變壓器內部故障-課件

變壓器內部故障

油箱內故障：繞組的相間短路、接地短路、 匝間短路、鐵心燒損等.油箱外部故障：套管和引出線上發(fā)生相間短 路和接地短路

油箱內部故障非常危險，高溫電弧不僅會燒毀繞組和鐵芯，還會使變壓器油絕緣分解產生大量氣體，引起變壓器油箱爆炸的嚴重后果油箱內故障油箱外部故障變壓器不正常運行狀態(tài)主要包括：

由于變壓器外部相間短路引起的過電流（相間短路——過電流）由于變壓器外部接地短路引起的過電流和中性點過電壓（接地短路——過電流、中性點過電壓）由于負荷超過額定容量引起的過負荷（過負荷）

由于漏油等原因而引起的油面降低（油面降低）

在過電壓或低頻率等異常運行方式下，發(fā)生變壓器的過勵磁（過勵磁）

變壓器的不正常運行狀態(tài)會使繞組和鐵芯過熱。此外，對于中性點不接地運行的星形接線方式變壓器，外部接地短路時有可能造成變壓器中性點過電壓，威脅變壓器的絕緣；大容量變壓器在過電壓或低頻率等異常運行方式下會發(fā)生變壓器的過勵磁，引起鐵芯和其它金屬構件的過熱。

變壓器不正常運行時，繼電保護應根據(jù)其嚴重程度，發(fā)出告警信號，使運行人員及時發(fā)現(xiàn)并采取相應的措施，以確保變壓器的安全。

保護方式

瓦斯保護

特點：動作迅速，靈敏性高，安裝接線簡單。反應油箱內的各種故障，不反應油箱外部的故障。對變壓器油箱內的各種故障、應裝設瓦斯保護，它反應于油箱內部所產生的氣體或油流而動作。其中輕瓦斯保護動作于信號，重瓦斯保護動作于跳開變壓器各電源側的斷路器。裝設范圍：800kVA及以上的油浸式變壓器和400kVA及以上的車間內油浸式變壓器?？v差動保護或電流速斷保護

特點：反應變壓器油箱內外故障對變壓器繞組、套管及引出線上的故障，應裝設差動保護或電流速斷保護?？v差動保護范圍：6300kVA以上并列運行的變壓器；10000kVA以上單獨運行的變壓器；容量為6300kVA以上的發(fā)電廠廠用變壓器和工業(yè)企業(yè)中的重要變壓器。電流速斷的保護適用：10000kVA以下的變壓器，且其過電流保護的時限大于0.5s時?？v差動保護和電流速斷動作后，均應跳開變壓器各電源側的斷路器。外部相間短路時，應采用的保護

對于外部相間短路引起的變壓器過電流，應采用下列保護：a、過電流保護：用于降壓變壓器，保護的整定值考慮在事故狀態(tài)下可能出現(xiàn)的過負荷電流b、復合電壓（負序電壓和線電壓）起動的過電流保護：用于升壓變壓器及過電流保護靈敏性不滿足要求的降壓變壓器上c、負序電流及單相式低電壓起動的過電流保護：用于大容量升壓變壓器和系統(tǒng)聯(lián)絡變壓器d、阻抗保護：對升壓變壓器和系統(tǒng)聯(lián)絡變壓器當采用b、c的保護不能滿足靈敏性和選擇性要求時，采用阻抗保護。外部接地短路時，應采用的保護

a、中性點直接接地電力網(wǎng)內，應裝設零序電流保護

b、自耦變壓器和高、中壓側中性點都直接接地的三繞組變壓器，當有選擇性要求時，應增設零序方向元件。過負荷保護

對400kVA以上的變壓器，當數(shù)臺并列運行或單獨運行并作為其它負荷的備用電源時，應根據(jù)可能過負荷的情況，裝設過負荷保護。過勵磁保護

高壓側電壓為500kV及以上的變壓器，對頻率降低和電壓升高而引起的變壓器勵磁電流的升高，應裝設過勵磁保護。（在變壓器過勵磁允許的范圍內，保護作用于信號，超過允許值，可動作于跳閘）

其它保護

對變壓器溫度及油箱內壓力升高和冷卻系統(tǒng)故障，應裝設可作用于信號或動作于跳閘的保護裝置。第二節(jié)變壓器縱差動保護

主要是變壓器內部繞組故障、外部套管及引出線故障構成變壓器縱差動保護的基本原則

雙繞組變壓器Ｉ-Ｉ高壓側低壓側為變壓器兩側的一次電流參考方向均由母線指向變壓器、分別為兩側電流互感器的變比。

則流入差動繼電器KD的電流為：因此縱差動保護的動作判據(jù)為：為相應的電流互感器二次電流設變壓器的變比為:忽略變壓器的損耗，正常運行和區(qū)外故障時有:Ｉ-Ｉ高壓側低壓側則差動電流可表示為：若選擇電流互感器的變比，使之滿足:則有：正常運行和變壓器外部故障時，差電流為零，保護不會動作；

由于變壓器高壓側和低壓側的額定電流不同，為確?？v差動保護的正常工作，必須適當選取電流互感器的變比，使得在正常運行和外部故障時，兩個二次電流相等，即應使：其中：高壓側電流互感器變比：變壓器的變比：低壓側電流互感器變比基本原則要實現(xiàn)變壓器的縱差保護，必須適當?shù)倪x擇兩側電流互感器的變比，使其比值等于變壓器的變比，即由于變壓器常采用Y，d11的接線方式，因此，其兩側電流的相位差為，若兩側電流互感器仍采用通常的接線方式，則二次電流由于相位不同，也會有一個差電流流入繼電器，為消除這種不平衡電流的影響，通常都是將變壓器星形側的三個電流互感器接成三角形，而將變壓器三角形側的三個電流互感器接成星形，并適當考慮聯(lián)接方式后，即可把二次電流的相位校正過來。Ｉ-ＩＩ-ＩＩ-Ｉ變壓器星形側的三個電流互感器接成三角形變壓器三角形側的三個電流互感器接成星形外部故障時由于，三種制動電流都等于變壓器的穿越電流；內部故障時，制動電流的大小是不一樣的，在不考慮負荷電流影響時，后兩種方法的制動電流比較小。但應該指出，在故障電流很大，負荷電流影響可以忽略的情況下，各種方法都有很高的靈敏度；只有在故障電流與負荷電流差不多甚至更小時，分析各種制動電流的相對大小才是有意義的。

第三節(jié)變壓器的電流和電壓保護為反應變壓器外部故障而引起的變壓器繞組過電流，以及在變壓器內部故障時作為差動保護和瓦斯保護的后備（變壓器主保護的近后備保護，相鄰母線或線路的遠后備保護），變壓器應裝設過電流保護，根據(jù)變壓器容量和系統(tǒng)短路電流水平不同，實現(xiàn)保護的方式有：過電流保護，低電壓啟動的過電流保護，復合電壓起動的過電流保護及負序過電流保護。變壓器的過電流保護~It跳QF1跳QF2變壓器過電流保護的單相原理接線圖變壓器過電流保護與線路保護中定時限過電流保護原理相同，保護動作后應跳開變壓器兩側的斷路器。保護裝置的起動電流應按照躲開變壓器可能出現(xiàn)的最大負荷電流IL.max來整定：QF2QF1對并列運行的變壓器應考慮因故障突然切除一臺所出現(xiàn)的過負荷，當各臺變壓器容量相同時，可按：其中：n并列運行變壓器的最小臺數(shù)In每臺變壓器的額定電流此時保護裝置的起動電流應整定為：Krel=1.2-1.3Kre=0.85-0.95IL.max可按以下情況考慮，并取最大值：

對降壓變壓器，考慮低壓側負荷電動機自起動時的最大電流KssIL.max,起動電流應整定為：Kss－自起動系數(shù)。其值與負荷性質及用戶與電源間的電氣距離有關110kV降壓變電站的6-110kV側:取Kss=1.5-2.5;110kV降壓變電站的35kV側:取Kss=1.5-2.0保護的動作時限應比相鄰元件保護的最大動作時限大△t按上述條件選擇的起動電流，其值一般較大，往往不能滿足作為相鄰元件后備保護的要求，需采用以下幾種提高靈敏性的措施。低電壓起動的過電流保護低電壓起動過電流保護的原理接線圖～Ｕ<abcＵ<Ｕ<跳閘回路電壓回路斷線指示只當電流元件和電壓元件同時動作后，才能起動時間繼電器，經過預定的延時，起動出口繼電器動作于跳閘。分析：①正常時，低壓繼電器的觸點全部斷開，中間繼電器線圈中無電流，故中間繼電器觸點斷開～Ｕ<abcＵ<Ｕ<跳閘回路電壓回路斷線指示～Ｕ<abcＵ<Ｕ<跳閘回路電壓回路斷線指示②當a、b相相間短路，低壓繼電器（1）觸頭閉合，中間繼電器線圈有電流；電流繼電器I1、I2動作，跳閘回路有信號輸出～Ｕ<abcＵ<Ｕ<跳閘回路電壓回路斷線指示③當某路電壓回路斷線，中間繼電器觸點閉合，因跳閘回路無信號通過中間繼電器另一頭，故只發(fā)出電壓回路斷線指示低電壓繼電器的動作電壓按以下條件整定，并取最小值。

(1)按躲過正常運行時可能出現(xiàn)的最低工作電壓整定

UL.min最低工作電壓，一般取0.9Un；Krel可靠系數(shù)，取1.1～1.2；Kre繼電器的返回系數(shù)，取1.15～1.25。

(2)按躲過電動機自起動時的電壓整定當?shù)蛪豪^電器由變壓器低壓側互感器供電時當?shù)蛪豪^電器由變壓器高壓側互感器供電時

低電壓繼電器的靈敏系數(shù)按下式校驗:要求

過電壓繼電器U>：大于整定值動作觸點斷開，小于整定值不動作觸點閉合。低電壓繼電器U<：大于整定值不動作觸點斷開，小于整定值動作觸點閉合。abcU2>U<U2過濾器I456電壓回路跳閘回路3.復合電壓起動的過電流保護復合電壓起動的過電流保護將原來的三個低電壓繼電器改由一個負序電壓繼電器和一個接于線電壓的低電壓繼電器５組成。分析①正常時，無負序電壓，４觸點閉合，５觸點斷開，６線圈中無電流，觸頭斷開，無跳閘信號②當發(fā)生各種不對稱短路時，由于出現(xiàn)負序電壓，因此繼電器４動作，其常閉觸點打開，于是加于低電壓繼電器５上的電壓被迫變成零，則５動作，觸點閉合。這時電流繼電器１～３中至少應有兩個動作，于是就可以起動時間繼電器７，經過預定的時限動作于跳閘。③當發(fā)生三相短路時，由于在短路開始瞬間一般會短時出現(xiàn)一個負序電壓，使繼電器4動作，因此，低電壓繼電器5不動作，5觸點閉合，待負序電壓消失后，繼電器4返回，觸點閉合，則繼電器5又接于線電壓Uca上，由于三相短路時，三相電壓均降低，故繼電器5仍將處于動作狀態(tài)，這時保護裝置的工作情況就相當于一個低電壓起動的過電流保護。④負序電壓元件的起動電壓按躲開正常運行方式下負序過濾器出現(xiàn)的最大不平衡電壓來整定。根據(jù)運行經驗，起動電壓U2.set可取為：

U2.set=(0.06~0.12)Un復合電壓起動的過電流保護具有以下優(yōu)點：由于負序電壓繼電器的整定值小，故在不對稱短路時，電壓元件的靈敏系數(shù)高。由于保護反應負序電壓，因此對于變壓器的不對稱短路，與變壓器的接線方式無關。在三相短路時，如果由于瞬間出現(xiàn)負序電壓，使繼電器4和5動作，則在負序電壓消失后，5又接于線電壓上，只要5不返回，就可保證保護裝置繼續(xù)處于動作狀態(tài)。由于具有上述優(yōu)點且接線比較簡單，復合電壓起動的電流保護得到廣泛應用。4.三繞組變壓器相間短路后備保護的特點I3QF1QF2QFIIIIIItIItIIIt三繞組變壓器一側斷路器跳開后，另外兩側還能夠繼續(xù)運行。所以三繞組變壓器的相間后備保護在作為相鄰元件的后備時，應該有選擇性地只跳開近故障點一側的斷路器，保證另外兩側繼續(xù)運行，盡可能的縮小故障影響范圍；而作為變壓器內部故障的后備時，應該跳開三側斷路器，使變壓器退出運行。4.三繞組變壓器相間短路后備保護的特點I3QF1QF2QFIIIII1k2kItIItIIIt為此，通常要在變壓器的兩側或三側都裝設過電流保護裝置(或復合電壓起動過電流等)，各側保護之間要相互配合。保護的配置與變壓器主接線方式及其各側電源情況等因素有關，不同的運行單位配置方法也有所不同。

k1點故障時，應只跳開斷路器QF3；k2點故障時則將QF1、QF2、QF3全部跳開。第四節(jié)變壓器接地短路的后備保護

電力系統(tǒng)中，接地故障是最常見的故障形式。接于中性點直接接地系統(tǒng)的變壓器，一般要求在變壓器上裝設接地保護，作為變壓器主保護和相鄰元件接地保護的后備保護。發(fā)生接地故障時，變壓器中性點將出現(xiàn)零序電流和零序電壓。變壓器的接地后備通常都是反應這些電氣量構成的。一、變電所單臺變壓器的零序電流保護中心點直接接地運行的變壓器都采用零序電流保護作用變壓器接地后備保護。零序電流保護通常采用兩段式。零序電流I段與相鄰元件零序電流保護I段(瞬時段)相配合；零序電流II段與相鄰元件零序電流保護后備段(注意，不是II段)相配合。與三繞組變壓器相間后備保護類似，零序電流保護在配置上要考慮縮小故障影響范圍的問題。根據(jù)需要，每段零序電流可設兩個時限，并以較短的時限動作于縮小故障影響范圍，以較長的時限斷開變壓器各側斷路器。QF1TAQFQF2系統(tǒng)接線H1H2跳QF跳QF1、QF2保護邏輯ⅠⅡ母聯(lián)斷路器零序電流取自變壓器中性點電流互感器的二次側。由于是雙母線運行，在另一條母線故障時，零序電流保護應該跳開母聯(lián)斷路器QF，使變壓器能夠繼續(xù)運行。所以零序電流I段和II段均采用兩個時限，短時限t1、t3跳開母聯(lián)斷路器QF，長時限t2、t4跳開變壓器兩側斷路器。若是母線Ⅰ故障，則母聯(lián)斷開后，零序電流保護將自動返回，若不是母線Ⅰ故障，則經長時限后跳開變壓器兩側的斷路器。零序電流I段的動作電流按下式整定:Krel--可靠系數(shù)，取1.2Kb--零序電流分支系數(shù)

--相鄰元件零序電流I段的動作電流零序電流I段的短時限取t1=0.5-1s； 長延時在t2=t1+Δt上再增加一級時限。零序電流I段的靈敏系數(shù)按變壓器母線處故障校驗；II段按相鄰元件末端故障校驗。校驗方法與線路零序電流保護相同。對于三繞組變壓器，往往有兩側中性點直接接地運行。應該在兩側的中性點上分別裝設兩段式的零序電流保護。各側的零序電流保護作為本側相鄰元件保護的后備和變壓器主保護的后備。在動作電流整定時要考慮對側接地故障的影響，靈敏度不夠時可考慮裝設零序電流方向元件。若不是雙母線運行，各段也設兩個時限，短時限動作于跳開變壓器的本側斷路器；長時限動作于跳開變壓器的各側斷路器。若是雙母線運行，也需要按照盡量減少影響范圍的原則，有選擇性的跳開母聯(lián)斷路器、變壓器本側斷路器和各側斷路器第五節(jié)變壓器的瓦斯保護

電力變壓器通常是利用變壓器油作為絕緣和冷卻介質。當變壓器油箱內故障時，在故障電流和故障點電弧的作用下，變壓器油和其它絕緣材料會因受熱而分解，產生大量氣體。氣體排出的多少以及排出速度，與變壓器故障的嚴重程度有關。利用這種氣體來實現(xiàn)保護的裝置，稱為瓦斯保護。瓦斯保護能夠保護變壓器油箱內的各種輕微故障(例如繞組輕微的匝間短路、鐵芯燒損等)。對于反應電氣量的保護，這