浅谈变压器的继电保护
摘要: 继电保护是电力系统安全正常运行的重要保障,目前已经得到了广泛的应用，了解变压器继电保护与预防性试验的有机结合才能保证电力设施的安全、经济、可靠投入运行,确保电力正常运行。
关键词:变压器；继电保护;预防性试验
一．前言
继电保护是电力系统安全正常运行的重要保障,而继电保护装置就是能反映被保护设备的故障或不正常运行状态,并使断路器跳闸或发出信号的一种自动装置,当被保护设备发生故障时,它能自动迅速有选择地动作于断路器,从而将故障设备从电网中切除,保证无故障设备迅速恢复正常运行,并使故障设备免于继续遭受破坏。
因此,必须根据变压器的容量及重要性进行预防性试验数据检测以及装设性能良好、动作可靠的保护装置。
二．变压器的故障
变压器的故障由油箱内部和油箱外部故障2种组成。
内部故障主要包括:相间短路,绕组匝间短路,单相接地故障等。
此外,变压器还有可能出现异常运行状态。
例如漏油造成的油位下降;由于外部短路引起的过电流或长时间过负荷,使变压器绕组过热,绕组绝缘加速老化,甚至引起内部故障,缩短变压器的使用寿命。
因此,对此类异常运行也应该采取措施加以消除。
三．变压器的继电保护
（1）瓦斯保护
变压器是利用变压器油做绝缘和冷却介质的。
当变压器内部发生故障时,短路电流所产生的电弧将使变压器油和其他绝缘物分解,产生大量的气体;利用这些气体形成动作,以反映气体产生的量或
油面下降状况的保护装置——瓦斯保护。
瓦斯保护的主要元件是瓦斯继电器。
可使气流易于进入油枕,并能防止气泡积聚在变压器的顶盖内[1]。
瓦斯保护可以有效的反映变压器内部故障,因为它具有灵敏度高、动作迅速接线简单的特点,特别是变压器内匝间短路的匝数很少时,故障回路的电流虽然很大,但反映在外部电源的电流
变化却很少。
这时差动保护有可能不动作,而瓦斯保护却能可靠地动作。
运行经验也证明了变压器油箱内的故障大部分是由瓦斯保护反映和动作切除的。
（2）气体成分分析
当气体瓦斯继电器动作而且器内出现气体时,就要分析其气体
成分。
油纸绝缘材料会在电或热的作用下分解,产生各种气体,其中对判断故障有价值的气体是甲烷、乙烷、乙烯、乙烃、氢、一氧化碳、二氧化碳。
在正常运行温度下,与固体绝缘的正常老化过程中,产生的气体主要是一氧化碳和二氧化碳。
在温度高于1000℃时,例如电弧弧道温度(3000 ℃以上)的作用下,油分解产物中含有较多
的一氧化碳和二氧化碳,表1为不同类型故障产生的主要和次要气体。
表1不同故障类型产生的气体组成[2]
有时设备内并不存在故障,而由于其他原因,在油中也会出现上述气体,要注意这些可能引起误判断的气体来源。
但根据现有统计资料,固体绝缘的正常老化过程与故障情况裂化分解,表现在油中一氧化碳的含量上,一般情况下没有严格的界限。
二氧化碳含量的规律更不明显。
所以在考察这两种气体含量时更应该注意结合具体变压器的结构特点,运行温度,负荷情况,运行历史等情况加以分析。
（3）直流电阻测量
变压器发生了差动保护动作的故障,而外部可视的部分没有明显的故障点,就要查变压器内部的线圈绕组的直流电阻。
直流电阻测量的结果往往受温度的影响,而变压器绕组的温度又难以测准,因此,测量结果应以三相电阻是否平衡,历次变化规律是否一致进行比较判断,绝对值难于作为判断依据。
所以测得电阻值与历史资料比较时应换算到同一温度下进行,此时应保证变压器绕组温度的测量准确性,然后对照预防性试验规程满足下面3点[3] :
(1) 1.6mva以上变压器,各相绕组电阻相互间的差别不应大于三相平均值的2%;无中性点引出的绕组,绕组线间差别不应大于三相平均值的1%。
(2) 1.6mva以下变压器,各相绕组电阻相互间的差别不应大于三相平均值的4%;绕组线间差别不应大于三相平均值的2%。
(3)与以前相同部位测得值比较,其变化不应大于2%。
由于变压器因外部短路引起的过电流,作为变压器本身故障的后备保护,变
压器均装设过电流保护,对于单侧电源的变压器,过电流保护的电
流互感器安装在电源侧,这样当变压器内部故障且差动(或速断)等快速动作的保护举动时,则由过电流保护经过整定时限动作于变压器两侧的断路器。
继电保护装置主要是通过缩小事故范围或预防事故的发生来提高电力系统运行的可靠性,最大限度的保证向用户安全连续供电,它是电力系统安全运行不可缺少的重要组成。
（4）差动保护
变压器绕组内部和引出线上发生各种相间短路,变压器单相匝
间短路绕组脱股的主要保护我们就可以利用差动保护来实现。
为补偿两侧电流相位不同引起的不平衡电流,需要采用相位补偿的方法,将y侧的ta按y/d5接线, △侧的ta′按y/y012接线。
这种接线方式,可以使回路中的电流为零,如图1所示。
ta流入差流回路的电流iay = iby′- iay′,不考虑互感器角误差的情况下, iby′, iay′分别与iby , iay同相位, iby - iay的相量指向5点,为y/d5接线。
ta′流入差流回路的电流iad与ia 同相位, 指向11点,故iad与iay反向,若其值相等,则流入差流回路的电流为零。
从理论上讲,正常及外部故障时,差回路中的电流为零。
而当两侧电流互感器之间的电气设备发生故障,差回路的电流很大,以致使得差动继
电器动作跳开相关开关,保护设备保护系统的正常运行。
图1差动保护原理[1]
四．结语
随着科学技术的不断进步,继电保护技术日益呈现出向微机化,
网络化,智能化,保护、控制、测量和数据通信一体化发展的趋势。
将把电力工业的自动化程度推向一个更高的水平。
参考文献:
[1]卓乐友.电力工程电气设计手册[m].北京:中国电力出版社,2004.
[2]湖南电力试验研究所.高压电气设备试验方法导则第二分册[z].湖南电力试验研究所内部资料,1994.
[3]电力工业部.电力设备预防性试验规程[m].北京:中国电力出版社,1997.80
注：文章内所有公式及图表请以pdf形式查看。