浅谈电力变压器故障与保护
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作者: 徐晓杰
电力工业是一个国家国民经济的重要基础，同时也是一个国家的重要支柱产业。它与国家的富强和人民的幸福存在着密不可分的关系。因此，一个国家的电力工业应该是强大的，更应该是安全可靠的。电力系统在运行中由于各种原因会发生这样那样的故障和出现不正常的运行状态。一旦发生故障或出现不正常运行状态，就会产生严重的后果，如：(1)大的短路电流和它引起的电弧将会烧毁设备；(2)大的短路电流通过电力设备时会产生很大的电动力，这样会使设备受到机械损伤；(3)短路电流会使电力设备过热。致使设备的绝缘损伤，导致设备的使用寿命缩短；(4)电力系统中的电压下降将会使许多生产设备无法正常运转，使一些工厂停产；(5)破坏电力系统并列运行的稳定性，导致事故扩大，甚至造成整个电力系统的瓦解。为了保证电力系统安全可靠的运行，那么，在电力系统的一些部分和元件上装设继电保护装置就是必不可少的工作。继电保护装置，就是安装在被保护元件上，反映被保护元件的故障并用于被保护元件断路器跳闸或反映不正常状态并发出信号的一种自动装置。它是电力系统自动化的重要组成部分，是保证电力系统安全可靠运行的重要措施之一。
一、电力变压器故障与保护
电力变压器可能发生的故障有(1)各相绕组之间的相间短路，(2)单相绕组部分线匝之间的匝间短路；(3)单相绕组和铁芯间绝缘损坏而引起的接地短路；(4)引出线的相间短路；(5)引出线的接地短路。
变压器不正常工作的情况有：(1)由外部短路或过负荷引起的过电流；(2)不正常电压过高引起的过励磁等。电力变压器保护类型及配置：
按照DL400-1991《继电保护和自动装置技术规程》的规定，变压器一般应装设以下保护：(1)变压器油箱内部各种短路故障和油面降低的瓦斯保护；(2)变压器绕组和引出线相间短路、大电流接地系统侧绕组和引出线的单相接地短路及绕组匝间短路的纵联差动保护，(3)变压器外部相闻短路故障并作为瓦斯保护和差动保护的后备的低压启动过电流保护或者复合电压启动的过电流保护或者负序过电流保护；(4)大电流接地系统中变压器外部接地短路的零序电流保护；(5)变压器对称过负荷的过负荷保护；(6)变压器过励磁的过励磁保护。
二、变压器差动速断保护
一般情况下，二次谐波比率制动的差动保护作为电力变压器的主保护已经足够，但是在电力变压器发生严重的内部故障时，短路电流将会变得很大，这时电流互感器将会严重饱和而使交流暂态严重恶化。电流互感器的二次侧在电流互感器严重饱和时基波分量为零，高次谐波分量增大，使得二次谐波比率制动的微机差动保护无法反映区内短路故障，从而影响了二次谐波比率制动的微机差动保护的正确动作。因此，对差动速断保护的研究是必不可少的。同时，差动速断保护还起着差动电流过流瞬时遮断的保护功能，也就是说，差动速断保护没有制动量。它的动作是在半个频率内实现，而决定动作的测量过程是在四分之一个频率内完成，这时电流互感器还未严重饱和，能实现快速正确地切除故障。差动速断的整定值以躲过最大不平衡电流和励磁涌流来整定，这样在正常操作和稳态运行时差动速断保护可靠不动作。
差动速断的整定值一般不小于变压器额定电流的6倍，如果灵敏度够的话，整定值应取不小于变压器额定电流的7～9倍较好。结合工程实践，取差动速断的整定值为；
在式(1)中Isd―差动速断的整定值；Ie―变压器高压侧的额定二次电流。则本系统差动电流速断保护的动作判据为，
在式(2)中Id―变压器的差动电流。
为了防止电流互感器CT二次断线时保护的误动，系统设置了CT断线闭锁保护，当差动动作条件满足时，尚需要经过CT断线检测。如检测为CT断线，则发出警告信号并闭锁差动保护出口。如通过检测，则确认差流不是由于CT二次断线引起的，保护出口跳闸。
系统判别CT是否断线的方法是：正常情况下(即三相线路没有断线的情况下)是通过检查三相电流，只要检查出一相无电流，就判别为该相CT―次断线。
在有电流突变时，满足下列条件时，即判别CTZ，次断线：
1)发生突变后的电流减小。
2)本侧三相电流中有一相无电流，且对侧三相电流均无变化。
三、变压器的瓦斯保护
变压器的本体保护又称非电量保护。它是反映电力变压器油箱内部故障时的温度、油位、油流和气体等非电气量的本体保护，它不是变压器差动保护所能代替的。因为当变压器内部发生严重漏油或匝数很少的匝间短路时，一般情况下差动保护都不会动作，而瓦斯保护却能够动作。运行经验表明，变压器油箱内的故障大部分是由瓦斯保护动作切除的。所以，在变压器的本体保护中瓦斯保护尤为重要。下面具体谈谈瓦斯保护。
当变压器油箱内部发生故障时(包括轻微的匝间短路和绝缘破坏引起的经电弧电阻接地的短路)，由于故障点电流和电弧的作用，将使变压器油及其它绝缘材料因局部受热而分解产生气体。因气体比较轻，它们将从油箱流向油枕的上部。当故障严重时，变压器油会迅速膨胀并产生大量的气体，此时将有剧烈的气体夹杂着油流冲向油枕的上部。根据油箱内部故障时的这一特点，可以构成反应于上述气体而动作的保护，称之为瓦斯保护。
瓦斯继电器是构成瓦斯保护的主要元件，它安装在油箱和油枕之间的连接管道上，这样油箱内产生的气体必须通过瓦斯继电器才能流向油枕。
为了不妨碍气体的流通，电力变压器安装时应该使顶盖沿瓦斯继电器的方向与水平面具有1～1.5％的升高坡度，通往瓦斯继电器的连接管具有2～4％的升高坡度。在我国电力系统中推广应用的是开口杯挡板式瓦斯继电器。重瓦斯保护按开关量光电隔离的方法引入微机保护的输入端来实现保护的出日动作和发信；轻瓦斯保护动作仅发信号。重瓦斯保护动作值的大小，系采用油流速度大小表示，一般的整定范围为O.6～1.5％m／s；轻瓦斯保护动作值的大小，系采用气体容积的大小表示，一般的整定范围为250～300mm。
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