广西变压器的主要保护及原理

电力变压器是电力系统中的重要电气设备，其广泛应用于不同电压等级的变电站中。电力变压器属于连续运行的静止设备，相对于输电线路和发电机来说，虽然运行比较可靠，发生故障机会较少，但是大部分变压器安装在户外，受自然条件影响大，还受到连接负荷和电力系统故障影响，特别是现代电力系统，越来越多的采用大容量电力变压器，电压等级高，造价昂贵，结构复杂，如果因故障而遭到损坏，将造成很大的经济损失。另外，变压器故障不仅影响供电可靠性，对电力系统稳定运行扰动也很大，影响范围大。
1、变压器的常见故障和异常
变压器的故障可分为内部故障和外部故障。
内部故障指的是本体内部故障是变压器油箱内发生的故障，它包括绕组间的相间短路、绕组或引线的单相接地短路及绕组的匝间短路，还有由于各种原因在变压器油中产生的间歇性电弧或局部过热，在发展过程中也可能引起各种故障。
外部故障指的是油箱外部引出线的各种相间短路或单相接地短路。变压器的故障，特别是内部故障电弧，不仅会损坏绕组绝缘、烧坏铁芯，还可能产生大量汽化气体，引起油箱爆炸。因此变压器发生故障时，保护装置应迅速将故障变压器切除。
广西变压器故障统计表

从上表看出变压器内部故障出现的概率占多数，变压器不正常工作状态主要包括:由于变压器外部相间短路引起的过电流，外部接地短路引起的过电流和中性点过电压，冷却系统故障和过负荷，大容量变压器在过电压和低频率等异常工况下的过励磁。变压器长时间不正常运行会造成绕组和铁芯过热以及绝缘损坏，保护应及时发出告警信号，并采取相应措施。故需要对变压器采取相应的保护措施规避一系列问题。
2、变压器保护的配置原则
(1)瓦斯保护:瓦斯保护用于反映并消除变压器油箱内部各种短路及油面降低。对于0.4MVA及以上车间内油浸式变压器和0.8MVA及以上油浸式变压器，均应装设瓦斯保护。带负荷调压变压器充油调压开关，亦应装设瓦斯保护。
(2)纵差动保护或电流速断保护:纵差动保护或电流速断保护作为变压器内部、套管及引出线短路故障的主保护。对于电压在10kV及以下、容量在10MVA及以下变压器采用电流速断保护。电压在10kV以上、容量在10MVA及以上变压器采用纵差动保护。对于10kV重要变压器，也可采用纵差动保护。而电压为220kV及以上变压器采用数字式保护时，应采用双重化保护配置(非电量保护除外)。
(3) 相间短路后备保护:反映外部相间短路引起的变压器过电流，并作为瓦斯保护和纵差动保护的后备，35kV~66kV及以下中小容量降压变压器宜采用过电流保护，110kV~500kV降压、升压和系统联络变压器宜采用复合电压起动的过电流保护或复合电流保护。
(4)接地短路后备保护:对110kV及以上中性点直接接地电网中各种变压器，当变压器中性点可能接地运行或不接地运行时，为反映外部单相接地短路引起的过电流，以及因失去接地中性点引起的变压器中性点升高，应装设相应的零序过电流保护和零序过电压保护。
(5)过负荷保护 :应装设反映变压器各侧绕组过负荷情况的过负荷保护
(6)过励磁保护:对于高压侧为330kV及以上电压等级的变压器，应装设过励磁保护。
(7)其它保护:应装设能够反映变压器油温、绕组温度及油箱内压力升高，或冷却系统故障的保护。
3.保护原理
(1).瓦斯保护:当变压器内部发生故障时，由于短路电流和短路点电弧的作用，变压器内部会产生大量气体，同时变压器油流速度加快，利用气体和油流来实现的保护称为瓦斯保护。
轻瓦斯保护:当变压器内部发生轻微故障或异常时，故障点局部过热，引起部分油膨胀，油内气体形成气泡进入气体继电器，轻瓦斯保护动作，发出轻瓦斯信号。
重瓦斯保护:当变压器油箱内发生严重故障时，故障电流较大，电弧使变压器油大量分解，产生大量气体和油流，冲击档板使重瓦斯继保护动作，发出重瓦斯信号并出口跳闸，切除变压器。
重瓦斯保护:是油箱内部故障的主保护，他能反映变压器内部的各种故障。当变压器发生少数匝间短路，虽然故障电流很大，但在差动保护中产生的差流可能并不大，差动保护可能拒动。因此对于变压器内部故障，需要依靠重瓦斯保护切除故障。
(2).变压器差动保护:变压器差动保护是变压器的主保护之一。通常其保护范围包括了各侧电流互感器以内区域，可以保护变压器绕组的相间短路、匝间短路、各侧引出线短路和中性点接地侧变压器绕组和引出线上的单相接地短路。然而与线路、发电机差动保护不同，变压器一般具有两个或更多个电压等级，变压器原副边电气量反映的是变压器各侧磁耦合关系，因此变压器差动保护不平衡电流产生的因素更多，特别是变压器励磁涌流、过励磁均对保护有影响，需要采取相应措施防止保护误动。
差动保护的动作量为差动电流，差动电流为变压器各侧电流相量和，变压器区内故障时，差动电流为流入故障点的电流，当差动电流大于保护的动作电流时，差动保护动作。在变压器正常运行和外部故障时，变压器各侧流入和流出的一次电流之和为零，保护不会动作。但变压器差动保护在实际正常运行和外部短路时，由于变压器各侧电流幅值和相位不同，以及励磁电流的存在，使得差动回路中稳态、暂态不平衡电流显著增加，从而造成影响差动保护动作行为的特殊问题。
(3).相间短路后备保护:作为电气主设备的继电保护，其基本功能是保证主设备的运行安全。变压器绕组的过电流是影响变压器安全的一个重要因素，当变压器外部短路故障长期未被切除(例如低压母线故障)，变压器将因较长时间通过短路大电流导致严重内部故障，甚至造成变压器的损坏。因此相间后备保护在每一侧配置一段不带方向元件的过电流保护，断开变压器各侧断路器，其定值独立整定，可以作为设备自身对内部及外部故障保护的最后一道防线，能够最终切除故障，从而保证设备和系统的安全。
(4). 接地短路后备保护:接地故障是电力系统的主要故障形式，对110kV及以上中性点直接接地电网连接的各种变压器，对外部单相接地短路引起的过电流，应装设接地短路后备保护。变压器接地故障的零序保护由零序过电流保护，零序过电压保护、间隙零序过电流保护构成。按照变压器中性点接地方式的不同，接地后备保护分别考虑如下:
1)变压器中性点直接接地的零序保护由两段式零序过电流保护构成，通常以较短时限动作于缩小故障范围，以较长时限动作于断开变压器各侧断路器。对自耦变压器和高、中压侧均接地的三绕组变压器，为满足选择性要求，可增设零序方向元件，方向指向各侧母线。
2)对于中性点可能接地运行或不接地运行的变压器，应配置两种接地保护。一种接地保护用于变压器中性点接地运行状态，通常设置两段式零序过流保护。另一种接地保护用于变压器中性点不接地运行状态，需按照变压器的不同情况分别考虑。
a) 全绝缘变压器。除了装设两段式零序过电流保护，以满足变压器中性点直接接地运行要求，还应增设零序过电压保护，以适应变压器所连接电力网失去接地中性点时出现中性点过电压的保护。
b) 分级绝缘变压器。中性点应装设放电间隙，可以对中性点绝缘薄弱部分起到过电压保护作用。此时，除了用于中性点直接接地运行变压器的两段式零序过电流保护外，还要增设反应间隙放电的零序电流保护和零序过电压保护，当变压器所接电力网失去接地中性点，又发生单相接地故障时，反应间隙放电的零序过电流保护和零序过电压保护动作，经短延时跳开变压器各侧断路器。两段式零序过流保护、零序过电压保护的整定同上。根据经验，间隙零序过电流保护其一次动作电流可取为100 。保护动作延时取0.3s。
(5). 过励磁保护:按照变压器的工作原理，变压器的工作磁密B与变压器外加电压U及其频率f具有以下关系:B=k(U/f)，式中k为常数。相对于额定值的电压升高和频率降低，将造成磁密超过额定工作磁密，出现过励磁现象。过励磁导致变压器铁芯的严重饱和，伴随产生过量的涡流损耗，使铁芯及附近的金属构件发热、绝缘老化，甚至损伤变压器。与系统并列运行的变压器在系统解列突然甩负荷时使变压器电压升高，或由铁磁谐振引起过电压，或由于误操作或变压器分接头调整不当，而大型变压器工作磁密较低，在这些情况下，均可造成变压器的过励磁，发电机变压器组中升压变压器，由于发电机低速运行或转速下降，导致频率较低，也会使变压器过励磁。
(6).其他保护
1)压力保护:压力保护也是变压器油箱内部故障的主保护。含压力释放和压力突变保护，用于反应变压器油的压力。
2)温度及油位保护:当变压器温度升高达到预警值，温度保护发出告警信号，并投入起动备用冷却器，当变压器漏油或由于其他原因使得油位降低是，油位保护动作，发出告警信号。
3)冷却器全停保护:当运行中的变压器冷却器全停时，变压器温度会升高，若不及时处理，可能会导致变压器绕组绝缘损坏。因此在变压器运行中冷却器全停时，该保护发出告警信号并经长延时切除变压器。

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