電力變壓器非電量保護

電力變壓器非電量保護第1頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一一.電力變壓器非電量保護概況

為提高設備運行可靠性，保證設備的安全，大型電力變壓器均設置了電量和非電量保護。變壓器內(nèi)部故障時如果這些保護能正確運作，及時切斷電源，便限制了電能轉(zhuǎn)化為熱能和化學能，也限制了油體積的劇烈膨脹及絕緣紙和絕緣油分解成氣體。這樣就可以將故障控制在允許的范圍內(nèi)，有效保護主變，避免故障擴大，減少損失。由于電量保護本身固有的特點，當故障在電量保護的靈敏度或故障種類之外時，就必須依靠非電量保護來保證主變的安全。表1是根據(jù)所反應的物理量不同劃分的幾種非電量保護。2第2頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一保護名稱反應的物理量對應的變壓器故障瓦斯保護輕瓦斯保護氣體體積內(nèi)部放電、鐵心多點接地、內(nèi)部過熱、空氣進入油箱等重瓦斯保護流速、油面高度嚴重的匝間短路、對地短路壓力釋放閥壓力內(nèi)部壓力升高、嚴重的匝間短路及對地短路壓力突變保護壓力內(nèi)部壓力瞬時升高溫度控制器保護溫度冷卻系統(tǒng)失效、溫度升高油位計油位油位過高、過低表1非電量保護的種類3第3頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一二、瓦斯保護原理及運行維護注意事項

電力變壓器的電量型繼電保護，如差動保護、電流速斷保護、零序電流保護等對變壓器內(nèi)部故障是不靈敏的，這主要是內(nèi)部故障從匝間短路開始的，短路匝內(nèi)部的故障電流雖然很大，但反映到線電流卻不大，只有故障發(fā)展到多匝短路或?qū)Φ囟搪窌r才能切斷電源。變壓器內(nèi)部故障的主保護是瓦斯保護，它能瞬間切除故障設備，但氣體繼電器的靈敏度卻取決于整定值（流速）。

4第4頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一1、輕瓦斯保護

(1)保護原理內(nèi)部故障比較輕微或在故障的初期，油箱內(nèi)的油被分解、汽化，產(chǎn)生少量氣體積聚在瓦斯繼電器的頂部，當氣體量超過整定值時，發(fā)出報警信號，提示維護人員進行檢查，防止故障的發(fā)展。(2)設置原則氣體容積動作整定值一般為250～300mL，其動作接點應接入報警信號。二、瓦斯保護原理及運行維護注意事項5第5頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一2、重瓦斯保護(1)保護原理變壓器油箱內(nèi)部發(fā)生故障時，油箱內(nèi)的油被分解、汽化，產(chǎn)生大量氣體，油箱內(nèi)壓力急劇升高，氣體及油流迅速向油枕流動，流速超過重瓦斯的整定值時，瞬間動作切除主變。二、瓦斯保護原理及運行維護注意事項6第6頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一(2)設置原則由于變壓器內(nèi)部故障產(chǎn)生電弧時，故障點附近的油將被高溫分解，由液態(tài)的高分子電離分解為氣態(tài)的氫氣及烴類氣體。少量氣體首先溶于變壓器油中，當產(chǎn)氣速率大于溶解速率時，就在故障區(qū)域產(chǎn)生氣泡。分解的氣體占了變壓器油的空間，必定有同體積的變壓器油被擠向儲油柜。油流和氣體是同時發(fā)生的，一定的產(chǎn)氣速率必定有一定的油流速通過瓦斯繼電器，而產(chǎn)氣的速率則取決于燃弧功率：因此為把故障范圍限制在盡可能小的區(qū)域內(nèi)，通過變壓器瓦斯繼電器油的流速整定值就應該小于最小故障功率的產(chǎn)氣速率。所以，瓦斯繼電器流速的整定應考慮最小的故障功率以及地震和強迫油循環(huán)變壓器油泵同時全部啟動的影響，并考慮壓力釋放閥保護與重瓦斯保護的配合。二、瓦斯保護原理及運行維護注意事項7第7頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一

3、氣體繼電器以雙浮子氣體繼電器為例說明其工作原理。氣體集聚_當局部過熱引起液體和固體絕緣逐漸分解而生成氣體:上浮子落下達其整定位置,發(fā)出報警信號;下浮子位置保持不動。絕緣液體流失_當滲漏造成絕緣液體流失;上浮子下降達其整定位置,發(fā)出報警信號;液面下降造成下浮子位置下降直至達其整定位置時,發(fā)出跳閘信號。絕緣液體涌流_內(nèi)部高能量放電產(chǎn)生快速甚至強烈的分解氣體。由此產(chǎn)生的壓力波引起液體沖向儲油柜的強力涌流:強力涌流沖向油路中的擋板,將浮子強力的推到整定位置致使接點動作。跳閘信號被釋放。通常當變壓器>100MVA,ONAN,ONAF整定值為1.0M/S;對于OFAF,整定值為1.2M/S。

氣體集聚絕緣油泄漏油流涌動二、瓦斯保護原理及運行維護注意事項8第8頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一4、氣體繼電器運行維護中的注意事項：

（1）繼電器應通過氣塞反復排出變壓器本體內(nèi)的氣體。（2）變壓器運行時瓦斯保護裝置應接信號和跳閘，有載分接開關的重瓦斯保護應接跳閘。同時應確保信號和跳閘回路的絕緣性能良好。（3）氣體繼電器應結合變壓器停電進行二次回路電氣絕緣試驗及輕瓦斯動作準確度校驗，在變壓器檢修時或有條件時應拆下繼電器進行動作特性校驗，并做好記錄。（4）繼電器應具備防振、防雨和防潮功能。（5）變壓器在運行時，繼電器應根據(jù)不同的運行、檢修方式及時調(diào)整繼電器的保護方式，并盡快恢復原狀。（6）變壓器在運行中濾油、補油、換潛油泵或更換凈油器的吸附劑時，應將其重瓦斯改接信號，此時其它保護裝置仍應接跳閘。（7）當油位計的油面異常升高或呼吸系統(tǒng)有異?，F(xiàn)象，需要打開放氣或放油閥門時，應先將重瓦斯改接信號。

二、瓦斯保護原理及運行維護注意事項9第9頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一（8）在地震預報期間，應根據(jù)變壓器的具體情況和氣體繼電器的抗震性能，確定重瓦斯保護的運行方式。地震引起重瓦斯動作停運的變壓器，在投運前應對變壓器及瓦斯保護進行檢查試驗，確認無異常后方可投入。（9）當氣體繼電器發(fā)信或動作跳閘時，應進行相應電氣試驗，并取氣樣進行必要的分析，綜合判斷變壓器故障性質(zhì)，決定是否投運。（10）有載分接開關氣體繼電器出現(xiàn)積氣現(xiàn)象時應及時檢查分析。重視繼電器內(nèi)游離炭的積累，將引起接線端子的絕緣下降或接地現(xiàn)象，應及時排出。（11）在繼電器內(nèi)有氣體需要進行取氣樣或排氣時，先擰松導氣盒底部的放油塞，放出部分變壓器油，繼電器內(nèi)的氣體隨油面下降通過銅管進入導氣盒，就可以通過導氣盒上的放氣塞進行放氣或取氣。（12）運行時必須注意導氣盒各接頭的密封情況。二、瓦斯保護原理及運行維護注意事項10第10頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一三、壓力釋放閥的保護原理及運行維護注意事項1、保護原理：

為提高設備運行可靠性，早期投運的大型電力變壓器，逐步將變壓器的安全氣道（防爆管）更換為壓力釋放閥。作為變壓器非電量保護的安全裝置，壓力釋放閥是用來保護油浸電氣設備的裝置，即在變壓器油箱內(nèi)部發(fā)生故障時，油箱內(nèi)的油被分解、氣化，產(chǎn)生大量氣體，油箱內(nèi)壓力急劇升高，此壓力如不及時釋放，將造成變壓器油箱變形、甚至爆裂。安裝壓力釋放閥可使變壓器在油箱內(nèi)部發(fā)生故障、壓力升高至壓力釋放閥的開啟壓力時，壓力釋放閥在2ms內(nèi)迅速開啟，使變壓器油箱內(nèi)的壓力很快降低。當壓力降到關閉壓力值時，壓力釋放閥便可靠關閉，使變壓器油箱內(nèi)永遠保持正壓，有效地防止外部空氣、水分及其他雜質(zhì)進入油箱，且具有動作后無元件損壞，無需更換等優(yōu)點，目前已被廣泛應用。11第11頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一

2、設置原則及運行要求：

壓力釋放閥的開啟壓力設置應結合變壓器的結構考慮，應區(qū)分有升高座和直接裝在油箱頂上的差異及心式變壓器和殼式變壓器的差異等，盲目地降低開啟壓力，容易造成壓力釋放閥保護誤動，壓力釋放閥的微動開關因受潮或振動短路，會引起跳閘，必須盡量避免非電量保護誤動作引起的跳閘事故。由于大多數(shù)變壓器廠家規(guī)定壓力釋放閥接點作用于跳閘，曾多次因壓力釋放閥的二次回路絕緣降低引起跳閘停電事故。為此，變壓器運行規(guī)程(DL／T572—95)規(guī)定“壓力釋放閥接點宜作用于信號”。但當壓力釋放閥動作而變壓器不跳閘時，可能會引發(fā)變壓器的缺油運行而導致故障擴大。為此，可采用雙浮子的瓦斯繼電器與之相配合來保護變壓器：當壓力釋放閥動作導致油位過低時，瓦斯繼電器的下部浮子下沉導通，發(fā)出跳閘信號。三、壓力釋放閥的保護原理及運行維護注意事項12第12頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一3、壓力釋放閥運行維護應注意的事項：（1）變壓器的壓力釋放閥接點宜作用于信號。（2）定期檢查壓力釋放閥的閥芯、閥蓋是否有滲漏油等異?，F(xiàn)象。（3）定期檢查釋放閥微動開關的電氣性能是否良好，連接是否可靠，避免誤發(fā)信。（4）采取有效措施防潮、防積水、防小鳥做窩。（5）結合變壓器大修應做好壓力釋放閥的校驗工作。（6）釋放閥的導向裝置安裝和朝向正確，確保油的釋放通道暢通并避免釋放出的油噴到周圍其他設備及帶電部位。（7）運行中的壓力釋放閥動作后，應將釋放閥的機械電氣信號手動復位。三、壓力釋放閥的保護原理及整定原則13第13頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一1、保護原理感應特定故障下油箱內(nèi)部壓力的瞬時升高，根據(jù)油箱內(nèi)由于事故造成的動態(tài)壓力增長來動作的。當變壓器內(nèi)部發(fā)生故障，油室內(nèi)壓力突然上升，當上升速度超過一定數(shù)值，壓力達到動作值時，壓力開關動作，發(fā)出信號報警或切斷電源使變壓器退出運行。該保護比壓力釋放閥動作速度更快，但不釋放內(nèi)部壓力。2、設置原則其動作接點應接入主變的報警或跳閘信號，動作值應根據(jù)變壓器廠家提供的值進行整定和校驗。四、壓力突變保護原理及運行維護注意事項14第14頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一3、運行維護中應注意的事項：（1）速動油壓（壓力突變）繼電器通過一蝶閥安裝在變壓器油箱側壁上，與儲油柜中油面的距離為1～3m。裝有強油循環(huán)的變壓器，繼電器不應裝在靠近出油管的區(qū)域，以免在啟動和停止油泵時，繼電器出現(xiàn)誤動作。（2）速動油壓繼電器必須垂直安裝，放氣塞在上端。繼電器安裝正確后，將放氣塞打開，直到少量油流出，然后將放氣塞擰緊。（3）速動油壓繼電器動作壓力整定值應參考JB10430-2004《變壓器用速動油壓繼電器》5.3節(jié)速動油壓繼電器動作特性，一般為25kPa/s±20%。（4）應選用質(zhì)量穩(wěn)定、具有良好運行業(yè)績的速動油壓繼電器，變壓器投運前需對保護回路進行傳動試驗，傳動信號直接來自速動油壓繼電器的內(nèi)部接點。由于目前對速動油壓繼電器的動作情況尚缺乏足夠運行經(jīng)驗，因此宜投信號。四、壓力突變保護原理及運行維護注意事項15第15頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一為保護變壓器的安全運行，其冷卻介質(zhì)及繞組的溫度要控制在規(guī)定的范圍內(nèi)，這就需要溫度控制器來提供溫度的測量、冷卻控制等功能。當溫度超過允許范圍時，提供報警或跳閘信號，確保設備的壽命。溫度控制器包括油面溫度控制器和繞組溫度控制器。五、溫控器保護原理及運行維護注意事項16第16頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一1、測溫原理（1）油面溫控器的測溫原理：溫控器主要由彈性元件、毛細管和溫包組成，在這三個部分組成的密閉系統(tǒng)內(nèi)充滿了感溫液體，當被測溫度變化時，由于液體的“熱脹冷縮”效應，溫包內(nèi)的感溫液體的體積也隨之線性變化，這一體積變化量通過毛細管遠傳至表內(nèi)的彈性元件，使之發(fā)生相應位移，該位移經(jīng)齒輪機構放大后便可指示該被測溫度，同時觸發(fā)微動開關，輸出電信號驅(qū)動冷卻系統(tǒng)，達到控制變壓器溫升的目的。

五、溫控器保護原理及運行維護注意事項17第17頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一

（2）繞組溫度控制器的測溫原理。

變壓器油面溫度是可以直接測量出來的，但繞組由于處于高壓下而無法直接測量其溫度，其溫度的測量是通過間接測量和模擬而成的。繞組和冷卻介質(zhì)之間的溫差是繞組實際電流的函數(shù)，電流互感器的二次電流(一般用套管的電流互感器)和變壓器繞組電流成正比。電流互感器二次電流供給溫度計的加熱電阻，產(chǎn)生一個顯示變壓器負載的讀數(shù)，它相當于實測的銅一油溫差(溫度增量)。這種間接測量方法提供一個平均或最大繞組溫度的顯示即所謂的熱像。五、溫控器保護原理及運行維護注意事項18第18頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一（3）測量值的遠程顯示原理

為了將測量值傳送到控制室作遠程指示，溫度控制器將銅或鉑電阻傳感器阻值的變化或溫度變化產(chǎn)生的機械位移變?yōu)榛€變阻的阻值變化，模擬輸出為4～20mA電信號，在遠方轉(zhuǎn)化為數(shù)字或模擬顯示。使用滑線變阻的形式，其優(yōu)點是接線比較簡單，對于較長的傳輸途徑不需要補償線路，電流信號對雜散磁場和溫度干擾不敏感。五、溫控器保護原理及運行維護注意事項19第19頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一2、設置原則大型電力變壓器應配備油面溫度控制器及繞組溫度控制器，并有溫度遠傳的功能，為能全面反映變壓器的溫度變化情況，一般還將油面溫度控制器配置雙重化，即在主變的兩側均設置油面溫度控制器。為防止非電量保護誤動作引起跳閘事故，許多單位規(guī)定溫度控制器的接點不接入跳閘：但實際上是否接入跳閘應考慮變壓器的結構形式及變電站的值班方式，如由于殼式變壓器結構的特殊性，當變電站為無人值班時，其油面溫度控制器的跳閘接點應嚴格按廠家的規(guī)定接入跳閘。而對于冷卻方式為強迫油循環(huán)風冷的變壓器一般應接入跳閘，對于冷卻方式為自然油浸風冷的變壓器則可僅發(fā)信號。變壓器溫度高跳閘信號必須采用溫度控制器的硬接點，不能使用遠傳到控制室的溫度來啟動跳閘：在某220kV變電站中，由于采用遠傳的溫度來啟動跳閘，在電阻溫度計回路斷線或接觸電阻增大時，反映到控制室的溫度急劇升高，超過150％則引起誤動跳閘。要發(fā)揮溫度控制器對變壓器的保護作用，關鍵在于保證控制器的準確性。某220kV變電站因?qū)⒂蜏貑永鋮s器接點與跳閘接點的回路對調(diào)，導致變壓器運行中油溫升高，達到啟動冷卻器的溫度值時引起變壓器誤跳閘。所以溫度控制器必須按規(guī)程進行定期校驗，并保證接點回路接線的正確，防止因接線錯誤導致變壓器的誤跳閘。五、溫控器保護原理及運行維護注意事項20第20頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一3、溫控器運行維護中應注意的事項：（1）變壓器應裝設溫度保護，如有指示曾經(jīng)到過的最高溫度的指針，安裝時，必須將該指針放在與顯示實時溫度重疊的位置。（2）變壓器必須定期檢查、記錄變壓器油溫及曾經(jīng)到過的最高溫度值。應按照頂層油溫來控制冷卻裝置的投切、溫度過高發(fā)信。（3）變壓器投入運行后現(xiàn)場溫度計指示的溫度、控制室溫度顯示裝置、監(jiān)控系統(tǒng)的溫度三者基本保持一致，相差一般不超過5℃。（4）溫度計座內(nèi)應注有適量的變壓器油。（5）繞組溫度計變送器的電流值必須與變壓器用來測量繞組溫度的套管型電流互感器電流相匹配。由于繞組溫度是通過間接測量換算而來，故宜投信號，在運行中僅作參考。（6）應結合停電，定期校驗溫度計。五、溫控器保護原理及運行維護注意事項21第21頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一4、變壓器的幾種常見冷卻方式：（1）ONAN：片散中油和空氣均自然循環(huán)。（2）ONAF：片散中油自然循環(huán)，風扇強迫空氣循環(huán)。（3）OFAF：在片散或冷卻器中，油通過泵強迫循環(huán)；空氣通過風扇強迫循環(huán)。（4）ODAF：在片散或冷卻器中，油流通過油箱內(nèi)部的集油腔盒導向孔流入繞組，油流通過油泵強迫循環(huán)，空氣通過風扇強迫循環(huán)。五、溫控器保護原理及運行維護注意事項22第22頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一5、冷卻裝置運行中應注意的事項：（1）自然油循環(huán)風冷、強迫油循環(huán)冷卻變壓器，應裝設冷卻系統(tǒng)故障保護，當冷卻系統(tǒng)部分故障時應發(fā)信號。（2）對強迫油循環(huán)冷卻的變壓器，應裝設冷卻器全停保護，當冷卻系統(tǒng)全停時應按下述要求整定出口跳閘。當冷卻系統(tǒng)故障切除全部冷卻器時，允許帶額定負載運行20min。如20min后頂層油溫尚未達到75℃，則允許上升到75℃，但在這種狀態(tài)下運行的最長時間不得超過1h。（3）變壓器冷卻系統(tǒng)必須有兩個相互獨立的系統(tǒng)電源，并裝有自動/手動切換裝置。（4）對有兩臺或多臺冷卻油泵的變壓器，應具備自動