电力变压器的保护

电力变压器的保护
变电所内的电力变压器是供电系统中的关键设备，一旦损坏将造成很大损失。

因此，必须装设保护装置,保护装置的功能是使运行的变压器故障损失降到最小。

可能损坏运行变压器的状态分两类：故障状态和不正常工作状态,不正常工作状态通常采用告警提示允许变压器短时间内继续运行;故障状态为防止变压器进一步损坏，要求跳闸动作使变压器脱离电源。

由故障位置分,可分为变压器内部故障和外部故障两种。

变压器的内部故障主要有绕组的单相匝间（层间）短路、相间短路和接地（外壳）短路。

由于故障点在变压器内部，短路电流产生的电弧可能损坏绕组绝缘，烧坏铁心,甚至造成更大的损坏事故；变压器常见的外部故障是出线端绝缘套管的故障导致相间短路或接地短路。

变压器的不正常工作状态有：由于线路短路或用户过负荷而引起的过电流，以及漏油或及其它原因造成油面的过度降低和温度升高等，变压器不必立即切除脱离电源的工况.
根据变压器不正常运行状态种类不同,变压器保护装置设下列。

(1)瓦斯保护它能反应(油浸式)变压器油箱内部故障和油面降低，瞬时动作于信号或跳闸.
（2）差动保护或电流速断保护它能反应变压器内部故障和引出线的相间短路、接地短路，瞬时动作于跳闸。

(3）过电流保护它能反应变压器外部短路而引起的过电流，带时限动作于跳闸，可作为上述保护的后备保护。

（4）过负荷保护它能反应过载而引起的过电流。

一般作用于信号.
（5）温度信号它能反应变压器温度升高和油冷却系统的故障。

一、变压器的瓦斯保护
油浸式变压器容量在315kV·A以上的户内安装的变压器和800kV·A以上的户外变压器都应装设瓦斯保护。

瓦斯继电保护的主要元件是瓦斯继电器，它装设在变压器的油箱与油枕之间的联通管上,如图5－19a)、图5－19b）为FJ3－80型瓦斯继电器的结构示意图.
变压器正常工作时，瓦斯继电器的上下油杯中都充满油，油杯因平衡锤的作用使其触点都断开。

当油箱出现漏油或内部发生轻微故障瓦斯气体使油面下降时，因上油杯内有剩油,其重力矩大于平衡锤的力矩，使上触点接通，发出报警信号，这就是轻瓦斯动作信号。

当变压器油箱内部发生严重故障时，故障产生的气体很多,带动油流迅猛地由变压器油箱通过联通管进入油枕,油流经过瓦斯继电器时,冲击挡板，使下油杯降落，下触点接通,直接动作于跳闸。

这就是重瓦斯动作.
瓦斯继电器只能反映变压器内部的故障，包括漏油、漏气、绕组相间、匝间、层间短路等，而对变压器外部端子上的故障无法反映。

因此，除设置瓦斯保护外，还需设置过流、速断或差动等保护装置。

二、变压器过电流保护和电流速断保护
变压器外部相间短路引起的过电流，保护装置经设定的时限后动作于跳闸，即定时限过电流保护。

过电流保护装置动作跳闸要满足两个条件1）过电流值达到或超过设定值；2）过电流保护动作的时间到达设定时间.如果过电流保护的动作时间设定为0。

5s，过电流值持
续0。

5s都到达或超过电流设定值，則故障跳闸，变压器迅速地被切除脱离电源系统。

由第
四章知，变压器的阻抗较大不同短路点的短路电流不同，通常需增设电流速断或差动保护。

由于过电流保护装置装设在电源侧，因而能保护变压器外部故障，可作为变压器内部故障的后备保护。

变压器的过电流保护和电流速断保护的整定原则与线路保护的整定原则相同。

由于降压变压器绕组结线方式不同,低压侧发生短路故障时，不同类型的故障反映到高
压侧的电流不同，另外，采集电流信息的电流互感器一般采用不同的结线方式,所以流过保护继电器的电流也不相同。

这些都将影响变压器保护装置电流的参数计算。

图5—20为Dynll结线配电变压器低压侧发生a、b相间短路时，高低压侧故障电流的分布和电流相量图(设变压器电压比为1)通过对电流相量图的分析知，变压器低压侧a、b相间短路时，流过变压器高压侧A、C相的故障电流为，且方向相同。

而B相流过的故障电流为.由灵敏度计算式知：
1)当电流互感器采用非全星形结线，由于A、C相都流过较小的故障电流，因此灵敏度较低.
2)当电流互感器采用全星形结线或两相三继电器结线，则总有一个继电器流过的故障电流为，因此这种结线比非全星形结线灵敏度高。

3)若电流互感器采用两相电流差结线，此时通过继电器的故障电流为零，保护装置不动作.
三、变压器的过负荷保护
互为备用的变压器或工作中有可能过负荷的变压器一般要装设过负荷保护。

由于过负荷电流通常是三相对称的，因此过负荷保护的电流继电器装于某相中，保护装置作用于信号。

过负荷动作时限为（l0~15）s.
变压器过负荷保护的动作电流：
（5－24)
式中INT 变压器的额定电流;
kk 可靠系数，一般可取l。

05;
kfh 返回系数，DL型取0。

85;
kTA 电流互感器变流比。

四、变压器的差动保护
容量在10000kV·A及以上单独运行的变压器或两台并列运行、单台容量在6300kV·A 以上的变压器或电流速断保护灵敏度不能满足时，应装设差动保护装置。

1、变压器差动保护的基本原理
差动保护用于保护变压器内部故障及引出线和绝缘套管
外的相间短路故障，保护范围在变压器两侧的电流互感器之间.
图5－22是变压器差动保护原理接线图。

在差动保护的保护范围外发生短路，例如k－1点, 和虽然比正常运行时的数值大许多，但由于二者大小相位都相同,流入继电器KA 的电流，继电器KA不动作.而当差动保护区内发生短路时，例如k－2点，变压器二次侧＝0，流入继电器KA的电流,超过继电器KA整定的动作电流,继电器KA瞬时动作,在继电器KM、断路器QF跳闸作用下，短路故障被切除，信号继电器KS发出跳闸信号。

2。

、变压器差动保护中的不平衡电流及对策
由于变压器两边绕组接线方式不同及变比不同，电流有数
值大小和相位差，从而产生不平衡电流。

如工厂总降压所的主变压器采用Y，d11的联结组，变压器两边电流有30°的相位差。

因此，要消除差动回路中相位差引起的不平衡电流,需将装设在变压器丫侧的电流互感器接成Δ，而变压器Δ侧的电流互感器接成丫型，如图5－23所示。

由于变压器和电流互感器的变比各有等级规格，不太可能使两个变比完全配合恰当,
因而不太可能使差动回路中不平衡电流为零。

为消除这一不平衡电流,可以在电流互感器二次回路接入自耦电流互感器进行平衡调节,或专门的差动继电器中的平衡线圈实现平衡。

除上述引起不平衡电流主要原因外，如变压器的激磁涌流、运行中变压器分接头电压的调节、变压器两侧电流互感器的型式和特性差异、互
感器饱和程度等都会引起不平衡电流。

变压器差动保护中出现不平衡电流的原因是多方面的，通常在设法减小不平衡电流的基础上，在整定动作电流时躲过该不平衡电流.变压器差动保护的动作电流应大于以下几方面引起的不平衡电流：
（1）变压器差动保护区外短路时的最大不平衡电流；
（2)变压器空载投入或突然加上电压时的激磁涌流；
(3)电流互感器二次回路发生断线时，差动保护不能动作。