變壓器內(nèi)部故障-課件

變壓器內(nèi)部故障

油箱內(nèi)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(nèi)部故障非常危險(xiǎn)，高溫電弧不僅會(huì)燒毀繞組和鐵芯，還會(huì)使變壓器油絕緣分解產(chǎn)生大量氣體，引起變壓器油箱爆炸的嚴(yán)重后果油箱內(nèi)故障油箱外部故障變壓器不正常運(yùn)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(diǎn)過電壓（接地短路——過電流、中性點(diǎn)過電壓）由于負(fù)荷超過額定容量引起的過負(fù)荷（過負(fù)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(yùn)行方式下，發(fā)生變壓器的過勵(lì)磁（過勵(lì)磁）

變壓器的不正常運(yùn)行狀態(tài)會(huì)使繞組和鐵芯過熱。此外，對于中性點(diǎn)不接地運(yùn)行的星形接線方式變壓器，外部接地短路時(shí)有可能造成變壓器中性點(diǎn)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(yùn)行方式下會(huì)發(fā)生變壓器的過勵(lì)磁，引起鐵芯和其它金屬構(gòu)件的過熱。

變壓器不正常運(yùn)行時(shí)，繼電保護(hù)應(yīng)根據(jù)其嚴(yán)重程度，發(fā)出告警信號，使運(yùn)行人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)并采取相應(yīng)的措施，以確保變壓器的安全。

保護(hù)方式

瓦斯保護(hù)

特點(diǎn)：動(dòng)作迅速，靈敏性高，安裝接線簡單。反應(yīng)油箱內(nèi)的各種故障，不反應(yīng)油箱外部的故障。對變壓器油箱內(nèi)的各種故障、應(yīng)裝設(shè)瓦斯保護(hù)，它反應(yīng)于油箱內(nèi)部所產(chǎn)生的氣體或油流而動(dòng)作。其中輕瓦斯保護(hù)動(dòng)作于信號，重瓦斯保護(hù)動(dòng)作于跳開變壓器各電源側(cè)的斷路器。裝設(shè)范圍：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?？v差動(dòng)保護(hù)或電流速斷保護(hù)

特點(diǎn)：反應(yīng)變壓器油箱內(nèi)外故障對變壓器繞組、套管及引出線上的故障，應(yīng)裝設(shè)差動(dòng)保護(hù)或電流速斷保護(hù)。縱差動(dòng)保護(hù)范圍：6300kVA以上并列運(yùn)行的變壓器；10000kVA以上單獨(dú)運(yùn)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(hù)適用：10000kVA以下的變壓器，且其過電流保護(hù)的時(shí)限大于0.5s時(shí)?？v差動(dòng)保護(hù)和電流速斷動(dòng)作后，均應(yīng)跳開變壓器各電源側(cè)的斷路器。外部相間短路時(shí)，應(yīng)采用的保護(hù)

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

a、中性點(diǎn)直接接地電力網(wǎng)內(nèi)，應(yīng)裝設(shè)零序電流保護(hù)

b、自耦變壓器和高、中壓側(cè)中性點(diǎn)都直接接地的三繞組變壓器，當(dāng)有選擇性要求時(shí)，應(yīng)增設(shè)零序方向元件。過負(fù)荷保護(hù)

對400kVA以上的變壓器，當(dāng)數(shù)臺(tái)并列運(yùn)行或單獨(dú)運(yùn)行并作為其它負(fù)荷的備用電源時(shí)，應(yīng)根據(jù)可能過負(fù)荷的情況，裝設(shè)過負(fù)荷保護(hù)。過勵(lì)磁保護(hù)

高壓側(cè)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(lì)磁電流的升高，應(yīng)裝設(shè)過勵(lì)磁保護(hù)。（在變壓器過勵(lì)磁允許的范圍內(nèi)，保護(hù)作用于信號，超過允許值，可動(dòng)作于跳閘）

其它保護(hù)

對變壓器溫度及油箱內(nèi)壓力升高和冷卻系統(tǒng)故障，應(yīng)裝設(shè)可作用于信號或動(dòng)作于跳閘的保護(hù)裝置。第二節(jié)變壓器縱差動(dòng)保護(hù)

主要是變壓器內(nèi)部繞組故障、外部套管及引出線故障構(gòu)成變壓器縱差動(dòng)保護(hù)的基本原則

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

則流入差動(dòng)繼電器KD的電流為：因此縱差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作判據(jù)為：為相應(yīng)的電流互感器二次電流設(shè)變壓器的變比為:忽略變壓器的損耗，正常運(yùn)行和區(qū)外故障時(shí)有:Ｉ-Ｉ高壓側(cè)低壓側(cè)則差動(dòng)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(yùn)行和變壓器外部故障時(shí)，差電流為零，保護(hù)不會(huì)動(dòng)作；

由于變壓器高壓側(cè)和低壓側(cè)的額定電流不同，為確保縱差動(dòng)保護(hù)的正常工作，必須適當(dāng)選取電流互感器的變比，使得在正常運(yùn)行和外部故障時(shí)，兩個(gè)二次電流相等，即應(yīng)使：其中：高壓側(cè)電流互感器變比：變壓器的變比：低壓側(cè)電流互感器變比基本原則要實(shí)現(xiàn)變壓器的縱差保護(hù)，必須適當(dāng)?shù)倪x擇兩側(cè)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(cè)電流的相位差為，若兩側(cè)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(huì)有一個(gè)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(cè)的三個(gè)電流互感器接成三角形，而將變壓器三角形側(cè)的三個(gè)電流互感器接成星形，并適當(dāng)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(cè)的三個(gè)電流互感器接成三角形變壓器三角形側(cè)的三個(gè)電流互感器接成星形外部故障時(shí)由于，三種制動(dòng)電流都等于變壓器的穿越電流；內(nèi)部故障時(shí)，制動(dòng)電流的大小是不一樣的，在不考慮負(fù)荷電流影響時(shí)，后兩種方法的制動(dòng)電流比較小。但應(yīng)該指出，在故障電流很大，負(fù)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(fù)荷電流差不多甚至更小時(shí)，分析各種制動(dòng)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(hù)為反應(yīng)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(nèi)部故障時(shí)作為差動(dòng)保護(hù)和瓦斯保護(hù)的后備（變壓器主保護(hù)的近后備保護(hù)，相鄰母線或線路的遠(yuǎn)后備保護(hù)），變壓器應(yīng)裝設(shè)過電流保護(hù)，根據(jù)變壓器容量和系統(tǒng)短路電流水平不同，實(shí)現(xiàn)保護(hù)的方式有：過電流保護(hù)，低電壓啟動(dòng)的過電流保護(hù)，復(fù)合電壓起動(dòng)的過電流保護(hù)及負(fù)序過電流保護(hù)。變壓器的過電流保護(hù)~It跳QF1跳QF2變壓器過電流保護(hù)的單相原理接線圖變壓器過電流保護(hù)與線路保護(hù)中定時(shí)限過電流保護(hù)原理相同，保護(hù)動(dòng)作后應(yīng)跳開變壓器兩側(cè)的斷路器。保護(hù)裝置的起動(dòng)電流應(yīng)按照躲開變壓器可能出現(xiàn)的最大負(fù)荷電流IL.max來整定：QF2QF1對并列運(yùn)行的變壓器應(yīng)考慮因故障突然切除一臺(tái)所出現(xiàn)的過負(fù)荷，當(dāng)各臺(tái)變壓器容量相同時(shí)，可按：其中：n并列運(yùn)行變壓器的最小臺(tái)數(shù)In每臺(tái)變壓器的額定電流此時(shí)保護(hù)裝置的起動(dòng)電流應(yīng)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(cè)負(fù)荷電動(dòng)機(jī)自起動(dòng)時(shí)的最大電流KssIL.max,起動(dòng)電流應(yīng)整定為：Kss－自起動(dòng)系數(shù)。其值與負(fù)荷性質(zhì)及用戶與電源間的電氣距離有關(guān)110kV降壓變電站的6-110kV側(cè):取Kss=1.5-2.5;110kV降壓變電站的35kV側(cè):取Kss=1.5-2.0保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限應(yīng)比相鄰元件保護(hù)的最大動(dòng)作時(shí)限大△t按上述條件選擇的起動(dòng)電流，其值一般較大，往往不能滿足作為相鄰元件后備保護(hù)的要求，需采用以下幾種提高靈敏性的措施。低電壓起動(dòng)的過電流保護(hù)低電壓起動(dòng)過電流保護(hù)的原理接線圖～Ｕ<abcＵ<Ｕ<跳閘回路電壓回路斷線指示只當(dāng)電流元件和電壓元件同時(shí)動(dòng)作后，才能起動(dòng)時(shí)間繼電器，經(jīng)過預(yù)定的延時(shí)，起動(dòng)出口繼電器動(dòng)作于跳閘。分析：①正常時(shí)，低壓繼電器的觸點(diǎn)全部斷開，中間繼電器線圈中無電流，故中間繼電器觸點(diǎn)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(dāng)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(dòng)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(dāng)某路電壓回路斷線，中間繼電器觸點(diǎn)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(dòng)作電壓按以下條件整定，并取最小值。

(1)按躲過正常運(yùn)行時(shí)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(dòng)機(jī)自起動(dòng)時(shí)的電壓整定當(dāng)?shù)蛪豪^電器由變壓器低壓側(cè)互感器供電時(shí)當(dāng)?shù)蛪豪^電器由變壓器高壓側(cè)互感器供電時(shí)

低電壓繼電器的靈敏系數(shù)按下式校驗(yàn):要求

過電壓繼電器U>：大于整定值動(dòng)作觸點(diǎn)斷開，小于整定值不動(dòng)作觸點(diǎn)閉合。低電壓繼電器U<：大于整定值不動(dòng)作觸點(diǎn)斷開，小于整定值動(dòng)作觸點(diǎn)閉合。abcU2>U<U2過濾器I456電壓回路跳閘回路3.復(fù)合電壓起動(dòng)的過電流保護(hù)復(fù)合電壓起動(dòng)的過電流保護(hù)將原來的三個(gè)低電壓繼電器改由一個(gè)負(fù)序電壓繼電器和一個(gè)接于線電壓的低電壓繼電器５組成。分析①正常時(shí)，無負(fù)序電壓，４觸點(diǎn)閉合，５觸點(diǎn)斷開，６線圈中無電流，觸頭斷開，無跳閘信號②當(dāng)發(fā)生各種不對稱短路時(shí)，由于出現(xiàn)負(fù)序電壓，因此繼電器４動(dòng)作，其常閉觸點(diǎn)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(dòng)作，觸點(diǎn)閉合。這時(shí)電流繼電器１～３中至少應(yīng)有兩個(gè)動(dòng)作，于是就可以起動(dòng)時(shí)間繼電器７，經(jīng)過預(yù)定的時(shí)限動(dòng)作于跳閘。③當(dāng)發(fā)生三相短路時(shí)，由于在短路開始瞬間一般會(huì)短時(shí)出現(xiàn)一個(gè)負(fù)序電壓，使繼電器4動(dòng)作，因此，低電壓繼電器5不動(dòng)作，5觸點(diǎn)閉合，待負(fù)序電壓消失后，繼電器4返回，觸點(diǎn)閉合，則繼電器5又接于線電壓Uca上，由于三相短路時(shí)，三相電壓均降低，故繼電器5仍將處于動(dòng)作狀態(tài)，這時(shí)保護(hù)裝置的工作情況就相當(dāng)于一個(gè)低電壓起動(dòng)的過電流保護(hù)。④負(fù)序電壓元件的起動(dòng)電壓按躲開正常運(yùn)行方式下負(fù)序過濾器出現(xiàn)的最大不平衡電壓來整定。根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，起動(dòng)電壓U2.set可取為：

U2.set=(0.06~0.12)Un復(fù)合電壓起動(dòng)的過電流保護(hù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：由于負(fù)序電壓繼電器的整定值小，故在不對稱短路時(shí)，電壓元件的靈敏系數(shù)高。由于保護(hù)反應(yīng)負(fù)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(guān)。在三相短路時(shí)，如果由于瞬間出現(xiàn)負(fù)序電壓，使繼電器4和5動(dòng)作，則在負(fù)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(hù)裝置繼續(xù)處于動(dòng)作狀態(tài)。由于具有上述優(yōu)點(diǎn)且接線比較簡單，復(fù)合電壓起動(dòng)的電流保護(hù)得到廣泛應(yīng)用。4.三繞組變壓器相間短路后備保護(hù)的特點(diǎn)I3QF1QF2QFIIIIIItIItIIIt三繞組變壓器一側(cè)斷路器跳開后，另外兩側(cè)還能夠繼續(xù)運(yùn)行。所以三繞組變壓器的相間后備保護(hù)在作為相鄰元件的后備時(shí)，應(yīng)該有選擇性地只跳開近故障點(diǎn)一側(cè)的斷路器，保證另外兩側(cè)繼續(xù)運(yùn)行，盡可能的縮小故障影響范圍；而作為變壓器內(nèi)部故障的后備時(shí)，應(yīng)該跳開三側(cè)斷路器，使變壓器退出運(yùn)行。4.三繞組變壓器相間短路后備保護(hù)的特點(diǎn)I3QF1QF2QFIIIII1k2kItIItIIIt為此，通常要在變壓器的兩側(cè)或三側(cè)都裝設(shè)過電流保護(hù)裝置(或復(fù)合電壓起動(dòng)過電流等)，各側(cè)保護(hù)之間要相互配合。保護(hù)的配置與變壓器主接線方式及其各側(cè)電源情況等因素有關(guān)，不同的運(yùn)行單位配置方法也有所不同。

k1點(diǎn)故障時(shí)，應(yīng)只跳開斷路器QF3；k2點(diǎn)故障時(shí)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(hù)

電力系統(tǒng)中，接地故障是最常見的故障形式。接于中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)的變壓器，一般要求在變壓器上裝設(shè)接地保護(hù)，作為變壓器主保護(hù)和相鄰元件接地保護(hù)的后備保護(hù)。發(fā)生接地故障時(shí)，變壓器中性點(diǎn)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(yīng)這些電氣量構(gòu)成的。一、變電所單臺(tái)變壓器的零序電流保護(hù)中心點(diǎn)直接接地運(yùn)行的變壓器都采用零序電流保護(hù)作用變壓器接地后備保護(hù)。零序電流保護(hù)通常采用兩段式。零序電流I段與相鄰元件零序電流保護(hù)I段(瞬時(shí)段)相配合；零序電流II段與相鄰元件零序電流保護(hù)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(hù)類似，零序電流保護(hù)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(shè)兩個(gè)時(shí)限，并以較短的時(shí)限動(dòng)作于縮小故障影響范圍，以較長的時(shí)限斷開變壓器各側(cè)斷路器。QF1TAQFQF2系統(tǒng)接線H1H2跳QF跳QF1、QF2保護(hù)邏輯ⅠⅡ母聯(lián)斷路器零序電流取自變壓器中性點(diǎn)電流互感器的二次側(cè)。由于是雙母線運(yùn)行，在另一條母線故障時(shí)，零序電流保護(hù)應(yīng)該跳開母聯(lián)斷路器QF，使變壓器能夠繼續(xù)運(yùn)行。所以零序電流I段和II段均采用兩個(gè)時(shí)限，短時(shí)限t1、t3跳開母聯(lián)斷路器QF，長時(shí)限t2、t4跳開變壓器兩側(cè)斷路器。若是母線Ⅰ故障，則母聯(lián)斷開后，零序電流保護(hù)將自動(dòng)返回，若不是母線Ⅰ故障，則經(jīng)長時(shí)限后跳開變壓器兩側(cè)的斷路器。零序電流I段的動(dòng)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(dòng)作電流零序電流I段的短時(shí)限取t1=0.5-1s； 長延時(shí)在t2=t1+Δt上再增加一級時(shí)限。零序電流I段的靈敏系數(shù)按變壓器母線處故障校驗(yàn)；II段按相鄰元件末端故障校驗(yàn)。校驗(yàn)方法與線路零序電流保護(hù)相同。對于三繞組變壓器，往往有兩側(cè)中性點(diǎn)直接接地運(yùn)行。應(yīng)該在兩側(cè)的中性點(diǎn)上分別裝設(shè)兩段式的零序電流保護(hù)。各側(cè)的零序電流保護(hù)作為本側(cè)相鄰元件保護(hù)的后備和變壓器主保護(hù)的后備。在動(dòng)作電流整定時(shí)要考慮對側(cè)接地故障的影響，靈敏度不夠時(shí)可考慮裝設(shè)零序電流方向元件。若不是雙母線運(yùn)行，各段也設(shè)兩個(gè)時(shí)限，短時(shí)限動(dòng)作于跳開變壓器的本側(cè)斷路器；長時(shí)限動(dòng)作于跳開變壓器的各側(cè)斷路器。若是雙母線運(yùn)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(cè)斷路器和各側(cè)斷路器第五節(jié)變壓器的瓦斯保護(hù)

電力變壓器通常是利用變壓器油作為絕緣和冷卻介質(zhì)。當(dāng)變壓器油箱內(nèi)故障時(shí)，在故障電流和故障點(diǎn)電弧的作用下，變壓器油和其它絕緣材料會(huì)因受熱而分解，產(chǎn)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(yán)重程度有關(guān)。利用這種氣體來實(shí)現(xiàn)保護(hù)的裝置，稱為瓦斯保護(hù)。瓦斯保護(hù)能夠保護(hù)變壓器油箱內(nèi)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(yīng)電氣量的保護(hù)，這