(dòng)保護(hù)。1 縱差動(dòng)保護(hù)1）縱差

8、動(dòng)保護(hù)基本原理縱差動(dòng)保護(hù)， 是由比較被保護(hù)元件兩側(cè)電流的大小和相位而構(gòu)成的。以圖 1 所示雙側(cè)電源供電的短線路為例，簡要說明縱差動(dòng)保護(hù)的基本原理。設(shè)線路兩端裝設(shè)特性及變比完全相同的電流互感器，兩側(cè)電流互感器一次回路的正極性 均放在母線的一側(cè)，將二次回路的同極性端子相連接后，在電流互感器的二次端子上接入差動(dòng)繼電器。圖1-1正常運(yùn)行及外部短路圖1-2內(nèi)部短路式中 Ik(.2m) ax保護(hù)安裝處發(fā)生短路時(shí)的最小兩相短路電流。當(dāng)正常運(yùn)行及保護(hù)范圍外部故障時(shí)（如圖1-1所示k1點(diǎn)短路），兩側(cè)電流互感器一次側(cè)流過的兩個(gè)電流相等。即I I =1 n。假定兩側(cè)電流互感器變比相同（均為kTA），在忽略互感器的勵(lì)

9、磁電流的理想情況下，二次側(cè)的兩個(gè)電流Il2和Ill2大小也相等，此時(shí)流入差動(dòng)繼電器 的電流為零，即當(dāng)線路內(nèi)部故障時(shí)，如圖1-2所示k2點(diǎn)短路，流入繼電器的電流為 式中：1 k2為短路點(diǎn)的總電流，當(dāng)Ik >Iop時(shí)，繼電器立即動(dòng)作，跳幵線路兩側(cè)斷路器。所以I dsp。為實(shí)際上，由于兩側(cè)電流互感器總會存在勵(lì)磁電流 Im，且勵(lì)磁特性不可能完全相同, 在正常運(yùn)行及外部故障時(shí)，流過差動(dòng)繼電器的電流不為零，而存在一個(gè)不平衡電流 了保證縱差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作的選擇性，差動(dòng)繼電器的動(dòng)作電流必須躲過外部短路時(shí)出現(xiàn)的最大 不平衡電流。不平衡電流的存在會使繼電器的動(dòng)作電流增大，降低內(nèi)部故障時(shí)縱差動(dòng)保護(hù) 的靈敏度，因此

10、要盡量減小不平衡電流，這是所有差動(dòng)保護(hù)必須解決的問題。（2）變壓器的縱差動(dòng)保護(hù)圖2為雙繞組變壓器的縱差動(dòng)保護(hù)的 IQF原理接線。由于變壓器高壓側(cè)和低壓側(cè)的電流 Il1和IlI1是不相等的，為使變壓器正常運(yùn)行及外部故障時(shí)流入差動(dòng)繼電流I I2和I II2的大小相等，必須適當(dāng)選擇的變比，使之滿足下列條件:式中kiTA 高壓側(cè)電流互感器的變比;11KtKta111 121 I II2-IIKitaIKDIk電器的兩個(gè)二次兩側(cè)電流互感器kIITA 低壓側(cè)電流互感器的變比。設(shè)變壓器的變比為 kT ，則有可見，要使變壓器差動(dòng)保護(hù)能正確動(dòng)作，必須使兩側(cè)電流互感器變比的比值等于變壓 器的變比 kT 。變壓器的

11、縱差動(dòng)保護(hù)同樣需要躲過在正常運(yùn)行及外部短路時(shí)各種因素造成的不平衡電 流。包括變壓器勵(lì)磁涌流造成的不平衡電流、 變壓器兩側(cè)電流相位不同引起的不平衡電流、 電流互感器變比標(biāo)準(zhǔn)化引起的不平衡電流、兩側(cè)電流互感器型號不同產(chǎn)生的不平衡電流、 變壓器帶負(fù)荷調(diào)整分接頭產(chǎn)生的不平衡電流等。在電力系統(tǒng)中，縱差動(dòng)保護(hù)主要用作變壓 器內(nèi)部相間故障的主保護(hù)。2 電流速斷保護(hù)對于容量較小的變壓器，可在電源側(cè)裝設(shè)電流速斷保護(hù)4 。為保證選擇性，電流速斷保護(hù)只能保護(hù)變壓器的一部分，它與瓦斯保護(hù)和過電流保護(hù)配合，可以組成小型變壓器的整 組保護(hù)。當(dāng)變壓器電源側(cè)為小接地電流系統(tǒng)時(shí)，保護(hù)可采用兩相式接線；當(dāng)電源側(cè)為大接 地電流系統(tǒng)

12、時(shí)，可采用三相式或兩相三繼電器式接線。電流速斷保護(hù)的動(dòng)作電流應(yīng)按以下兩個(gè)條件計(jì)算， 并取其中的較大者作為動(dòng)作電流的整 定值。躲過變壓器二次側(cè)母線短路時(shí)的最大短路電流，即式中 Krel可靠系數(shù)，取 ；I(3)k. max變壓器二次側(cè)母線三相短路時(shí)，流過保護(hù)安裝處（一次側(cè)）的最大短路電流。躲過變壓器空載合閘時(shí)的最大勵(lì)磁涌流，即 式中 INT 保護(hù)安裝側(cè)變壓器的額定電流。電流速斷保護(hù)的靈敏度應(yīng)按下式校驗(yàn)三）外部相間短路和接地短路時(shí)的后備保護(hù)變壓器的主保護(hù)通常采用差動(dòng)保護(hù) （小容量變壓器可采用電流速斷保護(hù)） 和瓦斯保護(hù)。除了主保護(hù)外，變壓器還應(yīng)裝設(shè)相間短路和接地短路的后備保護(hù)。后備保護(hù)的作用是為了 防

13、止由外部故障引起的變壓器繞組過電流，并作為相鄰元件（母線或線路）保護(hù)的后備以 及在可能的條件下作為變壓器內(nèi)部故障時(shí)主保護(hù)的后備。變壓器的相間短路后備保護(hù)通常 采用過電流保護(hù)、低電壓啟動(dòng)的過電流保護(hù)、復(fù)合電壓啟動(dòng)的過電流保護(hù)以及負(fù)序過電流 保護(hù)等，也有采用阻抗保護(hù)作為后備保護(hù)的情況。接地短路時(shí)的后備保護(hù)應(yīng)根據(jù)變壓器臺 數(shù)及接地情況配置。1 變壓器相間短路的后備保護(hù)1）過電流保護(hù)過電流保護(hù)應(yīng)裝在變壓器的電源側(cè)， 采用完全星形接線。 保護(hù)動(dòng)作后， 跳開變壓器兩側(cè)具體問斷路器。過電流保護(hù)裝置的動(dòng)作電流應(yīng)按照躲開變壓器可能出現(xiàn)的最大負(fù)荷電流來整定， 題作如下考慮：對并列運(yùn)行的變壓器，應(yīng)考慮切除一臺時(shí)所出

14、現(xiàn)的過負(fù)荷，當(dāng)各臺變壓器容量相同時(shí)，可按下式計(jì)算： 式中 n 并列運(yùn)行變壓器的臺數(shù)；INT 每臺變壓器的額定電流。對于降壓變壓器，應(yīng)考慮低壓側(cè)負(fù)荷電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)時(shí)的最大電流，即 式中 Krel 可靠系數(shù)，取 ；Kre 返回系數(shù)，取；K st 自啟動(dòng)系數(shù)，取 。t。保護(hù)裝置的動(dòng)作時(shí)限應(yīng)比出線過電流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限大一個(gè)時(shí)限級差保護(hù)裝置的靈敏度按下式計(jì)算： 式中1隘一一后備保護(hù)范圍末端兩相短路時(shí)，流過保護(hù)裝置的最小短路電流。規(guī)程規(guī)定，作為近后備時(shí)，要求 Ks；作為遠(yuǎn)后備時(shí)，要求 Ks '。若靈敏度不滿足要求，可采用低電壓啟動(dòng)的過電流保護(hù)或復(fù)合電壓啟動(dòng)的過電流保護(hù)來提高保護(hù)的靈敏度。2）低電壓啟

15、動(dòng)的過電流保護(hù)低電壓啟動(dòng)的過電流保護(hù)，只有當(dāng)電流元件和電壓元件同時(shí)動(dòng)作后，才能啟動(dòng)時(shí)間繼 電器，經(jīng)過預(yù)定的延時(shí)后，啟動(dòng)出口中間繼電器動(dòng)作于跳閘。當(dāng)采用低電壓啟動(dòng)的過電流保護(hù)時(shí)，電流元件的動(dòng)作電流按躲開變壓器的額定電流整 定，即低電壓元件的動(dòng)作電壓，按正常運(yùn)行情況下母線上可能出現(xiàn)的最低工作電壓來整定， 同時(shí)，在外部故障切除后電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)的過程中，保護(hù)必須返回。根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，通常取 式中 U NT 變壓器的額定電壓。低電壓元件靈敏度按下式校驗(yàn)： 式中，Uk.max 最大運(yùn)行方式下，相鄰元件末端三相短路時(shí)，保護(hù)安裝處的最大線電壓。器，對升壓變壓器，如果低電壓元件只接于某一側(cè)的電壓互感器上，則當(dāng)另一側(cè)

16、故障時(shí)， 往往靈敏度不能滿足要求。此時(shí)，可采用兩套低電壓元件分別接在變壓器兩側(cè)的電壓互感 器上，其觸點(diǎn)采用并聯(lián)方式。為防止電壓互感器二次回路斷線時(shí)低電壓繼電器誤動(dòng)作，在 低電壓保護(hù)中應(yīng)裝設(shè)電壓回路斷線的信號裝置，以便及時(shí)發(fā)出信號，由運(yùn)行人員處理。2 變壓器的接地保護(hù)大接地電流系統(tǒng)的電力變壓器，一般應(yīng)裝設(shè)接地保護(hù)，作為變壓器和相鄰元件接地短 路的后備保護(hù)。系統(tǒng)發(fā)生接地短路時(shí)，零序電流的大小和分布與系統(tǒng)中變壓器中性點(diǎn)接地?cái)?shù)目和位置有關(guān)。對于只有一臺變壓器的變電所，一般均采用變壓器中性點(diǎn)直接接地運(yùn)行 方式。對于有兩臺及以上變壓器并列運(yùn)行的變電所，一般采用一部分變壓器中性點(diǎn)接地運(yùn) 行，另一部分變壓器中

17、性點(diǎn)不接地運(yùn)行的方式，以保持在各種運(yùn)行方式下，變壓器中性點(diǎn) 接地?cái)?shù)目和位置應(yīng)盡量維持不變，從而保證零序保護(hù)有穩(wěn)定的保護(hù)范圍和足夠的靈敏度。(1)只有一臺變壓器的變電所對只有一臺變壓器的變電所，通常裝設(shè)普通的零序過電流保護(hù)，保護(hù)接于中性點(diǎn)引出 線的電流互感器上。保護(hù)動(dòng)作電流與被保護(hù)側(cè)母線引出線零序電流保護(hù)后備段在靈敏度上 相配合的條件進(jìn)行整定，即 式中Krei可靠系數(shù)，取；Kb 零序電流分支系數(shù)，其值為出線零序電流保護(hù)后備段保護(hù)范圍末端接地短路時(shí)，流過本保護(hù)的零序電流與流過出線零序保護(hù)的零序電流之比;1 op.O.L出線零序電流保護(hù)后備段的動(dòng)作電流。保護(hù)的靈敏度按零序電流后備保護(hù)范圍末端接地短路

18、校驗(yàn)，要求Ks >.保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限比出線零序電流保護(hù)后備段大一個(gè)t。(2)兩臺變壓器并列運(yùn)行的變電所對兩臺變壓器并列運(yùn)行的變電所，如圖3所示，一般采用一臺變壓器中性點(diǎn)接地運(yùn)行(如T1)，另臺中性點(diǎn)不接地運(yùn)行(如T2)。這時(shí)，若在高壓系統(tǒng)發(fā)生接地短路，T1跳閘后，T2仍將帶故障運(yùn)行，則將產(chǎn)生危險(xiǎn)的過電壓，T2的絕緣將遭到損壞。因此，對部分變壓器中性點(diǎn)接在構(gòu)成接地保護(hù)時(shí)，應(yīng)考慮一下兩個(gè)問題:© '圖3變電所兩臺變壓器并列運(yùn)行地運(yùn)行的變電所,a、發(fā)生故障時(shí)，應(yīng)能切除所有與接地短路系統(tǒng)相連接的變壓器;b、接地故障發(fā)生后，應(yīng)首先跳幵中性點(diǎn)不接地運(yùn)行的變壓器，以防止過電壓造成的危

19、害，然后再跳開中性點(diǎn)接地運(yùn)行的變壓器。四）過負(fù)荷保護(hù)變壓器長期過負(fù)荷運(yùn)行時(shí)， 繞組會因發(fā)熱而受到損傷。 對400kVA以上的變壓器，當(dāng) 數(shù)臺并列運(yùn)行，或單獨(dú)運(yùn)行并作為其他負(fù)荷的備用電源時(shí)，應(yīng)根據(jù)可能過負(fù)荷的情況，裝 設(shè)過負(fù)荷保護(hù)。變壓器的過負(fù)荷電流一般都是三相對稱的，因此，過負(fù)荷保護(hù)只接于一相 電流上，經(jīng)較長的延時(shí)作用于信號。對于無值班人員的變電所，必要時(shí)過負(fù)荷保護(hù)可動(dòng)作 于自動(dòng)減負(fù)荷或跳閘。對自耦變壓器或多繞組變壓器，過負(fù)荷保護(hù)應(yīng)能反映公共繞組及各 側(cè)過負(fù)荷的情況。過負(fù)荷保護(hù)安裝側(cè)的選擇，應(yīng)能反映變壓器各繞組的過負(fù)荷情況。對雙繞組升壓變壓 器，過負(fù)荷保護(hù)一般裝設(shè)在低壓側(cè)。對一側(cè)無電源的三繞組升壓變壓器，應(yīng)裝在發(fā)電機(jī)側(cè) 和無電源側(cè)；若三側(cè)都有電源時(shí)，各側(cè)均應(yīng)裝設(shè)過負(fù)荷保護(hù)。對雙繞組降壓變壓器，過負(fù) 荷保護(hù)一般裝在高壓側(cè)。對單電源的三繞組降壓變壓器，若三繞組容量相同，過負(fù)荷保護(hù) 僅裝在電源側(cè)；若三側(cè)繞組