浅谈变压器的故障类型和保护配置

摘 要：依据积累的工程经验，本文首先分析了电力变压器的故障类型和异常运行状况，并根据变压器的故障类型和异常运行状况，分析介绍了变压器主保护和后备保护的配置。

关键词：变压器的故障类型;变压器的异常运行状况;变压器的保护配置

电力变压器是变电站中最重要、最昂贵的电气设备。其安全运行是保证电能连续可靠传输和电力系统稳定运行的保证。变压器一旦发生故障和损坏，维修难度较大，损坏越严重，经济损失越大。因此，应根据变压器的容量和重要性，选择性能良好、运行可靠的保护装置。当变压器发生轻微故障或异常情况时，保护装置能及早发现，发出报警信号，必要时将变压器从系统中切除，避免变压器进一步损坏和发生其他系统事故。

1.变压器的故障类型及异常运行状况

1.1变压器故障类型可分为内部故障和外部故障。

1.1.1 变压器内部故障

变压器内部故障一般包括油箱内的故障和油箱外部故障，油箱内的故障包括绕组的相间短路故障、接地短路故障、匝间短路故障等故障类型;油箱外部故障包括分接开关的故障、套管和引出线上发生的相间短路故障和接地短路故障。

（1）变压器的绕组故障。变压器绕组的故障模式可分为绕组的匝间短路故障、绕组接地短路故障、绕组的相间短路故障、断线和接头开裂焊接等。

（2）绕组与铁芯之间的故障。变压器铁芯和绕组是传递和交换电磁能量的主要元件。铁芯故障大多是由穿芯螺钉或铁轮夹紧螺钉的绝缘损坏引起的。铁芯之间的短路会造成铁芯局部过热，电介质损耗过大。

（3）分接开关故障。变压器分接开关分为无载调压和有载调压。带有载分接开关的变压器，如果分接开关油箱发生严重缺油，都会使分接开关在切换过程中发生短路故障，使分接开关烧坏。

（4）变压器绕组引线的绝缘故障。变压器的引线通过变压器套管内腔引出和外部电路连接。如果不及时处理变压器绕组引线之间的短路，将会导致绕组线之间的短路，这是一个致命的故障。

1.1.2 变压器外部故障

变压器的外部故障是指箱壳的外部引出线的各种相间短路故障与引出线由于套管闪络或绝缘套管破裂而发生单相接地短路。

套管故障。变压器的套管是变压器内绕组与外油箱连接引线的重要保护装置。由于变压器的套管长期放置于户外，套管脏污吸收水分后，导电性提高，可能会因泄露电流增加，套管爆炸会导致变压器停止运行甚至烧毁，这是一个致命的故障。

1.2变压器异常运行状况

变压器的异常运行状况包括系统发生相间短路引起的过电流、过负荷，由于过电压或低频率等异常运行方式下发生的过励磁等。

国家电网公司对2010～2018年电力系统llOkV及以上电压等级的变压器的损坏情况的分析统计表明变压器的绕组故障和引线故障、分接开关故障是变压器损坏事故的主要组成部分。因此，配置具有良好的性能和工作可靠的的保护装置，避免造成系统事故的扩大是很重要的。

2变压器保护的配置

2.1变压器的主保护

变压器本体内部故障对变压器本身危害极大，必须迅速将变压器从电网中切除。对变压器可能出现的各种故障，按变压器保护设计规程应装设以下保护：

（1）瓦斯保护。依据《电力变压器保护设计规范（GB/T50062—2008）》规程，容量为400kVA及以上的车间内油浸式变压器、容量为800kVA及以上的油浸式变压器，均应装设瓦斯保护。对于有载调压变压器，还应装设调压瓦斯保护。

（2）纵联差动保护。用来反映变压器绕组的相间短路故障、匝间短路故障以及引出线的接地故障。对变压器绕组、引出线、套管及变压器本体内部的短路故障，应根据容量的不同，装设差动保护或电流速断保护。

（3）差动速断保护。对于微机差动保护装置，往往装设有差动速断保护，用于加速切除内部有故障而空载投入的变压器的电源，避免扩大变压器故障范围。

2.2变压器的后备保护

变压器保护设计规程规定，电力变压器除了装设差动保护作为主保护外，还必须装设一定的后备保护。包括过电流保护、零序电流保护、过电压保护、过负荷保护等。

（1）相间短路故障的后备保护

1）过电流保护。过流保护主要用于降压变压器，保护的整定值应该考虑在事故状态下可能出现的过负荷电流。

2）复合电压启动（负序电压和线电压）的过电流保护。用于升压变压器或者过电流保护灵敏度不满足要求的降压变压器上，也可采用复合电压启动的过电流保护。

3）负序过电流或单元件低压启动的过电流保护。对于5000KW及以上的发电机，不对称短路后备保护采用负序过流保护，对称短路后备保护采用单相低压启动过流保护。

4）阻抗保护。在国家电网公司发布的《变压器、高压并联电抗器和母线保护及辅助装置标准化设计规范》中规定在330kV及以上电压等级的变压器上在高（中）压侧需配置阻扰保护作为本侧母线故障和变压器部分绕组故障的后备保护。

（2）接地短路故障的后备保护

在中性点直接接地系统中的变压器，应装设零序电流保护。

对于llOkV及以上中性点直接接地的系统，都采用零序过电流保护作为变压器后备保护。对高中压侧中性点均直接接地的自耦变压器和三绕组变压器，当有选择性要求时，应增设零序方向元件。

中性点装设放电间隙时，应装设反应零序电流和放电间隙放电电流的零序电流、电压保护。

（3）过负荷保护

我国继电保护规程规定，容量为400kVA以上的变压器，当数台并列运行或者单独运行并作为其他负荷的备用电源时，应根据可能出现的过负荷的情况及其大小装设过负荷保护。由于变压器三相负荷基本对称，通常只检测一相电流即可。

（4）过励磁保护

高压侧电压为500kV及以上的超高压变压器，对频率降低和电压升高而引起的變压器励磁电流的升高，应装设过励磁保护。

（5）非电量保护

非电量保护是用非电量来反映变压器的故障动作或发信。变压器的温度保护是根据变压器温度的变化来控制变压器冷却器工作状态。变压器油箱内压力通过压力释放阀的开闭来控制变压器油箱内压力。当变压器冷却系统发生故障时，会根据设定，保护装置会先发出报警信号，如果故障仍未消除，则保护装置就会跳闸，从而避免变压器由于温度过高而出现故障。

结束语

电力变压器是变电站中最重要的一次电气设备。其安全运行是电力系统安全稳定运行的保证。因此，了解和掌握电力变压器的故障类型和异常运行状况，并根据变压器的故障和异常运行状况，准确配置变压器的主保护和后备保护是非常重要的。

参考文献

[1]黄益庄《智能变电站自动化系统原理与应用技术》

[2]《电力变压器保护设计规范（GB/T50062—2008）》

[3]《变压器、高压并联电抗器和母线保护及辅助装置标准化设计规范》

姓名：赵坦（1988.02.24），男，河南省夏邑县王集乡政府路1208号，汉，本科，电气二次设计工程师，研究方向：电力系统继电保护。