浅谈几种电力变压器故障及其保护

摘要:电力变压器是电力系统中非常重要的电气设备之一,本文首先针对电力变压器可能发生的各种故障和不正常的运行状态进行分析,然后对电力变压器微机保护进行了介绍。

关键词:电力变压器 故障 保护

电力系统中变压器的安全运行对于保证电力系统的正常运行和对供电的可靠性,以及电能质量起着决定性的作用,同时大容量电力变压器的造价也十分昂贵。因此,做好电力变压器的故障分析与保护工作特别重要。

变压器的内部故障可分为油箱内故障和油箱外故障两类。引起变压器内部故障的主要原因是,相问短路、绕组匝间短路及单相接地短路。发生内部故障是很危险的,因为短路电流产生电弧不仅会烧坏绕组及绕组的绝缘,烧坏铁心,而且由于绝缘材料和变压器油受热分解而产生大量气体,还可能导致变压器油箱爆炸。油箱外故障主要是套管和引出线上发生的相间短路和接地短路。电力变压器不正常的运行状态主要有外部相间短路、接地短路引起的相间过电流和零序过电流,负荷超过其额定容量引起的过负荷、油箱漏油引起的油面降低,以及过电压、过励磁等。为了保证电力变压器的安全运行,应在电力变压器装设必要的保护。

1 瓦斯保护

瓦斯保护的核心元件是气体继电器,它安装在油箱与油枕的连接管道中。根据物体的物理特性,热的气流和油流在密闭的油箱内向上冲,为了保证气流和油流能顺利通过气体继电器,安装时应注意,变压器顶盖与水平面应有一定的坡度,连接管道也应有合适的坡度。

变压器的瓦斯保护的保护范围是:变压器内部多相短路、匝间短路,匝间与铁心或外壳短路、铁心故障(发热烧损)和油面下降或漏油等。瓦斯保护的主要优点是灵敏度高、动作迅速、简单经济。当变压器内部发生严重漏油或匝数很少的匝间短路时,往往纵差动保护与其他保护不能反应,而瓦斯保护却能反映(这也正是纵联差动保护不能代替瓦斯保护的原因)。但是瓦斯保护只反映变压器油箱内的故障,不能反映油箱外套管与断路器间引出线上的故障,因此它也不能作为变压器惟一的主保护。通常气体继电器需和纵联差动保护配合共同作为变压器的主保护。

2 纵差保护或电流速断保护

变压器的纵联差动保护用来反映变压器绕组、引出线及套管上的各种短路故障,是变压器的主保护。纵联差动保护是按比较被保护的变压器两侧电流的大小和相位的原理实现的。对差动保护电路,应要求它能灵敏、迅速地切除故障变压器,而且不能误动。为保证差动保护的功能,于差动保护的最小动作电流发生矛盾,为此现做下分析以解

决差动保护的可靠性和灵敏度的矛盾。(1)为了提高保护灵敏度,保护变压器内部匝间短路,希望最小动作电流很小。(2)为了保护外部故障时不误动作,整定的动作电流就要大于外部故障时的最大不平衡电流,这就要求增大最小动作电流。(3)空载投入变压器或切除外部故障后恢复电压的过程中,变压器的励磁涌流可高达额定电流的6～8倍以上。为了躲过励磁涌流,还要求最小动作电流大于励磁涌流,或将纵差保护延时来躲过励磁涌流,但这两种方法无法满足差动保护的灵敏性和速动性的要求,显然不可取。为了解决以上矛盾,采用瞬动元件,防止较大内部故障短路电流所造成的拒动；采用比率制动回路,防止变压器外部故障时不平衡电流造成的误动。具有比率制动特性的差动保护,当外部故障时,以外部短路电流作为制动电流,以外部短路电流引起的不平衡电流作为动作电流,所以继电器不会误动作。采用谐波制动回路,防止变压器空载投入或切除外部故障后电压恢复时的励磁涌流造成的误动。励磁涌流波形中含有很大的非周期分量,它偏于时间轴的一方,衰减比较迅速。这种波形是由于稳定磁通随着电源电压变化,非周期分量磁通又随时间迅速急减而形成的。带有速饱和变流器的差动继电器就是利用励磁涌流这一特点制成的。

对于容量较小的变压器,当其过电流保护的动作时限大于0.5s时,可在电源侧装设电流速断保护。它与瓦斯保护配合,以反映变压器绕组及变压器电源侧的引出线套管上的各种故障。电流速断保护具有接线简单、动作迅速等优点,能瞬时切除变压器电源侧引出线和套管,以及变压器内部部分线圈的故障。它的缺点是不能保护电力变压器的整

个范围,当系统容量较小时,保护范围较小,灵敏度较难满足要求；在无电源的一例,套管到断路器一段故障不能反应,要靠相间短路的后备保护,切除故陷的时间较长,对系统安全运行不利；对于并列运行的变压器,负荷例故障时将由相间短路的后备保护无选择性地切除所有变压器。但变压器的电流速断保护与瓦斯保护,相间短路的后备保护配合较好,因此广泛应用于小容量变压器的保护中。

3 相间短路的后备保护和接地短路的零序保护

相间短路的后备保护用于反映外部相间短路引起的变压器过电流,同时作为瓦斯保护和纵差保护(或电流速断保护)的后备保护。相间短路的后备保护的型式较多,过电流保护和低电压起动的过电流保护,宜用于中、小容量的降压变压器。

变压器的零序电流保护、变压器间隙电流保护与变压器零序电压保护一起,构成了反映零序故障分量的变压器零序保护,是变压器后备保护中的重要组成部分。对于中性点直接接地系统中的变压器,应装设零序保护。变压器中性点直接接地运行,应装设零序电流保护；变压器断路器处零序电流保护只能对安装处母线两侧的故障进行区分,变压器中性点处的零序电流保护只能对变压器高压侧与低压侧故障进行区分。变压器中性点可能接地或不接地运行时,应装设零序电流、电压保护。

4 其他保护

变压器过励磁是运行中常遇到的现象。产生过励磁的原因很多。铁心中产生过励磁时会影响空载损耗会增加,同时噪声水平会增加,温升也会增加。高压侧电压为500kV及以上的变压器,对频率降低和电压升高而引起的变压器励磁电流升高,应装设变压器过励磁保护。

对于400kVA以上的变压器,当数台并列运行或单独运行并作为其他负荷的备用电源时,应装设过负荷保护。过负荷保护通常只装在一相,其动作时限较长,延时动作于发信号。过负荷保护的安装侧,应根据保护能反映变压器各侧绕组可能过负荷情况来选择。此外,对变压器温度和油箱内压力升高,以及冷却系统故障,按变压器现行标准要求,应装设相应的保护装置。

参考文献

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