变压器的保护配置

电力变压器的保护配置

随着企业的快速发展，供电可靠性的要求不断提高，变压器的安全运行更是必不可少的条件。而合理可靠的保护配置是变压器安全运行的必备条件。现代生产的变压器，虽然在设计和材料方面有所改进，结构上比较可靠，相对于输电线路和发电机来说，变压器故障机会也比较少，但在实际运行中，仍有可能发生备种类型的故障和异常运行情况，这会对供电可靠性和系统的正常运行带来严重影响。为了满足电力系统稳定方面的要求，当变压器发生故障时，要求保护装置快速切除故障。

第一章电力变压器的故障及不正常工作状态

（一）变压器的故障

变压器的故障可以分为油箱外和油箱内两种故障。油箱外的故障，主要是套管和引出线上发生的相间短路和接地短路。油箱内的故障包括绕组的相间短路、接地短路、匝间短路以及铁芯的烧损等。油箱内故障时产生的电弧，不仅会损坏绕组的绝缘、烧毁铁芯，而且由于绝缘材料和变压器油因受热分解而产生大量气体，有可能引起变压器油箱的爆炸。因此，当变压器发生各种故障时，保护装置应能尽快的将变压器切除。实践表明，变压器套管和引出线上的相间短路、接地短路、绕组的匝间短路是比较常见的故障形式，而变压器油箱内发生相间短路的情况比较少。

（二）变压器的不正常运行状态

变压器的不正常运行状态主要有变压器外部短路和过负荷引起的过电流；中性点直接接地电力网中，外部接地短路引起的过电流及中性点过电压；风扇故障或漏油等原因引起冷却能力的下降等。这些不正常运行状态会使绕组和铁芯过热。大容量变压器在过电压或低频率等异常运行工况下会使变压器过励磁，引起铁芯和其他金属构件过热。变压器处于不正常运行状态时，继电保护应根据其严重程度，发出告警信号，使运行人员及时发现并采取相应的措施，以确保变压器

的安全。

第二章变压器的保护配置

电力变压器油箱内故障时，除了变压器各侧电流、电压变化外，油箱内的油、气、温度等非电量也会发生变化。因此，变压器的保护分电量保护和非电量保护两种。非电量保护装设在变压器内部。线路保护中采用的许多保护如过流保护、纵差动保护等在变压器的电量保护中都有应用，但在配置上有区别。

根据规程规定，变压器一般应装设下列保护：

（一）瓦斯保护

规程规定对于容量为800kV·A及以上的油浸式变压器和400kV·A及以上的车间内油浸式变压器，应装设瓦斯保护。

瓦斯保护是反应油浸式变压器内部故障的一种保护装置。当油浸式变压器油箱内部发生故障时，在故障电流和电弧的作用下，变压器油和其他绝缘材料会受热而分解，产生气体，这些气体从油箱流向油枕的上部，故障越严重，产生的气体就越多，流向油枕的气流速度也越快，利用这种气体来动作的保护装置，称为瓦斯保护。

瓦斯保护的主要元件是气体继电器，它安装在油箱与油枕之间的连接管道上。气体继电器是变压器的一种保护用组件，当变压器内部有故障，而使油分解产生气体或造成油流冲击时，继电器的触点动作，给出信号或者使断路器跳闸，使变压器退出运行。为了不妨碍气体的流通，通往继电器的连接管道应有2%~4%的坡度。以开口杯挡板式气体继电器为例：正常运行时，上、下开口杯都浸在油中，上、下触点均断开。当油箱内部发生轻微故障时，少量的气体上升后逐渐聚集在继电器的上部，迫使油面下降，使上开口杯漏出油面。由于浮力减少，在重力作用下开口杯顺时针方向转动，使上触点闭合发出“轻瓦斯”保护动作信号。当油箱内部发生严重故障时，大量气体和油流直接冲击挡板，使下开口杯顺时针方向转动，带动下触点闭合，发出跳闸脉冲，表示“重瓦斯”保护动作。当变压器出现严重漏油而使油面逐渐降低时，首先是上开口杯露出油面，发出报警信号，

然后下开口杯露出油面，发出跳闸脉冲。上触点表示“轻瓦斯动作”，动作后经延时发出报警信号。下触点表示“重瓦斯动作”，动作后启动变压器保护的总出口继电器，使断路器跳闸。当油箱内部发生严重故障时，由于油流的不稳定性可能造成触点的抖动，此时为使断路器能可靠跳闸，应选用具有电流自保持线圈的出口中间继电器，动作后由断路器的辅助触点来解除出口回路的自保持。此外，为防止变压器换油或进行试验时引起重瓦斯保护误动作跳闸，可利用切换片将跳闸回路切换到信号回路。

瓦斯保护的主要优点是动作迅速、灵敏度高、安装接线简单、能反应油箱内部发生的各种故障（如绕组轻微的匝间短路、铁芯烧损等）。其缺点是不能反应油箱以外的套管及引出线等部位上发生的故障（如变压器绝缘子闪络等）。因此瓦斯保护可作为变压器的主保护之一，需要与纵联差动保护相互配合、相互补充，才能够实现快速而灵敏的切除变压器油箱内、外及引出线上发生的各种故障。

（二）纵差动保护和电流速断保护

对于容量为6300kV·A及以上的变压器，以及发电厂厂用变压器和并列运行的变压器，10000kV·A及以上的发电厂厂用备用变压器和单独运行的变压器，应装设纵差动保护。对于容量为10000kV·A以下的变压器，当后备保护的动作时限大于0.5s时，应装设电流速断保护。对2000k V·A以上的变压器，当电流速断保护的灵敏性不能满足要求时，也应装设纵差动保护。

1纵差动保护

（1）纵差动保护基本原理

纵差动保护，是由比较被保护元件两侧电流的大小和相位而构成的。以图1所示双侧电源供电的短线路为例，简要说明纵差动保护的基本原理。

设线路两端装设特性及变比完全相同的电流互感器，两侧电流互感器一次回路的正极性均放在母线的一侧，将二次回路的同极性端子相连接后，在电流互感器的二次端子上接入差动继电器。

I

k1

图1-1正常运行及外部短路 图1-2内部短路

当正常运行及保护范围外部故障时（如图1-1所示k1点短路），两侧电流互感器一次侧流过的两个电流相等。即I Ⅰ=I Ⅱ。假定两侧电流互感器变比相同（均

为k TA ），在忽略互感器的励磁电流的理想情况下，二次侧的两个电流I I2和I II2大小也相等，此时流入差动继电器的电流为零，即

0)(12I2=-=-=II I TA

II k I I k I I I 当线路内部故障时，如图1-2所示k2点短路，流入继电器的电流为

TA

k II k k I I I I 22I2=+= 式中:I k2为短路点的总电流，当I k ≥I op 时，继电器立即动作，跳开线路两侧断路

器。

实际上，由于两侧电流互感器总会存在励磁电流I m ，且励磁特性不可能完全

相同，所以在正常运行及外部故障时，流过差动继电器的电流不为零，而存在一个不平衡电流I dsp 。为了保证纵差动保护动作的选择性，差动继电器的动作电流

必须躲过外部短路时出现的最大不平衡电流。不平衡电流的存在会使继电器的动作电流增大，降低内部故障时纵差动保护的灵敏度，因此要尽量减小不平衡电流，这是所有差动保护必须解决的问题。

（2）变压器的纵差动保护

图2为双绕组变压器的纵差动保护的原

理接线。由于变压器高压侧和低压侧的电流

I I1和I II1是不相等的，为使变压器正常运行及

I I