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1 變壓器可能發(fā)生的故障和不正常運行方式

變壓器在電力系統中廣泛地用來(lái)升高或降低電壓，是電力系統不可缺少的重要電氣設備。現代生產(chǎn)的變壓器，在設計和材料方面有所改進(jìn)，結構上比較可靠，相當于輸電線(xiàn)路和發(fā)電機來(lái)說(shuō)，變壓器故障機會(huì )也比較少。但在實(shí)際運行中，仍有可能發(fā)生各種類(lèi)型的故障和異常運行情況。為了保證電力系統安全連續地供電，并將故障和異常運行情況對電力系統的影響限制到小范圍，應根據變壓器的容量等級和重要程度的不同，裝設必要的、性能良好及動(dòng)作可靠的繼電保護裝置。

變壓器的故障可分為內部故障和外部故障。內部故障是指變壓器油箱里面發(fā)生的故障，大致可分為兩類(lèi)。

1)電氣故障

電氣故障將對變壓器立即產(chǎn)生嚴重的損傷作用。在這種情況下，可通過(guò)檢測其不平衡的電流和電壓進(jìn)行分析。通常故障原因如下：

① 高壓或低壓繞組相間短路;

② 中性點(diǎn)直接接地側的單相接地短路;

③ 高壓或低壓繞組匝間短路;

④ 第三繞組上的接地故障或匝間短路。

內部短路故障產(chǎn)生的電弧，不僅會(huì )損壞繞組的絕緣、燒毀鐵芯，由于絕緣材料和變壓器油因受熱分解而產(chǎn)生大量的氣體，有可能引起變壓器油箱爆炸。短路故障還將引起系統電壓降低，如延長(cháng)低電壓的時(shí)間，能造成旋轉電機之間失去同步，失步電機引起的過(guò)渡電流將造成其他繼電器動(dòng)作而誤跳閘。在變壓器內部發(fā)生電氣故障時(shí)，應迅速將變壓器切除。

2) “初始”故障

“初始”故障即初始局部的故障。它將對變壓器產(chǎn)生緩慢發(fā)展的損害作用，但一般不能檢測其不平衡的電量。故障原因有：

① 導體之間電氣連接接觸不良或鐵芯故障，在變壓器油中可能產(chǎn)生間歇性電弧;

② 冷卻媒介不足將使變壓器油溫升高，如油位過(guò)低或油路阻塞，容易在繞組上產(chǎn)生局部熱點(diǎn);

③ 分接開(kāi)關(guān)故障，并聯(lián)運行變壓器之間產(chǎn)生環(huán)流和負荷分配不合理，造成變壓器繞組過(guò)熱。

這種故障在初始階段是不嚴重的，不會(huì )對變壓器立即產(chǎn)生損傷，但在發(fā)展過(guò)程中可能產(chǎn)生各種故障，擴大事故的范圍，應盡可能快地消除。

變壓器常見(jiàn)的外部故障，是油箱外部絕緣套管及引出線(xiàn)上的故障，可能導致引出線(xiàn)的相間短路或單相接地短路。

實(shí)踐證明，變壓器引出線(xiàn)上的相間短路，單相接地短路和繞組的匝間短路是比較常見(jiàn)的故障形式。三臺單相變壓器組成的變壓器組，發(fā)生內部相間短路是不可能的，在三相變壓器中發(fā)生內部相間短路的可能性也小。變壓器的不正常工作狀態(tài)主要是：由于外部短路和過(guò)負荷引起的過(guò)電流;中性點(diǎn)直接接地電力網(wǎng)中，外部接地短路引起的過(guò)電流及中性點(diǎn)過(guò)電壓;冷卻系統故障;變壓器的溫度升高等。

變壓器保護可以分為短路保護和異常運行保護兩類(lèi)。短路保護用以反應被保護范圍內發(fā)生的各種類(lèi)型的短路故障，作用于斷路器跳閘。為了防止保護裝置或斷路器拒動(dòng)，又有主保護和后備保護之分。異常運行保護用以反應各種可能給機組造成危害的異常工況，此保護作用于發(fā)信號。這類(lèi)保護一般只裝設一套專(zhuān)用繼電器，不設后備保護。

2 變壓器保護裝置裝設的原則

大型變壓器的造價(jià)昂貴，一旦發(fā)生故障遭到損壞，其檢修難度大、時(shí)間長(cháng)，要造成很大的經(jīng)濟損失。特別是在單臺容量占系統容量比例很大的情況下，發(fā)生故障后突然切除變壓器，將給電力系統造成很大的擾動(dòng)。在考慮大型變壓器繼電保護的總體配置時(shí)，除了保證其安全運行外，還應大限度地縮小故障影響范圍，特別要防止保護裝置誤動(dòng)作或拒動(dòng)作。這樣，不僅要求有性能良好的保護繼電器，還要求在繼電保護的總體配置上盡量做到完善、合理。

對大型主變壓器保護，根據加強主保護、簡(jiǎn)化后備保護的原則，其主保護除瓦斯保護以往，可實(shí)現快速保護雙重化;后備保護除零序保護應與線(xiàn)路保護配合外，相間保護只保證對變壓器各側母線(xiàn)短路有靈敏度，允許不作為相鄰線(xiàn)路故障的后備保護。

根據《繼電保護和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規程》的規定，變壓器一般應裝設下列繼電保護裝置：

1) 反應變壓器油箱內部故障和油面降低的瓦斯保護

容量為800KVA 及以上的油浸式變壓器和400KVA 及以上的車(chē)間內油浸式變壓器，均應裝設瓦斯保護。當油箱內部故障產(chǎn)生輕微瓦斯或油面降低時(shí)，保護裝置應瞬時(shí)動(dòng)作于信號;當產(chǎn)生大量瓦斯時(shí)，保護裝置應動(dòng)作于跳閘，斷開(kāi)變壓器各側的斷路器。對于高壓側未裝設斷路器的線(xiàn)路—變壓器組，當未采取使瓦斯保護能切除變壓器內部故障的技術(shù)措施時(shí)，瓦斯保護可僅動(dòng)作于信號。

2) 反應變壓器繞組、引出線(xiàn)的相間短路，中性點(diǎn)直接接地側繞組、引出線(xiàn)和套管的接地短路，以及繞組匝間短路的電流速斷保護或縱聯(lián)差動(dòng)保護

① 對于6300KVA 以下廠(chǎng)用工作變壓器和并聯(lián)運行的變壓器，10000KVA以下廠(chǎng)用備用變壓器和單獨運行的變壓器(通常是中、小型發(fā)電機組的配套設備)，當后備保護的動(dòng)作時(shí)限大于0.5s時(shí)，應裝設電流速斷保護。

② 對于6300KVA 及以上廠(chǎng)用工作變壓器和并列運行的變壓器，10000KVA及以上廠(chǎng)用備用變壓器和單獨運行的變壓器(是大型發(fā)電機組配套設備)，以及2000KVA 及以上用電流速斷保護靈敏度不符合要求( )的變壓器，應裝設縱聯(lián)差動(dòng)保護。

③ 對于高壓側電壓為330KV 及以上的變壓器，可裝設快速雙重差動(dòng)保護。

為滿(mǎn)足電力系統穩定方面的要求，當變壓器發(fā)生故障時(shí)，要求保護裝置快速切除故障。通常變壓器的瓦斯保護和縱差保護已構成了雙重化快速保護，但變壓器外部引出線(xiàn)上的故障只有一套快速保護。當變壓器故障差動(dòng)保護拒動(dòng)時(shí)，將由帶延時(shí)的后備保護切除。為了保證在任何情況下都能快速切除故障，對高壓側電壓為330KV 及以上的變壓器，應裝設雙重差動(dòng)保護。

④ 對于發(fā)電機變壓器組，當發(fā)電機與變壓器之間有斷路器時(shí)，變壓器應裝設單獨的縱聯(lián)差動(dòng)保護;當發(fā)電機與變壓器之間沒(méi)有斷路器時(shí)，100000KW 及以下的機組，可只裝設發(fā)電機變壓器組共用的差動(dòng)保護;100000KW 及以上的機組，除共用差動(dòng)保護外，發(fā)電機還裝設單獨的差動(dòng)保護;對200000KW 及以上的機組，還應在變壓器上增設單獨的差動(dòng)保護，以實(shí)現完全雙重化快速保護方式。當變壓器縱聯(lián)差動(dòng)保護對單相接地短路靈敏度不符合要求時(shí)，可增設零序差動(dòng)保護。

3) 反應外部相間短路的過(guò)電流保護、復合電壓起動(dòng)的過(guò)電流保護、負序電流保護和阻抗保護