變壓器(qì)的(de)一些基本保護知識
一、變壓器(qì)的(de)故障
1、內(nèi)部故障
變壓器(qì)內(nèi)部故障主要包括繞組相(xiàng)間(jiān)短路(lù)、繞組匝間(jiān)短路(lù)和(hé)中性點接地(dì)系統繞組地(dì)接地(dì)短路(lù)等。這(zhè)些故障危害很(hěn)大，因為(wèi)短路(lù)電(diàn)流産生(shēng)的(de)高(gāo)溫電(diàn)弧不僅會燒毀繞組絕緣盒鐵(tiě)芯，還(hái)會使絕緣材料和(hé)變壓器(qì)油分解而産生(shēng)大量氣體(tǐ)，有(yǒu)可能使變壓器(qì)油箱局部變形、破裂，甚至發生(shēng)油箱爆炸事(shì)故。因此，當變壓器(qì)發生(shēng)內(nèi)部故障時(shí)，必須迅速将變壓器(qì)切除。這(zhè)點需切記。
2、外(wài)部故障
變壓器(qì)外(wài)部故障主要是變壓器(qì)套管和(hé)引出線上(shàng)發生(shēng)的(de)相(xiàng)間(jiān)短路(lù)和(hé)接地(dì)短路(lù)。發生(shēng)這(zhè)類故障時(shí)，也應迅速切除變壓器(qì)，以盡量減少短路(lù)電(diàn)流對(duì)變壓器(qì)的(de)沖擊。
二、變壓器(qì)不正常工(gōng)作(zuò)狀态
變壓器(qì)不正常工(gōng)作(zuò)狀态主要變現(xiàn)為(wèi)：
（1）外(wài)部短路(lù)引起的(de)電(diàn)流。
（2）過負荷。
（3）油箱漏油造成的(de)油面降低(dī)。
（4）變壓器(qì)中性點電(diàn)壓升高(gāo)或外(wài)部電(diàn)壓過高(gāo)或頻(pín)率降低(dī)等引起的(de)過勵磁。
三、變壓器(qì)應裝設的(de)保護裝置
（1）反映變壓器(qì)油箱內(nèi)部故障和(hé)油面降低(dī)的(de)瓦斯保護。
（2）反映變壓器(qì)繞組和(hé)引出線相(xiàng)間(jiān)短路(lù)、中性點直接接地(dì)系統繞組和(hé)引出線的(de)單相(xiàng)接地(dì)短路(lù)的(de)縱差保護或電(diàn)流速斷保護。
（3）反映變壓器(qì)外(wài)部相(xiàng)間(jiān)短路(lù)并作(zuò)為(wèi)瓦斯保護盒差動保護（或電(diàn)流速斷保護）後備的(de)過電(diàn)流保護（或複合電(diàn)壓起動的(de)過電(diàn)流保護或負序過電(diàn)流保護）。
（4）反映中性點直接接地(dì)系統中變壓器(qì)外(wài)部、內(nèi)部接地(dì)短路(lù)的(de)零序電(diàn)流保護。
（5）反映變壓器(qì)對(duì)稱過負荷的(de)過負荷保護。
（6）反映變壓器(qì)過勵磁的(de)保護。
四、變壓器(qì)的(de)主保護
（一）瓦斯保護
（1）瓦斯保護的(de)基本工(gōng)作(zuò)原理(lǐ)
反映故障時(shí)氣體(tǐ)數量和(hé)油流速度的(de)保護稱為(wèi)瓦斯保護。當變壓器(qì)內(nèi)部故障時(shí)，故障點局部高(gāo)溫使變壓器(qì)油溫升高(gāo)，體(tǐ)積膨脹，油內(nèi)空氣被排出而形成上(shàng)升氣體(tǐ)。若故障點産生(shēng)電(diàn)弧，則變壓器(qì)油和(hé)絕緣材料将分解出大量氣體(tǐ)，這(zhè)些氣體(tǐ)自(zì)油箱流向儲油櫃。
故障程度越嚴重，産生(shēng)氣體(tǐ)越多，流向儲油櫃的(de)油流速度越快。由于氣體(tǐ)數量和(hé)油流速度能直接反映變壓器(qì)故障性質和(hé)嚴重程度，股産生(shēng)少量氣體(tǐ)和(hé)氣流速度較小(xiǎo)時(shí)，輕瓦斯動作(zuò)于信号;故障嚴重，油流速度高(gāo)時(shí)，重瓦斯保護瞬時(shí)作(zuò)用于跳(tiào)閘。
氣體(tǐ)繼電(diàn)器(qì)是構成瓦斯保護的(de)主要元件(jiàn)，它是安裝在油箱與儲油櫃的(de)聯管中部，這(zhè)樣油箱內(nèi)部氣體(tǐ)必須通(tōng)過氣體(tǐ)繼電(diàn)器(qì)才能流向儲油櫃。為(wèi)了使氣體(tǐ)順利地(dì)流向儲油櫃，老(lǎo)式變壓器(qì)要求油箱與聯管都(dōu)要有(yǒu)一定傾斜度，其中油箱要求有(yǒu)1%-1.5%，聯管要求有(yǒu)2%-4%的(de)傾斜度。
新型的(de)變壓器(qì)在容易聚集氣體(tǐ)的(de)地(dì)方（如套管升高(gāo)座）裝有(yǒu)集氣分管，各集氣分管都(dōu)接入集氣總管，然後将集氣總管接到氣體(tǐ)繼電(diàn)器(qì)前端的(de)聯管上(shàng)。這(zhè)樣，隻要集氣管和(hé)聯管有(yǒu)一定傾斜度，氣體(tǐ)就能流入儲油櫃，所以油箱就沒有(yǒu)傾斜度方面的(de)要求了。
目前，國(guó)內(nèi)采用開(kāi)口杯擋闆式氣體(tǐ)繼電(diàn)器(qì)，其工(gōng)作(zuò)原理(lǐ)如下(xià)：
1）正常工(gōng)作(zuò)時(shí)，開(kāi)口杯中充滿了油，由于開(kāi)口杯自(zì)身(shēn)重力産生(shēng)的(de)力矩小(xiǎo)于平衡錘産生(shēng)的(de)力矩，所以開(kāi)口杯向上(shàng)頂，幹簧觸點斷開(kāi)。
2）當變壓器(qì)油箱內(nèi)部發生(shēng)輕微(wēi)故障時(shí)，少量氣體(tǐ)将聚集在繼電(diàn)器(qì)的(de)頂部，使繼電(diàn)器(qì)內(nèi)的(de)油面下(xià)降，開(kāi)口杯露出油面，由于開(kāi)口杯自(zì)身(shēn)重量加上(shàng)杯內(nèi)的(de)油重量所産生(shēng)的(de)力矩大于平衡錘産生(shēng)的(de)力矩，因此開(kāi)口杯向下(xià)轉動，當固定在開(kāi)口杯上(shàng)的(de)磁鐵(tiě)随開(kāi)口杯下(xià)降到接近(jìn)幹簧觸點時(shí)，該觸點閉合發出輕瓦斯動作(zuò)信号。
3）當油箱內(nèi)部發生(shēng)嚴重故障時(shí)，就會産生(shēng)大量的(de)氣體(tǐ)并伴随着油流沖擊擋闆，當油流速度達到繼電(diàn)器(qì)的(de)整定值時(shí)，擋闆被沖到一定的(de)位置，固定在擋闆上(shàng)的(de)磁鐵(tiě)就接近(jìn)于幹簧觸點，使該觸點閉合，該觸點閉合動作(zuò)于斷路(lù)器(qì)跳(tiào)閘。
（2）瓦斯保護的(de)整定
1）輕瓦斯保護的(de)整定
輕瓦斯動作(zuò)值的(de)大小(xiǎo)用氣體(tǐ)容量大小(xiǎo)表示。一般輕瓦斯保護的(de)氣體(tǐ)容積範圍為(wèi)20 -300cm 3;氣體(tǐ)容量的(de)調整可通(tōng)過改變重錘的(de)力臂長(cháng)度來(lái)實現(xiàn)。
2）重瓦斯保護的(de)整定
重瓦斯保護動作(zuò)值的(de)大小(xiǎo)用油流速度大小(xiǎo)來(lái)表示。對(duì)油流的(de)一般要求：自(zì)冷(lěng)式變壓器(qì)為(wèi)0.8-1.0m/s，強油循環變壓器(qì)為(wèi)1.0-1.2m/s，120MVA以上(shàng)的(de)變壓器(qì)為(wèi)1.2-1.3m/s。
（3）瓦斯保護的(de)優缺點
瓦斯保護的(de)主要優點是結構簡單，能全面反映變壓器(qì)油箱內(nèi)部的(de)各種故障。特别是當發生(shēng)匝間(jiān)短路(lù)且被短接的(de)匝數很(hěn)少時(shí)，故障回路(lù)的(de)電(diàn)流雖然很(hěn)大，可能造成嚴重的(de)局部過熱，但(dàn)反映在外(wài)部電(diàn)路(lù)的(de)電(diàn)流變化(huà)卻很(hěn)小(xiǎo)，甚至連靈敏性較高(gāo)的(de)差動保護也可能不動作(zuò)。因此，瓦斯保護對(duì)反映這(zhè)類故障具有(yǒu)特别重要的(de)意義。此外(wài)，瓦斯保護是鐵(tiě)芯燒損的(de)唯一保護。瓦斯保護由于簡單、靈敏、經濟而被廣泛使用，在800KVA及以上(shàng)的(de)油浸式變壓器(qì)和(hé)400KVA及以上(shàng)的(de)室內(nèi)油浸式變壓器(qì)均應裝設瓦斯保護。
瓦斯保護的(de)主要缺點是不能反映變壓器(qì)套管及引出線的(de)故障。所以瓦斯保護不能作(zuò)為(wèi)變壓器(qì)地(dì)唯一主保護，它與差動保護共同作(zuò)為(wèi)變壓器(qì)地(dì)主保護。
（二）差動保護
1、差動保護的(de)基本原理(lǐ)
變壓器(qì)差動保護是按循環電(diàn)流原理(lǐ)構成的(de)，它能正确區(qū)分變壓器(qì)內(nèi)、外(wài)故障，并能瞬時(shí)切除保護區(qū)內(nèi)的(de)故障。變壓器(qì)兩側分别裝設電(diàn)流互感器(qì)TA1和(hé)TA2，其二次線圈按環流原則相(xiàng)串聯，差動繼電(diàn)器(qì)接在差流回路(lù)上(shàng)。
正常運行或外(wài)部故障時(shí)，變壓器(qì)兩側都(dōu)有(yǒu)電(diàn)流通(tōng)過，兩個(gè)電(diàn)流互感器(qì)的(de)變比若選擇适當時(shí)，二次電(diàn)流I12和(hé)I22的(de)大小(xiǎo)相(xiàng)等，方向相(xiàng)同，而在差動回路(lù)中I12和(hé)I22的(de)方向相(xiàng)反，因而差動繼電(diàn)器(qì)KD中的(de)電(diàn)流等于兩側電(diàn)流互感器(qì)二次電(diàn)流之差，電(diàn)流為(wèi)零，所以正常運行或外(wài)部故障時(shí)繼電(diàn)器(qì)不會動作(zuò)。
當變壓器(qì)內(nèi)部發生(shēng)故障時(shí)，兩側電(diàn)流互感器(qì)的(de)二次電(diàn)流Id12和(hé)Id22在差動回路(lù)中方向相(xiàng)同，差動繼電(diàn)器(qì)流過的(de)電(diàn)流為(wèi)兩電(diàn)流之和(hé)，使差動繼電(diàn)器(qì)動作(zuò)。
實際上(shàng)，由于變壓器(qì)勵磁湧流、接線方式和(hé)電(diàn)流互感器(qì)的(de)誤差等因素的(de)影響，差動繼電(diàn)器(qì)中會流過不平衡電(diàn)流，不平衡電(diàn)流越大，繼電(diàn)器(qì)的(de)動作(zuò)電(diàn)流越大，緻使差動保護的(de)靈敏性降低(dī)。因此差動保護需要解決的(de)主要問(wèn)題之一是采用各種措施避免不平衡電(diàn)流的(de)影響，在保證選擇性的(de)條件(jiàn)下(xià)，還(hái)要保證內(nèi)部故障時(shí)有(yǒu)足夠的(de)靈敏性和(hé)速動性。
2、差動保護的(de)特殊問(wèn)題
1）勵磁電(diàn)流的(de)影響
變壓器(qì)正常運行時(shí)的(de)勵磁電(diàn)流隻流過電(diàn)源側，通(tōng)過電(diàn)流互感器(qì)反映到差動回路(lù)造成不平衡電(diàn)流。不過在正常情況下(xià)，變壓器(qì)勵磁電(diàn)流很(hěn)小(xiǎo)，一般不超過額定電(diàn)流的(de)1%;在外(wài)部故障時(shí)，由于電(diàn)壓降低(dī)，勵磁電(diàn)流也減小(xiǎo)，所以它的(de)影響就更小(xiǎo)，故在實際整定時(shí)不予考慮。
2）勵磁湧流的(de)影響
當變壓器(qì)空載合閘時(shí)，可能出現(xiàn)很(hěn)大的(de)勵磁湧流，其值最大可達變壓器(qì)額定電(diàn)流的(de)6-8倍。它經變壓器(qì)電(diàn)源側電(diàn)流互感器(qì)傳到二次側，如流入差動回路(lù)，往往會導緻差動保護的(de)誤動作(zuò)。
防止勵磁湧流引起差動保護誤動的(de)措施：
（1）采用差動速斷保護。由于差動速斷保護有(yǒu)固有(yǒu)動作(zuò)時(shí)間(jiān)，故動作(zuò)電(diàn)流無需避開(kāi)最大電(diàn)流，此方案靈敏性低(dī)，隻适用于小(xiǎo)型變壓器(qì)。
（2）采用帶中間(jiān)速飽和(hé)變流器(qì)的(de)差動繼電(diàn)器(qì)。中間(jiān)速飽和(hé)變流器(qì)可以抑制勵磁湧流的(de)傳變，從(cóng)而防止保護的(de)誤動。但(dàn)由于內(nèi)部短路(lù)時(shí)暫态電(diàn)流也含有(yǒu)非周期分量，故保護應延時(shí)動作(zuò)。加之由于三相(xiàng)湧流中往往有(yǒu)一相(xiàng)無非周期分量，以緻該相(xiàng)速飽和(hé)變流器(qì)不起作(zuò)用，這(zhè)又(yòu)必須使保護動作(zuò)值加大，故保護的(de)靈敏性降低(dī)。由于這(zhè)種方法動作(zuò)遲緩，靈敏性差，隻适用于中、小(xiǎo)型變壓器(qì)。
（3）采用二次諧波制動。在勵磁湧流中，除基波、非周期分量電(diàn)流以外(wài)，二次諧波電(diàn)流為(wèi)最大，這(zhè)是勵磁湧流最明(míng)顯的(de)特征，因為(wèi)在其他(tā)工(gōng)況下(xià)，很(hěn)少有(yǒu)二次諧波産生(shēng)。這(zhè)是大型變壓器(qì)差動保護防止勵磁湧流的(de)主要措施。
（4）利用勵磁湧流波形具有(yǒu)明(míng)顯間(jiān)斷角的(de)特征來(lái)避免勵磁湧流。目前有(yǒu)兩種方案，一種是直接鑒别間(jiān)斷角的(de)大小(xiǎo)來(lái)判斷是勵磁湧流還(hái)是內(nèi)部短路(lù)。另一種是比較勵磁湧流和(hé)二次短路(lù)電(diàn)流的(de)變化(huà)率。
（5）在變壓器(qì)各電(diàn)壓側的(de)繞組上(shàng)單獨裝設差動保護，于是勵磁湧流不再進入差動回路(lù)。
3）變壓器(qì)各側電(diàn)流相(xiàng)位不同的(de)影響
變壓器(qì)長(cháng)采用Y，d11接線方式，因此，變壓器(qì)兩側電(diàn)流的(de)相(xiàng)位不一緻。在正常情況下(xià)，變壓器(qì)三角形側的(de)線電(diàn)流比星形側對(duì)應的(de)電(diàn)流超前30°。若兩側電(diàn)流互感器(qì)采用相(xiàng)同的(de)接線方式，則二次側電(diàn)流也相(xiàng)差30°。因此必須補償由于兩側電(diàn)流相(xiàng)位不同而引起的(de)不平衡電(diàn)流。
4）各側電(diàn)流互感器(qì)誤差不同的(de)影響
由于各電(diàn)流互感器(qì)勵磁特性不同及二次負荷不同，因此在差動回路(lù)中會引起較大的(de)不平衡電(diàn)流。
5）電(diàn)流互感器(qì)的(de)計(jì)算(suàn)變比與選用的(de)标準變比不同的(de)影響
這(zhè)種變比不同會引起不平衡電(diàn)流，當這(zhè)種不平衡電(diàn)流大于5%額定負載電(diàn)流時(shí)，應采取補償措施。常用補償方法是采用輔助自(zì)耦變流器(qì)，或利用差動繼電(diàn)器(qì)的(de)平衡線圈來(lái)進行平衡。
6）變壓器(qì)調壓的(de)影響
變壓器(qì)在運行中需要根據系統電(diàn)壓的(de)要求進行調壓，實際上(shàng)就是改變變壓器(qì)的(de)變比，因此将産生(shēng)不平衡電(diàn)流。不平衡電(diàn)流的(de)大小(xiǎo)與調壓的(de)範圍有(yǒu)關。由于在運行中不可能随變壓器(qì)分接頭改變而重新調整繼電(diàn)器(qì)，因此，由于變壓器(qì)調壓而引起的(de)不平衡電(diàn)流應在整定保護動作(zuò)值時(shí)考慮躲過。
