浅谈电力系统中变压器的几种常见故障及保护

2016-07-17戴明科

大科技 2016年21期

关键词：差动常见故障继电器

戴明科

（河源市道润电力工程设计咨询有限公司广东河源 517000）

浅谈电力系统中变压器的几种常见故障及保护

戴明科

（河源市道润电力工程设计咨询有限公司广东河源 517000）

变压器是电力系统中十分重要的供电设备。它的故障将对供电可靠性和系统的正常运行带来严重的影响。现代生产的变压器，虽然结构可靠，故障机会较少，但在实际运行中，仍有可能发生各种类型故障，同时大容量的变压器又是十分重的设备，因此，为了保证电力系统安全连续地运行，并将故障对电力系统的影响限制到最小范围，必须熟悉变压器的几种常见故障及保护。本文主要介绍了变压器的常见故障，阐述了几种常见的变压器保护。

电力系统；变压器；故障；保护

引言

变压器的几种常见故障包括线圈相间短路、接地短路、线圈层间短路、匝间短路以及铁芯的烧损等，变压器的几种常见保护有瓦斯保护、纵联差动保护、过流保护、过负荷保护、零序电流保护、过励磁保护等。

1 变压器的几种常见故障

变压器的故障可分为内部故障和外部故障两种。内部故障即变压器油箱内部所发生的故障，包括线圈的相间短路、接地短路、线圈层间短路、匝间短路以及铁芯的烧损等，对变压器来讲，这些故障是十分危险的，因为油箱内故障时产生的电弧，将其绝缘物质剧烈气化，可以引起爆炸，因此，这些故障应该尽快切除。外部故障即变压器油箱外所发生的故障，主要是绝缘套管和引出线发生相间短路和接地短路，容易使低压绕组、高压绕组、铁芯和夹件发生变形。

1.1 变压器的内部故障及危害

指变压器油箱里面发生的各种主要故障及危害。

（1）变压器内部故障的主要类型：变压器内部单相绕组部分线匝之间的匝间短路；变压器内部各相绕组之间的相间短路；变压器内部引出线通过外壳或单相绕组之间发生的单相接地故障。

（2）变压器内部故障的危害：因为变压器内部的短路电流会产生高温电弧不仅会使变压器油和部分绝缘材料受热分解产生大量的热气，使变压器的外壳产生变形，还会烧坏变压器内部的铁芯和绕组绝缘，甚至有可能导致变压器邮箱爆炸。因此当变压器内部发生严重故障时，必须迅速将变压器切除。

1.2 变压器外部的故障及危害

变压器外部的故障主要是指油箱外部的绝缘套管及其引出线上发生的各种主要故障及危害。

（1）主要故障类型：变压器的绝缘套管闪络或破碎而发生的单相接地（通过外壳）短路；变压器外部的引出线之间发生的相间短路。

（2）变压器外部故障的危害：容易使低压绕组、高压绕组、铁芯和夹件发生变形。

2 变压器的几种常见保护

变压器的几种常见保护有瓦斯保护、纵联差动保护、过流保护、过负荷保护、零序电流保护、过励磁保护等。

2.1 变压器瓦斯保护

瓦斯保护是指变压器发生内部短路（包括匝间短路），但是短路电流达不到电流保护定值时，而使被保护变压器直接跳闸的一种保护。它属于变压器的主保护，正常运行中不能解除。变压器按照瓦斯继电器的动作压力分为轻重两种情况，重瓦斯动作于跳闸，轻瓦斯根据情况可动作于跳闸，也可动作于信号。

瓦斯保护动作机理是由于内部短路产生电弧，电弧将击穿绝缘油，产生瓦斯气体。因此，瓦斯保护对于油浸式变压器来说是有意义的；对于干式变压器，根本没有绝缘油的存在，谈不上瓦斯保护。但是对于干式变压器，需要加强的是温度保护，以确保变压器线圈绝缘状况，因此干式变压器一般设置了两个层次的温度保护：低温报警、高温跳闸，具体温度值的设定可根据变压器厂家的说明来进行。对于油浸式变压器，也有温度保护，但大多数是采用带电接点的温度计来实现的，信号也只是动作于报警，精度较差。干式变压器的温度保护直接采用埋在线圈内部的测量元件来实现，通过测温装置不但可以输出报警或者跳闸信号，还可以通过数字表指示出当前温度，精度要高得多。

2.2 变压器纵联差动保护

瓦斯保护虽然可以快速而灵敏地反应变压器的各种故障，但却不能保护套管和引出线等油箱外部的故障，因此，在容量较大的电力变压器上，几乎毫无例外地都装有纵差动保护。纵差动保护和瓦斯保护均属于变压器的主保护，它们配合使用能让变压器的性能更加全面、更为完善。

变压器纵联差动保护在正常运行和外部故障时，理想情况下，流入差动继电器的电流等于零。但实际上由于变压器的励磁电流、接线方式和电流互感器误差等因素的影响，变压器差动保护的不平衡电流远比发电机差动保护的大，变压器差动保护需要解决的主要问题是采取各种措施避开不平衡电流的影响，在满足选择性的条件下，还要保证在内部故障时有足够的灵敏系数和速动性。

采用差动继电器作保护的测量元件，用来比较被保护元件各端电流的大小和相位之差，从而判断保护区内是否发生短路。

2.3 变压器过流保护

过电流保护为外部及内部相间故障的后备保护，在高、中、低压三侧分别装设。35kV侧的过流保护有两套：①带方向元件的，采用了两相不完全星形接线，为外部短路的后备保护；②不带方向元件的，采用两相三继电器式接线，为内部短路时的后备保护；它们共用了一套复合电压起动元件。全部保护由复合电压元件，电流继电器、中间继电器、功率方向继电器以及时间继电器和信号继电器等组成。当在35kV侧母线或引出线上发生相间短路时，带方向元件的过流保护动作，使时间继电器动作，以较小的时限断开35kV的母联短路器。如果故障仍然存在，则以较长的时限断开35kV侧断路器的2DL。当在变压器内部发生故障时，带方向元件的变保护出口继电器BCJ将三侧短路器全部切除。6～10kV侧的过流保护采用两相不完全星形接线，由电流继电器、时间继电器及信号继电器组成。保护设有两段时限，以较小的时限使6～10kV母线分段断路器跳闸，以较长时限跳开变压器6～10kV侧断路器的3DL。

2.4 变压器过负荷保护

变压器的过负荷电流，在大多数情况下，都是三相对称的，故过负荷保护只要接入一相电流，电流继电器来实现并进过一定的延时作用于信号。对于400kVA及以上的变压器，当台数并列运行或单独运行并作为其他负荷的备用电源时，应根据可能过负荷的情况装设过负荷保护。在无经常值班人员的变电所，必要时过负荷保护可动作于跳闸或断开部分负荷。

2.5 变压器零序电流保护

利用接地时产生的零序电流使保护动作的装置，叫零序电流保护。将零序电流互感器套地三芯电缆上，电流继电器接在互感器的二次线圈上，在正常运行或无接地故障时，由于电缆三相电流的向量之和等于零，零序互感器二次线圈的电流也为零（只有很小的不平衡电流），故电流继电器不动作。当发生接地故障时，零序互感器二次线圈将出现较大的电流，使电流继电器动作，以便发出信号或切除故障。

2.6 变压器过励磁保护

目前在大型变压器保护设计中，为了减少运输重量，降低造价，节省材料，铁心的额定工作磁通密度都设计得较高，约在1.7～1.8T，接近饱和磁密（1.9～2T），因此在过电压情况下，很容易产生过励磁。其次由于励磁电流是非正弦波，含有许多高次谐波分量，而铁心和其他金属构件的涡流损耗与频率的平方成正比，可能使变压器损坏。因此，高压侧为500kV的变压器宜装设过励磁保护。