1 變壓器可能發(fā)生的故障和不正常運(yùn)行方式

變壓器在電力系統(tǒng)中廣泛地用來(lái)升高或降低電壓,，是電力系統(tǒng)*的重要電氣設(shè)備?，F(xiàn)代生產(chǎn)的變壓器,，雖然在設(shè)計(jì)和材料方面有所改進(jìn),，結(jié)構(gòu)上比較可靠,，相當(dāng)于輸電線(xiàn)路和發(fā)電機(jī)來(lái)說(shuō),，變壓器故障機(jī)會(huì)也比較少,。但在實(shí)際運(yùn)行中,，仍有可能發(fā)生各種類(lèi)型的故障和異常運(yùn)行情況,。為了保證電力系統(tǒng)安全連續(xù)地供電，并將故障和異常運(yùn)行情況對(duì)電力系統(tǒng)的影響限制到zui小范圍,，應(yīng)根據(jù)變壓器的容量等級(jí)和重要程度的不同,，裝設(shè)必要的、性能良好及動(dòng)作可靠的繼電保護(hù)裝置,。

變壓器的故障可分為內(nèi)部故障和外部故障,。內(nèi)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(duì)變壓器立即產(chǎn)生嚴(yán)重的損傷作用,。在這種情況下,，可通過(guò)檢測(cè)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(cè)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(nèi)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,，而且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。同時(shí),，短路故障還將引起系統(tǒng)電壓降低,，如延長(zhǎng)低電壓的時(shí)間，能造成旋轉(zhuǎn)電機(jī)之間失去同步,，失步電機(jī)引起的過(guò)渡電流將造成其他繼電器動(dòng)作而誤跳閘,。因此，在變壓器內(nèi)部發(fā)生電氣故障時(shí),，應(yīng)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(duì)變壓器產(chǎn)生緩慢發(fā)展的損害作用,，但一般不能檢測(cè)其不平衡的電量,。故障原因有：

① 導(dǎo)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(yùn)行變壓器之間產(chǎn)生環(huán)流和負(fù)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(yán)重的，不會(huì)對(duì)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(kuò)大事故的范圍，因此,，應(yīng)盡可能快地消除,。

變壓器zui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(dǎo)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(tái)單相變壓器組成的變壓器組，發(fā)生內(nèi)部相間短路是不可能的,，在三相變壓器中發(fā)生內(nèi)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(fù)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(tǒng)故障;變壓器的溫度升高等,。

變壓器保護(hù)可以分為短路保護(hù)和異常運(yùn)行保護(hù)兩類(lèi),。短路保護(hù)用以反應(yīng)被保護(hù)范圍內(nèi)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(hù)裝置或斷路器拒動(dòng),，又有主保護(hù)和后備保護(hù)之分。異常運(yùn)行保護(hù)用以反應(yīng)各種可能給機(jī)組造成危害的異常工況,，此保護(hù)作用于發(fā)信號(hào),。這類(lèi)保護(hù)一般只裝設(shè)一套繼電器，不設(shè)后備保護(hù),。

2 變壓器保護(hù)裝置裝設(shè)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(zhǎng),，要造成很大的經(jīng)濟(jì)損失。特別是在單臺(tái)容量占系統(tǒng)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(tǒng)造成很大的擾動(dòng)。因此,，在考慮大型變壓器繼電保護(hù)的總體配置時(shí),，除了保證其安全運(yùn)行外，還應(yīng)zui大限度地縮小故障影響范圍,，特別要防止保護(hù)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(hù)繼電器,，還要求在繼電保護(hù)的總體配置上盡量做到完善,、合理。

對(duì)大型主變壓器保護(hù),，根據(jù)加強(qiáng)主保護(hù),、簡(jiǎn)化后備保護(hù)的原則，其主保護(hù)除瓦斯保護(hù)以往,，可實(shí)現(xiàn)快速保護(hù)雙重化;后備保護(hù)除零序保護(hù)應(yīng)與線(xiàn)路保護(hù)配合外,，相間保護(hù)只保證對(duì)變壓器各側(cè)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(hù)。

根據(jù)《繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程》的規(guī)定,，變壓器一般應(yīng)裝設(shè)下列繼電保護(hù)裝置：

1） 反應(yīng)變壓器油箱內(nèi)部故障和油面降低的瓦斯保護(hù)

容量為800KVA 及以上的油浸式變壓器和400KVA 及以上的車(chē)間內(nèi)油浸式變壓器,，均應(yīng)裝設(shè)瓦斯保護(hù)。當(dāng)油箱內(nèi)部故障產(chǎn)生輕微瓦斯或油面降低時(shí),，保護(hù)裝置應(yīng)瞬時(shí)動(dòng)作于信號(hào);當(dāng)產(chǎn)生大量瓦斯時(shí),，保護(hù)裝置應(yīng)動(dòng)作于跳閘，斷開(kāi)變壓器各側(cè)的斷路器,。對(duì)于高壓側(cè)未裝設(shè)斷路器的線(xiàn)路—變壓器組,，當(dāng)未采取使瓦斯保護(hù)能切除變壓器內(nèi)部故障的技術(shù)措施時(shí)，瓦斯保護(hù)可僅動(dòng)作于信號(hào),。

2） 反應(yīng)變壓器繞組,、引出線(xiàn)的相間短路，中性點(diǎn)直接接地側(cè)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(hù)或縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)

① 對(duì)于6300KVA 以下廠(chǎng)用工作變壓器和并聯(lián)運(yùn)行的變壓器，10000KVA以下廠(chǎng)用備用變壓器和單獨(dú)運(yùn)行的變壓器（通常是中,、小型發(fā)電機(jī)組的配套設(shè)備）,，當(dāng)后備保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限大于0.5s時(shí)，應(yīng)裝設(shè)電流速斷保護(hù),。

② 對(duì)于6300KVA 及以上廠(chǎng)用工作變壓器和并列運(yùn)行的變壓器,，10000KVA及以上廠(chǎng)用備用變壓器和單獨(dú)運(yùn)行的變壓器（是大型發(fā)電機(jī)組配套設(shè)備），以及2000KVA 及以上用電流速斷保護(hù)靈敏度不符合要求（ ）的變壓器,，應(yīng)裝設(shè)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù),。

③ 對(duì)于高壓側(cè)電壓為330KV 及以上的變壓器，可裝設(shè)快速雙重差動(dòng)保護(hù),。

為滿(mǎn)足電力系統(tǒng)穩(wěn)定方面的要求,，當(dāng)變壓器發(fā)生故障時(shí)，要求保護(hù)裝置快速切除故障,。通常變壓器的瓦斯保護(hù)和縱差保護(hù)已構(gòu)成了雙重化快速保護(hù),，但變壓器外部引出線(xiàn)上的故障只有一套快速保護(hù)。當(dāng)變壓器故障差動(dòng)保護(hù)拒動(dòng)時(shí),，將由帶延時(shí)的后備保護(hù)切除,。為了保證在任何情況下都能快速切除故障，對(duì)高壓側(cè)電壓為330KV 及以上的變壓器,，應(yīng)裝設(shè)雙重差動(dòng)保護(hù),。

④ 對(duì)于發(fā)電機(jī)變壓器組，當(dāng)發(fā)電機(jī)與變壓器之間有斷路器時(shí),，變壓器應(yīng)裝設(shè)單獨(dú)的縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù);當(dāng)發(fā)電機(jī)與變壓器之間沒(méi)有斷路器時(shí),，100000KW 及以下的機(jī)組,，可只裝設(shè)發(fā)電機(jī)變壓器組共用的差動(dòng)保護(hù);100000KW 及以上的機(jī)組，除共用差動(dòng)保護(hù)外,，發(fā)電機(jī)還裝設(shè)單獨(dú)的差動(dòng)保護(hù);對(duì)200000KW 及以上的機(jī)組,，還應(yīng)在變壓器上增設(shè)單獨(dú)的差動(dòng)保護(hù)，以實(shí)現(xiàn)*雙重化快速保護(hù)方式,。當(dāng)變壓器縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)對(duì)單相接地短路靈敏度不符合要求時(shí)，可增設(shè)零序差動(dòng)保護(hù),。

3） 反應(yīng)外部相間短路的過(guò)電流保護(hù),、復(fù)合電壓起動(dòng)的過(guò)電流保護(hù)、負(fù)序電流保護(hù)和阻抗保護(hù)

這些保護(hù)可作為變壓器主保護(hù)的后備保護(hù),，又可作相鄰母線(xiàn)或線(xiàn)路保護(hù)的后備,。

過(guò)電流保護(hù)宜用于降壓變壓器。對(duì)于升壓變壓器,，系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)變壓器和過(guò)電流保護(hù)不符合靈敏度要求（ <1.25）的降壓變壓器,，一般采用復(fù)合電壓起動(dòng)的過(guò)電流保護(hù)。對(duì)于63000KVA 及以上的升壓變壓器,，采用負(fù)序電流和單相式低壓起動(dòng)的過(guò)電流保護(hù),。

對(duì)于升壓變壓器和系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)變壓器，當(dāng)采用以上保護(hù)不能滿(mǎn)足靈敏性和選擇性要求時(shí),，可采用阻抗保護(hù),。各項(xiàng)保護(hù)裝置動(dòng)作后，應(yīng)帶時(shí)限動(dòng)作于跳閘,。

4） 反應(yīng)中性點(diǎn)直接接地的電力網(wǎng)中,，外部單相接地短路的零序電流保護(hù)

在中性點(diǎn)直接接地的電力網(wǎng)中，如變壓器的中性點(diǎn)直接接地運(yùn)行,，對(duì)外部單相接地引起的過(guò)電流,，應(yīng)裝設(shè)零序電流保護(hù)。

① 零序電流保護(hù)可由兩段組成,，每段各設(shè)兩個(gè)時(shí)限,，并均以較短的時(shí)限動(dòng)作于母線(xiàn)聯(lián)絡(luò)斷路器，以較長(zhǎng)的時(shí)限有選擇性地動(dòng)作于斷開(kāi)變壓器各側(cè)斷路器,。

② 在中性點(diǎn)直接接地的電力網(wǎng)中,，如低壓側(cè)有電源的變壓器中性點(diǎn)可能接地運(yùn)行或不接地運(yùn)行時(shí)，對(duì)外部單相接地引起的過(guò)電流,，以及對(duì)因失去接地中性點(diǎn)引起的電壓升高,，應(yīng)按下列規(guī)定裝設(shè)保護(hù)裝置：

a、全絕緣變壓器,。按規(guī)定裝設(shè)零序電流保護(hù),。并增設(shè)零序過(guò)電壓保護(hù),。當(dāng)電力網(wǎng)發(fā)生單相接地短路而失去接地中性點(diǎn)時(shí)，零序過(guò)電壓保護(hù)經(jīng)延時(shí)動(dòng)作于斷開(kāi)變壓器各側(cè)斷路器,。

b,、分級(jí)絕緣變壓器。變壓器中性點(diǎn)裝設(shè)放電間隙時(shí),，裝設(shè)零序電流保護(hù),，并增設(shè)反應(yīng)零序電壓和間隙放電電流的零序電流電壓保護(hù)。當(dāng)電力網(wǎng)發(fā)生單相接地短路而失去接地中性點(diǎn)時(shí),，零序電流電壓保護(hù)經(jīng)延時(shí)動(dòng)作于斷開(kāi)變壓器各側(cè)斷路器,。

變壓器中性點(diǎn)不裝設(shè)放電間隙時(shí)，應(yīng)裝設(shè)兩段零序電流保護(hù)和一套零序電流電壓保護(hù),。零序電流保護(hù)以較短的時(shí)限斷開(kāi)母線(xiàn)聯(lián)絡(luò)變壓器,，以較長(zhǎng)的時(shí)限動(dòng)作于切除中性點(diǎn)接地的變壓器，應(yīng)先切除中性點(diǎn)不接地變壓器,，后切除中性點(diǎn)接地變壓器,。