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(tǒng)中廣泛地用來升高或降低電壓，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)于輸電線路和發(fā)電機(jī)來說，變壓器故障機(jī)會也比較少。但在實際運行中，仍有可能發(fā)生各種類型的故障和異常運行情況。為了保證電力系統(tǒng)安全連續(xù)地供電，并將故障和異常運行情況對電力系統(tǒng)的影響限制到zui小范圍，應(yīng)根據(jù)變壓器的容量等級和重要程度的不同，裝設(shè)必要的、性能良好及動作可靠的繼電保護(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。

1）電氣故障

電氣故障將對變壓器立即產(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，短路故障還將引起系統(tǒng)電壓降低，如延長低電壓的時間，能造成旋轉(zhuǎn)電機(jī)之間失去同步，失步電機(jī)引起的過渡電流將造成其他繼電器動作而誤跳閘。因此，在變壓器內(nèi)部發(fā)生電氣故障時，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(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，如油位過低或油路阻塞，容易在繞組上產(chǎn)生局部熱點;

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

這種故障在初始階段是不嚴(yán)重的，不會對變壓器立即產(chǎn)生損傷，但在發(fā)展過程中可能產(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常見的外部故障，是油箱外部絕緣套管及引出線上的故障，可能導(dǎo)致引出線的相間短路或單相接地短路。

實踐證明，變壓器引出線上的相間短路，單相接地短路和繞組的匝間短路是比較常見的故障形式。三臺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：由于外部短路和過負(fù)荷引起的過電流;中性點直接接地電力網(wǎng)中，外部接地短路引起的過電流及中性點過電壓;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)和異常運行保護(hù)兩類。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，又有主保護(hù)和后備保護(hù)之分。異常運行保護(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。這類保護(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

大型變壓器的造價昂貴，一旦發(fā)生故障遭到損壞，其檢修難度大、時間長，要造成很大的經(jīng)濟(jì)損失。特別是在單臺容量占系統(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。因此，在考慮大型變壓器繼電保護(hù)的總體配置時，除了保證其安全運行外，還應(yīng)zui大限度地縮小故障影響范圍，特別要防止保護(hù)裝置誤動作或拒動作。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。

對大型主變壓器保護(hù)，根據(jù)加強(qiáng)主保護(hù)、簡化后備保護(hù)的原則，其主保護(hù)除瓦斯保護(hù)以往，可實現(xiàn)快速保護(hù)雙重化;后備保護(hù)除零序保護(hù)應(yīng)與線路保護(hù)配合外，相間保護(hù)只保證對變壓器各側(cè)母線短路有靈敏度，允許不作為相鄰線路故障的后備保護(hù)。

根據(jù)《繼電保護(hù)和安全自動裝置技術(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，保護(hù)裝置應(yīng)瞬時動作于信號;當(dāng)產(chǎn)生大量瓦斯時，保護(hù)裝置應(yīng)動作于跳閘，斷開變壓器各側(cè)的斷路器。對于高壓側(cè)未裝設(shè)斷路器的線路—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，瓦斯保護(hù)可僅動作于信號。

2） 反應(yīng)變壓器繞組、引出線的相間短路，中性點直接接地側(cè)繞組、引出線和套管的接地短路，以及繞組匝間短路的電流速斷保護(hù)或縱聯(lián)差動保護(hù)

① 對于6300KVA 以下廠用工作變壓器和并聯(lián)運行的變壓器，10000KVA以下廠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(jī)組的配套設(shè)備），當(dāng)后備保護(hù)的動作時限大于0.5s時，應(yīng)裝設(shè)電流速斷保護(hù)。

② 對于6300KVA 及以上廠用工作變壓器和并列運行的變壓器，10000KVA及以上廠用備用變壓器和單獨運行的變壓器（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)差動保護(hù)。

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

為滿足電力系統(tǒng)穩(wěn)定方面的要求，當(dāng)變壓器發(fā)生故障時，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上的故障只有一套快速保護(hù)。當(dāng)變壓器故障差動保護(hù)拒動時，將由帶延時的后備保護(hù)切除。為了保證在任何情況下都能快速切除故障，對高壓側(cè)電壓為330KV 及以上的變壓器，應(yīng)裝設(shè)雙重差動保護(hù)。

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

3） 反應(yīng)外部相間短路的過電流保護(hù)、復(fù)合電壓起動的過電流保護(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)，又可作相鄰母線或線路保護(hù)的后備。

過電流保護(hù)宜用于降壓變壓器。對于升壓變壓器，系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)變壓器和過電流保護(hù)不符合靈敏度要求（ <1.25）的降壓變壓器，一般采用復(fù)合電壓起動的過電流保護(hù)。對于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的過電流保護(hù)。

對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)不能滿足靈敏性和選擇性要求時，可采用阻抗保護(hù)。各項保護(hù)裝置動作后，應(yīng)帶時限動作于跳閘。

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

在中性點直接接地的電力網(wǎng)中，如變壓器的中性點直接接地運行，對外部單相接地引起的過電流，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)兩個時限，并均以較短的時限動作于母線聯(lián)絡(luò)斷路器，以較長的時限有選擇性地動作于斷開變壓器各側(cè)斷路器。

② 在中性點直接接地的電力網(wǎng)中，如低壓側(cè)有電源的變壓器中性點可能接地運行或不接地運行時，對外部單相接地引起的過電流，以及對因失去接地中性點引起的電壓升高，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時，零序過電壓保護(hù)經(jīng)延時動作于斷開變壓器各側(cè)斷路器。

b、分級絕緣變壓器。變壓器中性點裝設(shè)放電間隙時，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時，零序電流電壓保護(hù)經(jīng)延時動作于斷開變壓器各側(cè)斷路器。

變壓器中性點不裝設(shè)放電間隙時，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)以較短的時限斷開母線聯(lián)絡(luò)變壓器，以較長的時限動作于切除中性點接地的變壓器，應(yīng)先切除中性點不接地變壓器，后切除中性點接地變壓器。