继电保护 第7章变压器保护

第七章变压器保护第一节概述一、电力变压器的故障和继电保护的设置变压器在电力系统中使用非常普遍而且占有十分重要的地位。

如果变压器发生故障和处于不正常运行状态，将会给系统运行和安全供电带来严重的后果，所以有必要根据变压器的电压等级、容量和重要成度装设专用的继电保护装置。

变压器可能发生的故障一般分为变压器箱体内部故障和箱体外部故障两大类。

箱体内部故障主要有：变压器绕组的相间短路、绕组内的层间或匝间短路，单相接地短路故障。

这些故障对供用电系统及其设备会产生很大的危害，短路电流产生的电弧会破坏绕组的绝缘，烧毁铁芯，电弧还会使绝缘材料和变压器油受热分解产生大量气体，可能导致密闭的变压器油箱因气体迅速膨胀而爆炸。

箱体外部故障主要是：引出线绝缘套管的故障，它可能引起引出线的相间短路或对变压器外壳的接地短路。

由于变压器的故障，危及供用电系统的安全运行和供电的可靠性，所以应装设动作于跳闸的继电保护装置。

变压器的不正常运行状态有：外部短路或过负荷所引起的绕组中过电流、油面降低，电压升高等。

长时间的不正常运行状态会使变压器的温度升高、绝缘老化、寿命缩短，甚至会引起故障，因此，应装设动作于信号或跳闸的继电保护装置：二、继电保护的设置根据以上情况分析，变压器一般应装设下列继电保护装置：（1）瓦斯保护。

变压器箱体内部故障的保护，即箱体内发生故障伴随油分解产生气体或变压器油面不论任何原因下降时，瓦斯保护动作。

轻瓦斯保护动作于信号，重瓦斯保护动作于变压器的断路器跳闸。

瓦斯保护一般装设在容量为800千伏安及以上的变压器上。

（2）电流速断保护。

变压器套管处及变压器箱体内部故障的保护，即变压器发生故障引起绕组电流突然增大时，电流速断保护动作。

电流速断保护一般装设在容量为10000千伏安以下单台运行的变压器和容量在6300千伏安以下并列运行的变压器上，动作于变压器的断路器跳闸。

（3）纵联差动保护。

变压器套管处及变压器箱体内部故障的保护，即变压器发生故障时，引起绕组电流变化，纵联差动保护动作。

纵联差动保护一般装设在容量为10000千伏安以上单台运行的变压器和容量在6300千伏安以上并列运行的变压器上，动作于变压器的断路器跳闸。

（4）过电流保护。

变压器套管处及变压器箱体内部故障时作为瓦斯保护、电流速断保护（或纵联差动保护）的后备保护，即变压器发生故障引起绕组电流增大，或瓦斯保护、电流速断保护（或纵联差动保护）拒动时，过电流保护动作于变压器的断路器跳闸。

（5）过负荷保护。

防止变压器对称过负荷的保护，即各种原因（如单台运行变压器在备用电源自动投入时）使变压器对称过负荷时，过负荷保护动作。

过负荷保护一般装设在可能出现对称过负荷的变压器上，只接于某一相电流中并作用于信号。

在无人值守的变电站，过负荷保护可动作于变压器的断路器跳闸。

（6）温度信号装置。

为了监视变压器的上层油温不超过85 ℃，一般装设温度信号装置,当温度信号装置动作时，可发出信号或自动开起变压器冷却风扇。

第二节变压器的瓦斯保护一、瓦斯保护的作用油浸式变压器是利用变压器油作为绝缘和冷却介质的，变压器箱体内部故障时，短路电流产生的电弧或内部某些部件发热时，使绝缘材料和变压器油分解产生大量气体。

利用这些气体轻而上升油面下降和气体存在压力的特点来动作的保护装置，称为瓦斯保护。

瓦斯保护在变压器箱体内部故障时，有着独特的、其它保护所不具备的优点，如绕组匝间短路和严重漏油。

绕组匝间短路，将在短路的线匝内产生环流，使绕组和铁芯局部发热，绝缘老化甚至损坏，发展为各种严重的短路故障，这时变压器箱体外电路中因绕组匝间短路而产生的电流值不足以使其它保护动作，只有瓦斯保护能够灵敏动作发出信号或跳闸。

所以变压器的瓦斯保护是不能被取代的变压器内部故障的主要保护装置，它和电流速断保护（或差动保护）相辅相成，共同作为变压器的主保护。

瓦斯保护最主要的元件是瓦斯继电器。

二、瓦斯继电器瓦斯继电器安装在变压器油箱与油枕之间的连通管道中，变压器箱体内部故障时，绝缘材料和变压器油受热产生的大量气体都要通过瓦斯继电器流向油枕。

为了保证变压器故障时产生的气体无阻地通到油枕，防止空气泡积存在变压器顶盖下面，变压器安装时应有一些倾斜，使变压器顶盖沿油枕方向有1%～1.5%的升高坡度，由变压器到油枕有2%～4%的升高坡度，如图7-1所示。

初期的瓦斯继电器是上、下均为金属浮筒和水银触点的结构，利用故障时变压器油液面下降，浮在液面的上金属浮筒移动使水银触点接通，发出信号或跳闸。

缺点是水银触点性能较差，金属浮筒容易漏油，影响动作的可靠性。

现在我国采用的瓦斯继电器，主要有双开口杯式（FJ 3-80型）和开口杯挡板式（QJ 1-80 型）瓦斯继电器两种结构型式。

1、双开口杯式（FJ 3-80型）瓦斯继电器如图7-2所示为FJ 3-80型复合式瓦斯继电器，由上下两个开口杯1和2、两个平衡锤4、两个磁力干簧触点3、支架7和挡板8等组成。

正常时两个开口杯1和2都浸在油里，开口杯及附件重量产生的力矩小于平衡锤4重量所产生的力矩，永久磁铁10距磁力干簧触点3较远，磁力干簧触点3是断开的，瓦斯继电器不动作。

当油箱内轻微短路时，电弧使油产生的气体顺着油箱顶班进入连通管，聚集在瓦斯继电器上部，迫使油面下降，上开口杯（包括杯中的油）与附件在空气中重量产生的力矩大于平衡锤4重量所产生的力矩，上开口杯顺时针下降，使上永久磁铁10靠近上磁力干簧触点3。

当气体的体积达到250～300cm 3时，磁力干簧触点3接通，发出信号，此动作称为轻瓦斯动作。

当油箱内部发生严重短路时，大电弧使绝缘油迅速裂解产生气体，导致油箱内容物剧烈膨胀，当油气流图7-1 瓦斯继电器安装1-瓦斯继电器；2-油枕图7-2 FJ 3-80 型复合式瓦斯继电器?7-3 QJ 1-80?????????的流速大到0.7~1.2m/s, 下磁力干簧触点3闭合,发出重瓦斯跳闸脉冲。

2、开口杯挡板式（QJ1-80 型）瓦斯继电器如图7-3所示为QJ1-80型复合式瓦斯继电器，主要使用在大型变压器和强迫油循环变压器的保护上，具有较大流速整定范围。

为了提高抗干扰能力，重瓦斯部分采用双干簧触点串联引出。

其工作原理是：正常运行时开口杯5 浸在油里，其外壳（不包括油杯内的油）和附件在油内的重量所产生的力矩，比平衡锤6 所产生的力矩小，开口油杯5 处于向上倾斜位置，与开口杯固定在一起的永久磁铁4位于磁力干簧触点15的上方，磁力干簧触点15可靠地处于断开位置。

当变压器油箱内部发生轻微故障时，产生的气体聚集在继电器的上部，迫使继电器内油面下降则开口油杯5及附件在空气中的重量加上油杯内油重所产生的力矩，超过平衡锤6 所产生的力矩，使油杯5 随着油面的降低而下沉，带动永久磁铁4下降，当永久磁铁4靠近磁力干簧触点15时，磁力干簧触点15闭合，发出轻瓦斯动作信号。

当变压器油箱内部发生严重故障时，大电弧使变压器油分解而产生大量的气体，强大的气流伴随油流冲击挡板10。

当油流速度达到整定值时，挡板10被冲到限定位置，永久磁铁11靠近磁力干簧触点13，触点闭合发出重瓦斯跳闸脉冲。

当变压器严重漏油使油面降低时，开口杯5下降到一定位置磁力干簧触点15闭合，也会发出轻瓦斯动作信号。

这两种瓦斯继电器使用开口杯克服了初期瓦斯继电器浮桶漏油的缺点，磁力干簧触点抗振性也非常好，但是在使用过程中应注意：磁力干簧触点容量较小，触点负载不能过大；干簧触点易受外界磁场的影响及永久磁铁所处温度不能过高以免退磁等。

三、瓦斯保护的接线瓦斯保护的原理接线如图7-4所示。

KG为瓦斯继电器，轻瓦斯保护动作后经信号继电器1KS发出信号，重瓦斯保护动作于变Array压器的断路器1QF、2QF跳闸，并经信号继电器2KS发出跳闸信号。

因为瓦斯保护是根据气体量和油流速度而动作，所以瓦斯保护不仅在变压器箱体内部发生故障和危险的不正常情况时动作，而且不论任何原因在变压器箱体内部出现图 7-4 瓦斯保护的原理接线空气和油的冲击流动时也会动作。

因此在变压器充油或修理后重新灌油时，空气可能进入油箱内部，当变压器投入运行带负荷后，油温逐步上升，随之油中的空气受热上升进入瓦斯继电器，可能使轻瓦斯保护动作，当流速较大时重瓦斯保护也可能动作跳闸，使变压器退出运行。

为防止这种误动，采用切换片2XB将重瓦斯保护切换至作用于信号，直至不再有空气逸出为止，大约需要两至三天。

必须注意：在瓦斯继电器试验时也应切换至号。

重瓦斯保护是油流或气流冲击挡板转动一定角度而使触点闭合，但是这种冲击不恒定，时通时断，为了使触点保持闭合，保证断路器可靠跳闸，出口中间继电器KCO应有自保持回路。

四、瓦斯保护的整定1、轻瓦斯触点动作的整定。

改变开口杯一侧平衡锤的位置，可在250～300cm3的范围内调节信号触点动作的气体体积。

容量在10MV A以上的变压器,一般正常整定值为250cm3。

2、重瓦斯触点动作的整定。

调整挡板位置，即改变弹簧9的长度，可在0.6~1.5m/s范围内调整跳闸触点动作的油速，一般出厂时调节在1.2 m/s 。

瓦斯保护结构简单，动作迅速，灵敏度高，但是当变压器箱体外部发生故障时，须由电流速断保护或差动保护这些主保护才能切除故障。

第三节变压器的电流速断保护单台运行容量小于10000KV A、并列运行容量小于6300KV A的变压器，当过电流保护动断保护切除变压器箱体外部发生的故障。

电流速断保护应装设在变压器的电源侧，对于35KV及以下中性点不接地系统的变压器电流速断保护，其电流继电器可只装在A、C两相上，构成两相三继电器式接线，其单相原理接线如图7-5所示。

一、电流速断保护的整定1、电流速断保护整定时，动作电流应躲开变压器低压侧k1点短路，即I OP= K k I k.max式中K k—可靠系数，取1.2 ～1.3。

I k.max—变压器低压侧母线k1点短路时的最大短路电流。

2、动作电流还应躲开变压器的厉磁涌流，根据实践经验，一般取I op =（3～5）I N式中 I N — 变压器的额定电流。

3、电流速断保护校验灵敏度时，应取保护安装处k 2点短路时的最小短路电流，要求二、电流速断保护的校验2min.≥=OPk sen I I K 变压器的电流速断保护动作值较高，因此电流速断保护只能保护电源侧变压器引出线和变压器绕组的一部分。

但与瓦斯保护及过电流保护配合，可以保证对中小容量变压器的保护。

当电流速断保护校验灵敏度不满足要求时，也可以和10000 kV A 及以上大容量变压器一样，采用差动保护。

第四节 变压器的差动保护变压器差动保护能够保护变压器绕组内部及其引出线上发生的短路故障。

双绕组变压器差动保护原理接线如图7-6所示，变压器差动保护的原理与输电线路的差图7-6 Y,d11图图图图图图图图图图图图图图图图a 图图图图图图图图图图图图b 图图图图图图Y Y B I CI Y 'BI Y 'C I Y Y 'A I I c I ∆bcI ∆'bI ∆I (a)(b)动保护基本相同，电流互感器采用减极性标注，在变压器的高压与中压侧均规定一次电流流向变压器为方向，在变压器的低压侧规定一次电流流出变压器为正方向，变压器两侧的电流互感器二次按环流法连接。