电力变压器非电量保护浅析

陈 浩，张 璐，郭 铁

（1.国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁 沈阳 110006；2.辽宁电力建设监理有限公司，辽宁 沈阳 110003）

电力变压器非电量保护浅析

陈 浩1，张 璐2，郭 铁1

（1.国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁 沈阳 110006；2.辽宁电力建设监理有限公司，辽宁 沈阳 110003）

介绍了瓦斯保护装置、压力释放阀保护装置和速动油压继电器保护装置3种非电量保护装置的保护原理及保护范围，3种非电量保护装置相互配合可将变压器故障控制在允许的范围内，有效保护变压器，避免故障扩大，减少损失。

电力变压器；非电量瓦斯保护装置；压力释放阀保护装置；速动油压继电器保护装置

电力变压器是变电站重要的电气设备之一，其安全运行直接关系到整个电力系统连续稳定运行。特别是大型变压器，造价高、结构复杂，因故障损坏，其修复难度大、修复时间长，在经济上将造成较大损失。因此，必须根据变压器的容量和重要程度装设性能良好、动作可靠的保护装置。为提高设备在运行过程中的可靠性，确保设备具有安全的运行环境，在大型电力变压器运行过程中设置2种保护，一种是电量保护，另一种是非电量保护。在变压器发生故障时，保护能及时正确动作，并快速将电源切断，不仅可防止电能与热能及化学能间的转换，还可防止由于温度过高出现油体积膨胀及绝缘物质分解［1］，减小故障范围，很好地对变压器进行保护，使损失降到最低。由于电量保护本身固有的特点，当故障在电量保护灵敏度或故障种类之外时，就必须依靠非电量保护来保证变压器的安全。

1 瓦斯保护装置

在变压器中瓦斯保护装置非常重要，是其内部故障的主要保护装置，该装置能对变压器匝间短路、层间短路、铁芯故障等一系列故障做出非常灵敏的反应。当油浸式变压器出现故障时，将出现大量电弧，该电弧作用在绝缘材料上，会使绝缘材料分解，这个过程会析出许多气体。瓦斯保护就是利用反应气体状态的瓦斯继电器对变压器进行保护，瓦斯继电器装在变压器储油柜和油箱之间的管道内，利用变压器内部故障使油分解产生气体或油流涌动时，使气体继电器的接点动作，接通指定的控制回路，并及时发出信号告警（轻瓦斯）或启动保护元件自动切除变压器（重瓦斯）［2］。

1.1 轻瓦斯保护

当变压器内部故障较轻或在故障初期，油箱内油被分解、气化，气体产生的速度较缓慢，气体上升至储油柜途中首先积存于瓦斯继电器的上部，使油面下降。当气体量超过整定值时，发出报警信号，提示维护人员进行检查，防止故障发展。

变压器轻瓦斯保护动作反映的物理量是气体体积，其主要作用是作为信号，反映变压器运行是否正常。出现动作的原因主要有以下几方面：第一，在对变压器进行维护过程有气体进入到油箱中；第二，出现温度下降或漏油，导致油面下降；第三，油箱出现一些较小故障，产生气体。当轻瓦斯动作信号报警时，首先应检查变压器以下部分：温度、油面高度、音响、电压、电流情况，如没有问题，则应收集继电器顶部气体进行故障判别。

1.2 重瓦斯保护

当变压器内部发生严重故障时，油箱内的油被分解、汽化，产生大量强烈的瓦斯气体，油箱内压力急剧升高，气体及油流迅速向油枕流动，流速超过重瓦斯的整定值时，变压器两侧断路器跳闸，这就是所谓的“重瓦斯”。重瓦斯动作，立即切断与变压器连接的所有电源，避免事故扩大，起到保护变压器的作用。

油流和气体是同时产生的，油流从瓦斯继电器中流过时的速度与产气速率相对应，而燃弧功率是决定产气速率的主要因素，因此，为了控制故障范围，油流从瓦斯继电器中流过时的速度整定值一定要比产气速率小。因此，瓦斯继电器流速的整定值应考虑压力释放阀保护与重瓦斯保护的配合。

变压器重瓦斯保护动作所反映出的物理量是油的流速或油面的高度，其主要作用是跳闸。该保护发生动作的具体原因是变压器回路出现故障、内部出现较大故障或近区穿越性短路故障。当重瓦斯动作时，首先应检查以下部分：变压器外部特征、停电范围等。如未发现异常，应收集继电器顶部气体进行故障判别。

2 压力释放阀保护装置

为提高设备运行可靠性，早期投运的大型变压器逐步将变压器的安全气道（防爆管）更换为压力释放阀。压力释放阀是变压器安全装置，属于非电量保护，主要作用是对油浸电气设备进行保护，当变压器油箱出现故障时，该变压器油箱内部储存的油将被气化或分解，这时油箱内部就会出现很多气体，其内部的压力也会快速升高，如果不能将压力释放，将给变压器带来非常大的危害，甚至会导致变压器爆炸。

在变压器上安装压力释放阀是非常必要的，当变压器油箱内的压力升高时，压力释放阀会快速开启，用时不超过2 ms，使变压器油箱内部的压力以最快的速度下降，确保变压器的安全。当变压器油箱的压力下降到与关闭压力相等时，该装置就会快速关闭，始终保持变压器油箱内的压力为正压，并且还能很好地阻止其他物质进入变压器油箱［3］。

在变压器安装压力释放阀并对开启压力进行设置时，需考虑变压器的结构，不能盲目对开启压力进行设置。盲目提高开启压力，会使保护不能正确动作；盲目降低开启压力，容易造成压力释放阀保护误动。由于大多数变压器厂家规定压力释放阀接点作用于跳闸，现场运行时也曾多次出现因压力释放阀的二次回路绝缘降低而引起跳闸停电的事故。因此，变压器运行规程（DL／T 572）规定：压力释放阀接点宜作用于信号。但当压力释放阀动作而变压器不跳闸时，将引发变压器缺油运行而导致故障扩大。因此，可采用双浮子的瓦斯继电器和速动油压继电器与之相配合来保护变压器。

压力释放阀动作反映的物理量是压力，宜作用于信号。其动作原因是变压器内部压力升高、严重的匝间短路及对地短路。

3 速动油压继电器保护装置

速动油压继电器是感应特定故障下油箱内部压力的瞬时升高，根据油箱内由于事故造成的动态压力增长来动作的。当变压器出现故障，油箱内的压力快速升高，压力升高到继电器的动作值时，继电器的压力开关动作，使变压器停止运行。虽然这种保护动作速度比压力释放阀要快很多，但不能将油箱中的压力全部释放出来。

在对速动油压继电器的保护参数进行设定时，为减少保护参数重复出现而导致误动，选择的保护参数是变压器油箱出现故障时压力上升的速率（简称为压速率），当压速率不相同时，速动油压继电器的响应时间也不同。如果压速率较高，则继电器所需的响应时间较短，反之需要的时间会较长，这样就实现了动态保护与监测［4］。如变压器油箱具有的压速率为15 kPa／ms时，该继电器检测到这一速率后动作所需时间不超过1.6 ms；当压速率为10 kPa／ms时，该继电器检测到这一速率后动作所需时间不超过2.5 ms，而压力释放阀开启所需时间为2 ms，比继电器动作时间快0.5 ms。变压器发生故障时，如压速率小于压力释放阀保护范围的临界值，继电器动作时间将小于压力释放阀开启的时间，此时由压力释放阀动起保护变压器的作用。如果压速率达到15 kPa／ms，这时压速率远超压力释放阀具有的泄压能力，将对油箱产生威胁［5］。如果在变压器上安装速动油压继电器，当该继电器检测到压速率后，将在压力释放器开启之前使变压器退出运行，保护油箱不被破坏。

4 结束语

近年来，大量高电压大容量的变压器进入城市中心，由于城市供电的特殊性，对这些变压器安全性的要求越来越高，为有效解决变压器因为内部放电、铁芯多点接地、严重的匝间短路、对地短路、内部压力升高、内部压力瞬时升高给变压器安全带来的损害，可将上述3种非电量保护装置有效配合，可大大降低变压器损坏程度。

［1］ 陈洪海.大型电力变压器的非电量保护简介［J］.电力系统装备，2005，49（7）：84－85.

［2］ 陈化钢，李天元.大型电力变压器瓦斯保护分析［J］.东北电力技术，1994，15（9）：22－26.

［3］ 戴国友.大型电力变压器的非电量保护运行的讨论［J］.广西电业，2003，12（5）：72－73.

［4］ 李沛业.变压器的故障检测及分析［J］.东北电力技术，2004，25（8）：36－39.

［5］ 周佩娟，霍 光，王 炜.110 kV及以上变压器的非电量保护及整定原则［J］.河北电力技术，2005，24（2）：29－30.

Analysis on Non－electricity Protection of Power Transformer

CHEN Hao1，ZHANG Lu2，GUO Tie1
（1.Electric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China；2.Liaoning Electric Power Construction Supervision Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110003，China）

In this paper，protection principle and scope of three kinds of non－electricity protection device are introduced.The interac⁃tion between three kinds of non－electricity protection devices can control transformer fault in the allowed range，it can effectively pro⁃tect transformer，avoid accident and reduce losses.

Power transformer；Non－electricity protection device；Pressure relief valve protection device；Quick oil pressure relay protection device

TM411

A

1004－7913（2016）04－0053－03

陈 浩（1987—），男，硕士，工程师，从事变压器技术管理和科研工作。

2016－03－13）