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

關(guān)鍵詞:電力變壓器 故障 保護(hù)

中圖分類號(hào):TM7文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1674-098X(2012)04(b)-0074-01

電力系統(tǒng)中變壓器的安全運(yùn)行對(duì)于保證電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行和對(duì)供電的可靠性，以及電能質(zhì)量起著決定性的作用，同時(shí)大容量電力變壓器的造價(jià)也十分昂貴。因此，做好電力變壓器的故障分析與保護(hù)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(wèn)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(xiǎn)的，因?yàn)槎搪冯娏鳟a(chǎn)生電弧不僅會(huì)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(dǎo)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(yùn)行狀態(tài)主要有外部相間短路、接地短路引起的相間過(guò)電流和零序過(guò)電流，負(fù)荷超過(guò)其額定容量引起的過(guò)負(fù)荷、油箱漏油引起的油面降低，以及過(guò)電壓、過(guò)勵(lì)磁等。為了保證電力變壓器的安全運(yùn)行，應(yīng)在電力變壓器裝設(shè)必要的保護(hù)。

1 瓦斯保護(hù)

瓦斯保護(hù)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(guò)氣體繼電器，安裝時(shí)應(yīng)注意，變壓器頂蓋與水平面應(yīng)有一定的坡度，連接管道也應(yīng)有合適的坡度。

變壓器的瓦斯保護(hù)的保護(hù)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(hù)的主要優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高、動(dòng)作迅速、簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)。當(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)，往往縱差動(dòng)保護(hù)與其他保護(hù)不能反應(yīng)，而瓦斯保護(hù)卻能反映(這也正是縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)不能代替瓦斯保護(hù)的原因)。但是瓦斯保護(hù)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(hù)。通常氣體繼電器需和縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)配合共同作為變壓器的主保護(hù)。

2 縱差保護(hù)或電流速斷保護(hù)

變壓器的縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)用來(lái)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(hù)?？v聯(lián)差動(dòng)保護(hù)是按比較被保護(hù)的變壓器兩側(cè)電流的大小和相位的原理實(shí)現(xiàn)的。對(duì)差動(dòng)保護(hù)電路，應(yīng)要求它能靈敏、迅速地切除故障變壓器，而且不能誤動(dòng)。為保證差動(dòng)保護(hù)的功能，于差動(dòng)保護(hù)的最小動(dòng)作電流發(fā)生矛盾，為此現(xiàn)做下分析以解決差動(dòng)保護(hù)的可靠性和靈敏度的矛盾。(1)為了提高保護(hù)靈敏度，保護(hù)變壓器內(nèi)部匝間短路，希望最小動(dòng)作電流很小。(2)為了保護(hù)外部故障時(shí)不誤動(dòng)作，整定的動(dòng)作電流就要大于外部故障時(shí)的最大不平衡電流，這就要求增大最小動(dòng)作電流。(3)空載投入變壓器或切除外部故障后恢復(fù)電壓的過(guò)程中，變壓器的勵(lì)磁涌流可高達(dá)額定電流的6～8倍以上。為了躲過(guò)勵(lì)磁涌流，還要求最小動(dòng)作電流大于勵(lì)磁涌流，或?qū)⒖v差保護(hù)延時(shí)來(lái)躲過(guò)勵(lì)磁涌流，但這兩種方法無(wú)法滿足差動(dòng)保護(hù)的靈敏性和速動(dòng)性的要求，顯然不可取。為了解決以上矛盾，采用瞬動(dòng)元件，防止較大內(nèi)部故障短路電流所造成的拒動(dòng)；采用比率制動(dòng)回路，防止變壓器外部故障時(shí)不平衡電流造成的誤動(dòng)。具有比率制動(dòng)特性的差動(dòng)保護(hù)，當(dāng)外部故障時(shí)，以外部短路電流作為制動(dòng)電流，以外部短路電流引起的不平衡電流作為動(dòng)作電流，所以繼電器不會(huì)誤動(dòng)作。采用諧波制動(dòng)回路，防止變壓器空載投入或切除外部故障后電壓恢復(fù)時(shí)的勵(lì)磁涌流造成的誤動(dòng)。勵(lì)磁涌流波形中含有很大的非周期分量，它偏于時(shí)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(shí)間迅速急減而形成的。帶有速飽和變流器的差動(dòng)繼電器就是利用勵(lì)磁涌流這一特點(diǎn)制成的。

對(duì)于容量較小的變壓器，當(dāng)其過(guò)電流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限大于0.5s時(shí)，可在電源側(cè)裝設(shè)電流速斷保護(hù)。它與瓦斯保護(hù)配合，以反映變壓器繞組及變壓器電源側(cè)的引出線套管上的各種故障。電流速斷保護(hù)具有接線簡(jiǎn)單、動(dòng)作迅速等優(yōu)點(diǎn)，能瞬時(shí)切除變壓器電源側(cè)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(diǎn)是不能保護(hù)電力變壓器的整個(gè)范圍，當(dāng)系統(tǒng)容量較小時(shí)，保護(hù)范圍較小，靈敏度較難滿足要求；在無(wú)電源的一例，套管到斷路器一段故障不能反應(yīng)，要靠相間短路的后備保護(hù)，切除故陷的時(shí)間較長(zhǎng)，對(duì)系統(tǒng)安全運(yùn)行不利；對(duì)于并列運(yùn)行的變壓器，負(fù)荷例故障時(shí)將由相間短路的后備保護(hù)無(wú)選擇性地切除所有變壓器。但變壓器的電流速斷保護(hù)與瓦斯保護(hù)，相間短路的后備保護(hù)配合較好，因此廣泛應(yīng)用于小容量變壓器的保護(hù)中。

3 相間短路的后備保護(hù)和接地短路的零序保護(hù)

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

變壓器的零序電流保護(hù)、變壓器間隙電流保護(hù)與變壓器零序電壓保護(hù)一起，構(gòu)成了反映零序故障分量的變壓器零序保護(hù)，是變壓器后備保護(hù)中的重要組成部分。對(duì)于中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中的變壓器，應(yīng)裝設(shè)零序保護(hù)。變壓器中性點(diǎn)直接接地運(yùn)行，應(yīng)裝設(shè)零序電流保護(hù)；變壓器斷路器處零序電流保護(hù)只能對(duì)安裝處母線兩側(cè)的故障進(jìn)行區(qū)分，變壓器中性點(diǎn)處的零序電流保護(hù)只能對(duì)變壓器高壓側(cè)與低壓側(cè)故障進(jìn)行區(qū)分。變壓器中性點(diǎn)可能接地或不接地運(yùn)行時(shí)，應(yīng)裝設(shè)零序電流、電壓保護(hù)。

4 其他保護(hù)

變壓器過(guò)勵(lì)磁是運(yùn)行中常遇到的現(xiàn)象。產(chǎn)生過(guò)勵(lì)磁的原因很多。鐵心中產(chǎn)生過(guò)勵(lì)磁時(shí)會(huì)影響空載損耗會(huì)增加，同時(shí)噪聲水平會(huì)增加，溫升也會(huì)增加。高壓側(cè)電壓為500kV及以上的變壓器，對(duì)頻率降低和電壓升高而引起的變壓器勵(lì)磁電流升高，應(yīng)裝設(shè)變壓器過(guò)勵(lì)磁保護(hù)。

對(duì)于400kVA以上的變壓器，當(dāng)數(shù)臺(tái)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)裝設(shè)過(guò)負(fù)荷保護(hù)。過(guò)負(fù)荷保護(hù)通常只裝在一相，其動(dòng)作時(shí)限較長(zhǎng)，延時(shí)動(dòng)作于發(fā)信號(hào)。過(guò)負(fù)荷保護(hù)的安裝側(cè)，應(yīng)根據(jù)保護(hù)能反映變壓器各側(cè)繞組可能過(guò)負(fù)荷情況來(lái)選擇。此外，對(duì)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(biāo)準(zhǔn)要求，應(yīng)裝設(shè)相應(yīng)的保護(hù)裝置。

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