电力变压器是电力系统中十分重要的供电元件,为了供电的可靠性和系统正常运行,就必须视其容量的大小、电压的高低和重要程度,设置相应的继电保护装置。
变压器的内部故障可以分油箱内部和油箱外部故障两种。油箱内部的故障包括绕组的相间短路、接地短路、匝间短路以及铁芯的绕损等,对变压器来讲,这些故障都是十分危险的,因为油箱内故障时产生的电弧,将引起绝缘物质的剧烈气化,从而可能引起爆炸,因此,这些故障应该尽快加以切除。油箱外的故障,主要是绝缘套管和引出线上发生相间短路和接地短路。
变压器的不正常运行状态主要有:由于变压器外部相间短路引起的过电流和外部接地短路引起的过电流和中性点过电压;由于负荷超过额定容量引起的过负荷以及由于漏油等原因引起的油面降低。
此外,对大容量变压器,由于其额定工作时的磁通密度接近于铁芯的饱和磁通密度,因此,在过电压或低频率等异常运行方式下,还会发生变压器的过励磁故障。针对电力变压器的上述故障类型及不正常运行状态,应对变压器装设相应的继电保护装置。
电力变压器的主保护
1、0.8M VA及以上的油浸式变压器和0.4M VA及以上的车间内油浸式变压器,均应装设瓦斯保护。当壳内故障产生轻微瓦斯或油面下降时,应瞬时动作于信号;当产生大量瓦斯时,应动作于断开变压器各侧断路器。带负荷调压的油浸式变压器的调压装置,亦应装设瓦斯保护。
2、6.3M VA以下厂用工作变压器和并列运行的变压器,以及10M VA以下厂用备用变压器和单独运行的变压器,当后备保护时限大于0.5s时,应装设电流速断保护。
3、对6.3M VA及以上的厂用工作变压器和并列运行的变压器,10M VA及以上厂用备用变压器和单独运行的变压器,应装设纵联差动保护(以下简称纵差保护)。
4、对高压侧电压为330kV及以上的变压器,可装设双重纵差保护。
5、纵差保护应能躲过励磁涌流和外部短路产生的不平衡电流,应在变压器过励磁时不误动。差动保护的范围应包括变压器绕组、套管及其引出线。
6、对110kV及以上中性点直接接地电网中的变压器,应在变压器中性点接地线上装设反应接地故障的零序电流保护。对于只有部分变压器中性点接地运行的变电所,当变压器为分级绝缘时,零序保护动作时应首先切除中性点不接地运行的变压器,如果故障未消失再切除中性点接地的变压器,以防止中性点不接地运行变压器出现危害的过电压。
7、对高压侧电压为500kV或容量在240M VA及以上的变压器,当频率降低和电压升高引起的变压器工作磁密过高,应装设过励磁保护。保护由两段组成,低定值段动作于信号,高定值段动作于跳闸。
8、对变压器温度及油箱内压力升高和冷却系统故障,应按电力变压器标准要求,装设作用于信号或动作于跳闸的装置。
电力变压器的后备保护
1、变压器的相间短路后备保护首先考虑采用过电流保护,当过电流保护满足不了灵敏度要求时,可选用复合电压起动的过电流保护,若仍满足不了灵敏度的要求。则可选择阻抗保护。
2、双绕组变压器,后备保护应装在主电源侧,根据主接线情况,保护可带一段或两段时限,以较短的时限缩小故障影响范围,跳母联或分段断路器;较长的时限断开变压器各侧的断路器。
3、三绕组变压器和自耦变压器,后备保护要分别装在主电源侧和主负荷侧。主电源侧的保护带两段时限,以较短的时限断开未装保护侧的断路器,主负荷侧的保护动作于本侧断路器。当上述方式不符合灵敏性要求时,可在各侧装设后备保护。各侧保护应根据选择性的要求考虑加装方向元件。
4、0.4M VA及以上的变压器应设置过负荷保护,其动作时间应大于电动机的自启动时间,-般动作于信号。
电力变压器的电流和电压保护为反应变压器外部故障而引起的变压器绕组过电流,以及在变压器内部故障时,作为差动保护和瓦斯保护的后备,变压器应装设过电流保护。根据变压器容量和系统短路电流水平的不同,实现保护的方式有:过电流保护、低电压启动的过电流保护、复合电压启动的过电流保护以及负序过电流保护等。
变压器的过电流保护
1、保护装置的启动电流应按照躲开变压器可能出现的最大负荷电流来整定。保护动作后,应跳开变压器两侧的断路器。①按躲开变压器可能的最大负荷电流整定;②按躲过负荷自启动的最大工作电流整定;③按躲过变压器低压母线自动投入负荷整定;④按于相邻保护配合整定。
2、复合电压启动的变压器过电流保护
是由一个负序电压继电器(由过电压继电器接于负序电压过滤器上构成)和一个接于线电压上的低电压继电器组成电压闭锁回路,只当电压和电流元件同时动作后,才能经过延时动作于跳闸。
3、电力变压器的瓦斯保护
当在变压器油箱内部发生故障(包括轻微的匝间短路和绝缘破坏引起的经电弧电阻的接地短路)时,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,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。利用油箱内部故障时的这一特点,构成反应于上述气体而动作的瓦斯保护装置。
瓦斯保护的主要优点是动作迅速、灵敏度高、安装接线简单、能反应油箱内发生的各种故障。缺点是不能反应油箱以外的套管以及引出线等部位上发身的故障。
