戴明科

（河源市道潤(rùn)電力工程設(shè)計(jì)咨詢有限公司 廣東河源 517000）

淺談電力系統(tǒng)中變壓器的幾種常見(jiàn)故障及保護(hù)

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變壓器是電力系統(tǒng)中十分重要的供電設(shè)備。它的故障將對(duì)供電可靠性和系統(tǒng)的正常運(yùn)行帶來(lái)嚴(yán)重的影響?，F(xiàn)代生產(chǎn)的變壓器，雖然結(jié)構(gòu)可靠，故障機(jī)會(huì)較少，但在實(shí)際運(yùn)行中，仍有可能發(fā)生各種類(lèi)型故障，同時(shí)大容量的變壓器又是十分重的設(shè)備，因此，為了保證電力系統(tǒng)安全連續(xù)地運(yùn)行，并將故障對(duì)電力系統(tǒng)的影響限制到最小范圍，必須熟悉變壓器的幾種常見(jiàn)故障及保護(hù)。本文主要介紹了變壓器的常見(jiàn)故障，闡述了幾種常見(jiàn)的變壓器保護(hù)。

電力系統(tǒng)；變壓器；故障；保護(hù)

引言

變壓器的幾種常見(jiàn)故障包括線圈相間短路、接地短路、線圈層間短路、匝間短路以及鐵芯的燒損等，變壓器的幾種常見(jiàn)保護(hù)有瓦斯保護(hù)、縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)、過(guò)流保護(hù)、過(guò)負(fù)荷保護(hù)、零序電流保護(hù)、過(guò)勵(lì)磁保護(hù)等。

1 變壓器的幾種常見(jiàn)故障

變壓器的故障可分為內(nèi)部故障和外部故障兩種。內(nèi)部故障即變壓器油箱內(nèi)部所發(fā)生的故障，包括線圈的相間短路、接地短路、線圈層間短路、匝間短路以及鐵芯的燒損等，對(duì)變壓器來(lái)講，這些故障是十分危險(xiǎn)的，因?yàn)橛拖鋬?nèi)故障時(shí)產(chǎn)生的電弧，將其絕緣物質(zhì)劇烈氣化，可以引起爆炸，因此，這些故障應(yīng)該盡快切除。外部故障即變壓器油箱外所發(fā)生的故障，主要是絕緣套管和引出線發(fā)生相間短路和接地短路，容易使低壓繞組、高壓繞組、鐵芯和夾件發(fā)生變形。

1.1 變壓器的內(nèi)部故障及危害

指變壓器油箱里面發(fā)生的各種主要故障及危害。

（1）變壓器內(nèi)部故障的主要類(lèi)型：變壓器內(nèi)部單相繞組部分線匝之間的匝間短路；變壓器內(nèi)部各相繞組之間的相間短路；變壓器內(nèi)部引出線通過(guò)外殼或單相繞組之間發(fā)生的單相接地故障。

（2）變壓器內(nèi)部故障的危害：因?yàn)樽儔浩鲀?nèi)部的短路電流會(huì)產(chǎn)生高溫電弧不僅會(huì)使變壓器油和部分絕緣材料受熱分解產(chǎn)生大量的熱氣，使變壓器的外殼產(chǎn)生變形，還會(huì)燒壞變壓器內(nèi)部的鐵芯和繞組絕緣，甚至有可能導(dǎo)致變壓器郵箱爆炸。因此當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生嚴(yán)重故障時(shí)，必須迅速將變壓器切除。

1.2 變壓器外部的故障及危害

變壓器外部的故障主要是指油箱外部的絕緣套管及其引出線上發(fā)生的各種主要故障及危害。

（1）主要故障類(lèi)型：變壓器的絕緣套管閃絡(luò)或破碎而發(fā)生的單相接地（通過(guò)外殼）短路；變壓器外部的引出線之間發(fā)生的相間短路。

（2）變壓器外部故障的危害：容易使低壓繞組、高壓繞組、鐵芯和夾件發(fā)生變形。

2 變壓器的幾種常見(jiàn)保護(hù)

變壓器的幾種常見(jiàn)保護(hù)有瓦斯保護(hù)、縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)、過(guò)流保護(hù)、過(guò)負(fù)荷保護(hù)、零序電流保護(hù)、過(guò)勵(lì)磁保護(hù)等。

2.1 變壓器瓦斯保護(hù)

瓦斯保護(hù)是指變壓器發(fā)生內(nèi)部短路（包括匝間短路），但是短路電流達(dá)不到電流保護(hù)定值時(shí)，而使被保護(hù)變壓器直接跳閘的一種保護(hù)。它屬于變壓器的主保護(hù)，正常運(yùn)行中不能解除。變壓器按照瓦斯繼電器的動(dòng)作壓力分為輕重兩種情況，重瓦斯動(dòng)作于跳閘，輕瓦斯根據(jù)情況可動(dòng)作于跳閘，也可動(dòng)作于信號(hào)。

瓦斯保護(hù)動(dòng)作機(jī)理是由于內(nèi)部短路產(chǎn)生電弧，電弧將擊穿絕緣油，產(chǎn)生瓦斯氣體。因此，瓦斯保護(hù)對(duì)于油浸式變壓器來(lái)說(shuō)是有意義的；對(duì)于干式變壓器，根本沒(méi)有絕緣油的存在，談不上瓦斯保護(hù)。但是對(duì)于干式變壓器，需要加強(qiáng)的是溫度保護(hù)，以確保變壓器線圈絕緣狀況，因此干式變壓器一般設(shè)置了兩個(gè)層次的溫度保護(hù)：低溫報(bào)警、高溫跳閘，具體溫度值的設(shè)定可根據(jù)變壓器廠家的說(shuō)明來(lái)進(jìn)行。對(duì)于油浸式變壓器，也有溫度保護(hù)，但大多數(shù)是采用帶電接點(diǎn)的溫度計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，信號(hào)也只是動(dòng)作于報(bào)警，精度較差。干式變壓器的溫度保護(hù)直接采用埋在線圈內(nèi)部的測(cè)量元件來(lái)實(shí)現(xiàn)，通過(guò)測(cè)溫裝置不但可以輸出報(bào)警或者跳閘信號(hào)，還可以通過(guò)數(shù)字表指示出當(dāng)前溫度，精度要高得多。

2.2 變壓器縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)

瓦斯保護(hù)雖然可以快速而靈敏地反應(yīng)變壓器的各種故障，但卻不能保護(hù)套管和引出線等油箱外部的故障，因此，在容量較大的電力變壓器上，幾乎毫無(wú)例外地都裝有縱差動(dòng)保護(hù)。縱差動(dòng)保護(hù)和瓦斯保護(hù)均屬于變壓器的主保護(hù)，它們配合使用能讓變壓器的性能更加全面、更為完善。

變壓器縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)在正常運(yùn)行和外部故障時(shí)，理想情況下，流入差動(dòng)繼電器的電流等于零。但實(shí)際上由于變壓器的勵(lì)磁電流、接線方式和電流互感器誤差等因素的影響，變壓器差動(dòng)保護(hù)的不平衡電流遠(yuǎn)比發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)的大，變壓器差動(dòng)保護(hù)需要解決的主要問(wèn)題是采取各種措施避開(kāi)不平衡電流的影響，在滿足選擇性的條件下，還要保證在內(nèi)部故障時(shí)有足夠的靈敏系數(shù)和速動(dòng)性。

采用差動(dòng)繼電器作保護(hù)的測(cè)量元件，用來(lái)比較被保護(hù)元件各端電流的大小和相位之差，從而判斷保護(hù)區(qū)內(nèi)是否發(fā)生短路。

2.3 變壓器過(guò)流保護(hù)

過(guò)電流保護(hù)為外部及內(nèi)部相間故障的后備保護(hù)，在高、中、低壓三側(cè)分別裝設(shè)。35kV側(cè)的過(guò)流保護(hù)有兩套：①帶方向元件的，采用了兩相不完全星形接線，為外部短路的后備保護(hù)；②不帶方向元件的，采用兩相三繼電器式接線，為內(nèi)部短路時(shí)的后備保護(hù)；它們共用了一套復(fù)合電壓起動(dòng)元件。全部保護(hù)由復(fù)合電壓元件，電流繼電器、中間繼電器、功率方向繼電器以及時(shí)間繼電器和信號(hào)繼電器等組成。當(dāng)在35kV側(cè)母線或引出線上發(fā)生相間短路時(shí)，帶方向元件的過(guò)流保護(hù)動(dòng)作，使時(shí)間繼電器動(dòng)作，以較小的時(shí)限斷開(kāi)35kV的母聯(lián)短路器。如果故障仍然存在，則以較長(zhǎng)的時(shí)限斷開(kāi)35kV側(cè)斷路器的2DL。當(dāng)在變壓器內(nèi)部發(fā)生故障時(shí)，帶方向元件的變保護(hù)出口繼電器BCJ將三側(cè)短路器全部切除。6～10kV側(cè)的過(guò)流保護(hù)采用兩相不完全星形接線，由電流繼電器、時(shí)間繼電器及信號(hào)繼電器組成。保護(hù)設(shè)有兩段時(shí)限，以較小的時(shí)限使6～10kV母線分段斷路器跳閘，以較長(zhǎng)時(shí)限跳開(kāi)變壓器6～10kV側(cè)斷路器的3DL。

2.4 變壓器過(guò)負(fù)荷保護(hù)

變壓器的過(guò)負(fù)荷電流，在大多數(shù)情況下，都是三相對(duì)稱的，故過(guò)負(fù)荷保護(hù)只要接入一相電流，電流繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn)并進(jìn)過(guò)一定的延時(shí)作用于信號(hào)。對(duì)于400kVA及以上的變壓器，當(dāng)臺(tái)數(shù)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(guò)負(fù)荷的情況裝設(shè)過(guò)負(fù)荷保護(hù)。在無(wú)經(jīng)常值班人員的變電所，必要時(shí)過(guò)負(fù)荷保護(hù)可動(dòng)作于跳閘或斷開(kāi)部分負(fù)荷。

2.5 變壓器零序電流保護(hù)

利用接地時(shí)產(chǎn)生的零序電流使保護(hù)動(dòng)作的裝置，叫零序電流保護(hù)。將零序電流互感器套地三芯電纜上，電流繼電器接在互感器的二次線圈上，在正常運(yùn)行或無(wú)接地故障時(shí)，由于電纜三相電流的向量之和等于零，零序互感器二次線圈的電流也為零（只有很小的不平衡電流），故電流繼電器不動(dòng)作。當(dāng)發(fā)生接地故障時(shí)，零序互感器二次線圈將出現(xiàn)較大的電流，使電流繼電器動(dòng)作，以便發(fā)出信號(hào)或切除故障。

2.6 變壓器過(guò)勵(lì)磁保護(hù)

目前在大型變壓器保護(hù)設(shè)計(jì)中，為了減少運(yùn)輸重量，降低造價(jià)，節(jié)省材料，鐵心的額定工作磁通密度都設(shè)計(jì)得較高，約在1.7～1.8T，接近飽和磁密（1.9～2T），因此在過(guò)電壓情況下，很容易產(chǎn)生過(guò)勵(lì)磁。其次由于勵(lì)磁電流是非正弦波，含有許多高次諧波分量，而鐵心和其他金屬構(gòu)件的渦流損耗與頻率的平方成正比，可能使變壓器損壞。因此，高壓側(cè)為500kV的變壓器宜裝設(shè)過(guò)勵(lì)磁保護(hù)。

3 結(jié)語(yǔ)

可以預(yù)見(jiàn)，隨著新原理、新技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用，變壓器故障的幾率會(huì)越來(lái)越小，變壓器保護(hù)的功能將越來(lái)越完善，變壓器運(yùn)行的可靠性也將越來(lái)越可靠。

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2016-7-9