任務(wù)7 變壓器保護(hù)柜安裝與調(diào)試

任務(wù)7變壓器保護(hù)柜安裝與調(diào)試任務(wù)7

變壓器保護(hù)柜安裝與調(diào)試1.知識(shí)目稱（1)明確運(yùn)行中變壓器易出現(xiàn)的故障。（2)明確變壓器的幾種保護(hù)電路。（3)能夠分析變壓器保護(hù)柜速斷、定時(shí)限、過(guò)負(fù)行、瓦斯等保護(hù)原理2.能力目標(biāo)（1)能夠現(xiàn)場(chǎng)認(rèn)識(shí)變壓器保護(hù)柜所裝設(shè)的高壓器件。（2)具有識(shí)讀變壓器保護(hù)柜過(guò)流保護(hù)、瓦斯保護(hù)等電路圖的能力。（3)具有看圖接線、排查故障的能力。課程前導(dǎo)1.

瓦斯保護(hù)？2.

變壓器電流速斷、帶時(shí)限保護(hù)？3.變壓器零序電流保護(hù)？6.1電力變壓器常見故障6.2電力變壓器保護(hù)柜器件認(rèn)識(shí)6.3電力變壓器保護(hù)柜過(guò)流定時(shí)限、速斷保護(hù)6.4電力變壓器瓦斯保護(hù)原理分析任務(wù)7

變壓器保護(hù)柜安裝與調(diào)試

故障現(xiàn)象與任務(wù)導(dǎo)入：

變壓器是工廠變電所供配電系統(tǒng)重要的一次設(shè)備，其故障將嚴(yán)重影響到的供電的可靠性，導(dǎo)致生產(chǎn)無(wú)法進(jìn)行。變壓器的故障一般分為內(nèi)部故障和外部故障兩種。變壓器的內(nèi)部故障主要有繞組的相間短路、繞組匝間短路、單相接地短路、漏油、冷卻系統(tǒng)等，因?yàn)槎搪冯娏鳟a(chǎn)生的電弧不僅會(huì)破壞繞組絕緣，還可能使絕緣材料和變壓器油受熱而產(chǎn)生大量氣體，進(jìn)而引起變壓器油箱爆炸。變壓器常見的外部故障是引出線上絕緣套管的故障，這可能導(dǎo)致引出線的相間短路或接地短路，過(guò)負(fù)荷引起的過(guò)流。以上變壓器的故障是由工廠變電所變壓器保護(hù)柜所裝設(shè)的各種過(guò)流、瓦斯保護(hù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。對(duì)于嚴(yán)重的故障，保護(hù)裝置應(yīng)動(dòng)作于跳間；而對(duì)于過(guò)負(fù)荷、油面降低、油溫開高等不正常狀態(tài)。保護(hù)裝置應(yīng)動(dòng)作于信號(hào)。通過(guò)本任務(wù)的學(xué)習(xí)，既要明確變壓器運(yùn)行中易出現(xiàn)的故障、還要掌握變壓器保護(hù)柜的電路組成，重點(diǎn)分析變壓器瓦斯保護(hù)，速斷、定時(shí)限、過(guò)負(fù)荷保護(hù)等電路原理，具備識(shí)讀電路圖、二次回路的接線能力。任務(wù)

變壓器保護(hù)柜安裝與調(diào)試6.1電力變壓器常見故障一、變壓器裝設(shè)保護(hù)裝置的條件按照GB/T50062-2008規(guī)定，電壓為3~110kV.容量為63MV?A及以下的電力變壓器，應(yīng)裝設(shè)相應(yīng)的保護(hù)裝置，具體有：(1)氣體保護(hù)（瓦斯保護(hù)）：它能反映（油浸式）變壓器油箱內(nèi)部故障和油面降低，瞬時(shí)動(dòng)作于信號(hào)或跳間。容量為800kV·A及以上的油浸式變壓器，或容量在400kV.A及以上的車間內(nèi)油浸式變壓器，按規(guī)定應(yīng)裝設(shè)氣體保護(hù)（瓦斯保護(hù)），輕瓦斯動(dòng)作于信號(hào)，重瓦斯動(dòng)作于跳閘。(2)縱差保護(hù)：它能反映變壓器內(nèi)部匝間短路和繞組相間短路，變壓器引出線的相間短路、接地（相與外殼）短路，瞬時(shí)動(dòng)作于跳剛。對(duì)于高壓側(cè)為35kV及以上的工廠總降變電所主變壓器。當(dāng)容量在10000kV·A及以上單臺(tái)運(yùn)行，或容量在6300kV·A及以上并列運(yùn)行時(shí)。應(yīng)裝設(shè)縱差保護(hù)。(3)電流速斷、帶時(shí)限保護(hù)：它能反映變壓器內(nèi)部故障和引出線的相間短路，瞬時(shí)動(dòng)作于跳閘。對(duì)于高壓側(cè)為6~10kV的車間變電所主變壓器，一般裝設(shè)帶時(shí)限過(guò)流保護(hù)，當(dāng)動(dòng)作時(shí)間超過(guò)0.7時(shí)，還應(yīng)裝設(shè)電流速斷保護(hù)。對(duì)于高壓側(cè)35kV及以上的工廠總降變電所主變壓器，應(yīng)裝設(shè)電流速斷保護(hù)、帶時(shí)限過(guò)流保護(hù)和瓦斯保護(hù)。(4)過(guò)負(fù)荷保護(hù)：它能反映過(guò)負(fù)荷而引起的過(guò)電流，一般作用于信號(hào)，對(duì)可能過(guò)負(fù)荷的變壓器還應(yīng)裝設(shè)過(guò)負(fù)荷保護(hù)。(5)零序電流保護(hù)：110kV及以上中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)，需裝設(shè)零序電流保護(hù)。二、工廠變電所變壓器保護(hù)柜一次接線

變壓器保護(hù)柜一次接線如圖所示，圖(a)中有高壓斷路器QF2、電流互感器TA1,實(shí)現(xiàn)變壓器高壓側(cè)相間短路保護(hù)；避雷器FV實(shí)現(xiàn)過(guò)電壓保護(hù)；接地刀D實(shí)現(xiàn)檢修時(shí)接地保護(hù)；零序電流互感器TA0實(shí)現(xiàn)單相接地保護(hù)；帶電顯示器CG。圖(b)電路保護(hù)設(shè)置與圖(a)均一樣，只是多了個(gè)上隔離開關(guān)QS1。變壓器保護(hù)柜一次接線圖(a)手車式變壓器保護(hù)柜一次接線圖(b)固定式變壓器保護(hù)柜一次接線圖1.變壓器的過(guò)電流保護(hù)與動(dòng)作參數(shù)的整定變壓器過(guò)電流保護(hù)的組成和原理與電力線路的過(guò)電流保護(hù)完全相同。如圖所示變壓器的定時(shí)限、電流速斷和過(guò)負(fù)荷保護(hù)電路圖，圖中繼電器均為電磁式繼電器，原理分析同高壓線路過(guò)電流保護(hù)電路。變壓器過(guò)電流保護(hù)的動(dòng)作電流整定計(jì)算公式，也與電力線路過(guò)電流保護(hù)基本相同，最大負(fù)荷電流IL.max應(yīng)取為（1.5~3)IT.N1，這里的IT.N1為變壓器的一次側(cè)額定電流。變壓器過(guò)電流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間，也按“階梯原則”整定。但對(duì)車間變電所來(lái)說(shuō)，由于它屬于電力系統(tǒng)的終端變電所。因此其動(dòng)作時(shí)間可整定為最小值0.5s。三、變壓器的過(guò)電流保護(hù)、電流速斷保護(hù)和過(guò)負(fù)荷保護(hù)

當(dāng)變壓器的過(guò)電流保護(hù)動(dòng)作時(shí)限大于0.5s時(shí)，必須裝設(shè)電流速斷保護(hù)。變壓器電流速斷保護(hù)的組成、原理分析也與電力線路的電流速斷保護(hù)完全相同。變壓器電流速斷保護(hù)的動(dòng)作電流（速斷電流）的整定計(jì)算公式，也與電力線路的電流速斷保護(hù)基本相同，只是IL.max

應(yīng)取低壓母線三相短路電流周期分量的有效值換算到高壓側(cè)的電流值，即變壓器電流速斷保護(hù)的動(dòng)作電流按躲過(guò)低壓母線三相短路電流來(lái)整定。變壓器速斷保護(hù)的靈敏度，按變壓器高壓側(cè)在系統(tǒng)最小運(yùn)行方式時(shí)發(fā)生兩相短路的短路電流Ik(2)來(lái)校驗(yàn)，要求Sp≥1.5。變壓器的電流速斷保護(hù)，與電力線路的電流速斷保護(hù)一樣也有死區(qū)。彌補(bǔ)死的措施，也是配備帶時(shí)限的過(guò)電流保護(hù)?？紤]到變壓器在空載投人或突然恢復(fù)電壓時(shí)將出現(xiàn)一個(gè)沖擊性的勵(lì)磁涌流，為避免速斷保護(hù)誤動(dòng)作，可在速斷保護(hù)整定后，將變壓器空載試運(yùn)行若干次，以檢驗(yàn)速斷保護(hù)是否會(huì)誤動(dòng)作。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)。當(dāng)速斷保護(hù)的一次動(dòng)作電流比變壓器的額定一次電流大2~3倍時(shí)，速斷保護(hù)一般能躲過(guò)勵(lì)磁涌流，不會(huì)誤動(dòng)作。2.變壓器的電流速斷保護(hù)變壓器的定時(shí)限、電流速斷和過(guò)負(fù)荷保護(hù)電路圖

變壓器的過(guò)負(fù)荷保護(hù)是用來(lái)反映變壓器正常運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)的過(guò)負(fù)荷情況，只在變壓器確有過(guò)負(fù)荷可能的情說(shuō)下才予以裝設(shè)，一般動(dòng)作于信號(hào)。若運(yùn)行中的變壓器過(guò)負(fù)荷，則過(guò)負(fù)荷繼電器KA5動(dòng)作，常開觸點(diǎn)閉合，時(shí)間繼電器KT2的線圈得電。經(jīng)過(guò)延時(shí)。其常開延時(shí)觸點(diǎn)閉合，使得信號(hào)繼電器KS3上的線圈得電。接通過(guò)負(fù)荷報(bào)警電路。發(fā)過(guò)負(fù)荷報(bào)警信號(hào)。變壓器過(guò)負(fù)荷保護(hù)的動(dòng)作電流按照躲過(guò)變壓器一次側(cè)額定電流IT.N1來(lái)整定，其計(jì)算公式為式中：Ki為電流互感器的電流比；動(dòng)作時(shí)間一般取10~15s。3.變壓器的過(guò)負(fù)荷保護(hù)Iop=(1.2～1.5)IT.N1Ki變壓器的定時(shí)限、電流速斷和過(guò)負(fù)荷保護(hù)電路圖四、變壓器氣體保護(hù)（瓦斯保護(hù)）變壓器油箱內(nèi)部故障有：（1)繞組故障：繞組匝間短路、相間短路、相與外殼短路（變壓器油不絕緣）。（2)鐵芯故障：硅鋼片之間短路。（3)油箱故障：漏油、油不絕緣。2.氣體保護(hù)

變壓器油箱內(nèi)部故障，會(huì)使變壓器溫度升高，其內(nèi)油膨脹，甚至沸騰，油分解會(huì)產(chǎn)生氣體，該氣體為瓦斯氣體；短路產(chǎn)生的電弧也將使絕緣材料分解，產(chǎn)生大量的氣體，這種氣體也稱為瓦斯氣體。故障程度越嚴(yán)重，產(chǎn)生的瓦斯氣體越多，氣體的流速也就越快，且氣流中還夾雜著變壓器油沖向油枕上部。氣體保護(hù)就是利用變壓器油受熱分解所產(chǎn)生的氣流和油流動(dòng)來(lái)動(dòng)作的一種保護(hù)裝置。氣體保護(hù)（瓦斯保護(hù)）就是油浸式變壓器內(nèi)部故障的一種基本、靈敏的保護(hù)，氣體保護(hù)的主要元件是氣體繼電器，它裝在變壓器的油箱和油枕之間的連通管上，如圖所示。1.變壓器油箱內(nèi)部故障1-變壓器油箱2-聯(lián)通管3-瓦斯繼電器4-油枕圖示瓦斯繼電器在油浸式電力變壓器上的安裝為了使油箱內(nèi)產(chǎn)生的氣體順利通過(guò)氣體繼電器排往油枕，變壓器安裝時(shí)應(yīng)取1%~1.5%的傾斜度；變壓器制造時(shí)，連通管與油箱頂蓋之間也有2%~4%的傾斜度，注意，當(dāng)變壓器發(fā)生外部故障，如變壓器外部出線端子發(fā)生相間短路時(shí)，氣體保護(hù)不起作用，氣體保護(hù)只能保護(hù)變壓器油箱內(nèi)部故障。由于變壓器三相繞組浸在變壓器油中，當(dāng)變壓器油箱內(nèi)部發(fā)生短路故障，如變壓器繞組匝間短路、相間短路、相與外殼短路（變壓器油不絕緣）時(shí)，短路電流使得變壓器油溫升高，油分解或短路產(chǎn)生的電弧使得絕緣材料分解，均要產(chǎn)生揮發(fā)氣體（瓦斯氣體）。這些氣體從油箱上浮至油枕，造成油流涌動(dòng)，使得氣體繼電器動(dòng)作，接通信號(hào)或跳閘電路。氣體保護(hù)包括輕瓦斯和重瓦斯保護(hù)，它是用來(lái)反映變壓器油箱內(nèi)部各種短路及油面降低等故障的。輕瓦斯動(dòng)作于信號(hào)，重瓦斯動(dòng)作于高壓斷路器跳閘。氣體保護(hù)的主要元件是瓦斯繼電器，其型號(hào)和種類較多?，F(xiàn)以EMB德國(guó)生產(chǎn)的雙浮子瓦斯繼電器來(lái)說(shuō)明其動(dòng)作原理。其外形圖如圖1所示，結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。3.氣體保護(hù)原理342(a)(b)1—螺紋連接；2—玻璃視窗（監(jiān)視開關(guān)系統(tǒng)功能，通過(guò)玻璃視窗上刻度值，反映聚集氣體的體積量）；3—玻璃視窗蓋板；4—法蘭盤連接圖1法蘭盤和螺紋連接的雙浮子瓦斯繼電器外形圖(b)螺紋連接外形圖(a)法蘭盤外形圖1-上浮子；1a-下浮子；2-上浮子恒磁磁鐵；2a-下浮子恒磁磁鐵；3-上開關(guān)系統(tǒng)磁開關(guān)管；3a-下開關(guān)系統(tǒng)磁開關(guān)管；4-框架；5-測(cè)試機(jī)械；6-擋板圖2雙浮子瓦斯繼電器結(jié)構(gòu)體

在正常工作狀態(tài)時(shí)，瓦斯繼電器內(nèi)部充滿絕緣油，上浮子1和下浮子1a利用自身浮力漂浮于頂部終端位置，上、下浮子不下降，上、下開關(guān)系統(tǒng)磁開關(guān)管觸點(diǎn)不閉合，即不動(dòng)作。當(dāng)變壓器油箱內(nèi)部發(fā)生故障時(shí)，油箱內(nèi)部溫度上升，油膨脹，甚至沸騰，油分解產(chǎn)生氣體；同時(shí)，若有局部放電或者電弧現(xiàn)象發(fā)生，會(huì)將變壓器油分解產(chǎn)生瓦斯氣體。當(dāng)故障比較輕微時(shí)，故障產(chǎn)生的氣體比較少，這些氣體上升并匯集在瓦斯繼電器內(nèi)擠壓變壓器油，迫使瓦斯繼電器內(nèi)部的油位下降，導(dǎo)致漂浮于油面的上浮子1也隨之下降，通過(guò)浮子的運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)上開關(guān)系統(tǒng)磁開關(guān)管3閉合，接通輕瓦斯報(bào)警回路。此時(shí)，下浮子不受影響，一定量的氣體可以通過(guò)連通管向油枕流動(dòng)。這就是輕瓦斯動(dòng)作情況，如圖(a)所示。圖(a)

輕瓦斯動(dòng)作

當(dāng)變壓器油箱內(nèi)部發(fā)生嚴(yán)重故障時(shí)，會(huì)在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生大量氣體，形成快速而猛烈的上升氣流，變壓器油箱內(nèi)部的氣壓、油壓產(chǎn)生巨變，同時(shí)產(chǎn)生的強(qiáng)大油流會(huì)沖擊瓦斯繼電器的擋板6，擋板順著壓力氣流波的方向運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)下開關(guān)系統(tǒng)磁開關(guān)管3a閉合，接通跳閘回路。這就是重瓦斯動(dòng)作情況，如圖(b)所示。圖(b)

重瓦斯動(dòng)作

當(dāng)變壓器油箱內(nèi)部漏油時(shí)，先是上浮子1隨著油面下降、并通過(guò)上浮子的運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)上開關(guān)系統(tǒng)磁開關(guān)管3閉合，接通輕瓦斯報(bào)警電路；接著油面繼續(xù)下降，下浮子1a也隨之下降，通過(guò)下浮子的運(yùn)動(dòng)、帶動(dòng)下開關(guān)系統(tǒng)磁開關(guān)管3a閉合，接通跳閘回路。這就是漏油時(shí)的情況，如圖(c)所示。圖(c)漏油時(shí)瓦斯保護(hù)原理電路如圖所示。若為輕瓦斯故障，則瓦斯繼電器KG的上面觸點(diǎn)閉合，接通輕瓦斯信號(hào)電路，發(fā)出輕瓦斯報(bào)警信號(hào)。若為重瓦斯故障。則瓦斯繼電器KG的下面觸點(diǎn)閉合，控制回路為：直流控制電源的正極“十”——信號(hào)繼電器KS——連接片XB—中間繼電器KM——負(fù)極“－”，這樣信號(hào)繼電器KS得電，其常開觸點(diǎn)閉合，接通重瓦斯報(bào)警電路，發(fā)出重瓦斯報(bào)警信號(hào)；同時(shí)中間繼電器KM的兩對(duì)常開觸點(diǎn)閉合，接通跳閘線圈YR1、YR2.使得變壓器兩側(cè)的高壓斷路器QF1、QF2跳閘。圖示瓦斯保護(hù)原理電路圖

低壓側(cè)裝設(shè)三相均帶過(guò)電流脫扣器的低壓斷路器，既作低壓側(cè)的主開關(guān)，又用來(lái)保護(hù)低壓側(cè)的相間短路和單相短路。這種措施在低壓配電保護(hù)電路中得到廣泛的應(yīng)用。4.變壓器低壓側(cè)的單相短路保護(hù)

大電流接地系統(tǒng)零序電流保護(hù)電路，如圖所示。正常情況下、三相電流平衡、零序電流繼電器TA沒有電流通過(guò)，零序電流保護(hù)不動(dòng)作。當(dāng)出現(xiàn)零序電流，且它大于保護(hù)的動(dòng)作電流時(shí)，電流繼電器TA動(dòng)作，經(jīng)時(shí)間繼申器KT延時(shí)后、使變壓器兩側(cè)的高壓斷路器斷開。5.大電流接地系統(tǒng)零序電流保護(hù)圖示

大電流接地系統(tǒng)零序電流保護(hù)電路

前面主要介紹了變壓器的過(guò)電流保護(hù)、電流速斷保護(hù)、瓦斯保護(hù)。過(guò)電流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限較長(zhǎng)；電流速斷保護(hù)由于“死區(qū)”的影響使保護(hù)范圍受到限制；瓦斯保護(hù)只能反映變壓器內(nèi)部故障，不能反映變壓器絕緣套管和引出線的故障。變壓器的縱差保護(hù)反映的是一、二次電流之差，它是一種動(dòng)作迅速、靈敏性高的保護(hù)裝置，可作為大容量變壓器內(nèi)部發(fā)生繞組相間短路、繞組匝間短路、或高低壓引出線和絕緣套管相間短路時(shí)最有效的保護(hù)措施。6.變壓器的縱差保護(hù)變壓器縱差保護(hù)單相電路圖如圖所示、其縱差保護(hù)范圍為變壓器一、二次側(cè)所裝設(shè)的兩個(gè)電流互感器TA1、TA2之間的區(qū)域。如圖所示，將變壓器一、二次側(cè)的兩個(gè)電流互感器TA1、TA2的同極性串聯(lián)起來(lái)，使差動(dòng)繼電器KD跨接在兩連線之間，于是流入差動(dòng)繼電器的電流ikD=i”1—i”2，即為變壓器一、二次側(cè)電流互感器的二次電流之差。(1)在變壓器正常運(yùn)行或縱差保護(hù)的保護(hù)區(qū)外k-1點(diǎn)發(fā)生短路時(shí)，電流互感器TA1、TA2的二次測(cè)電流分別為i”1、