电力变压器故障及异常运行方式的相应保护

    按GB50062—92《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》规定：对电力变压器的下列故障及异常运行方式，应装设相应的保护装置：

    （1）绕组及其引出线的相间短路和在中性点直接接地侧的单相接地短路；

    （2）绕组的匝间短路；

    （3）外部相间短路引过的过电流；

    （4）中性点直接接地电力网中外部接地短路引起的过电流及中性点过电压；

    （5）过负荷；

    （6）油面降低；

    （7）变压器温度升高或油箱压力升高或冷却系统故障。

    对于高压侧为6～10KV的车间变电所主变压器来说，通常装设有带时限的过电流保护；如过电流保护动作时间大于0.5～0.7s时，还应装设电流速断保护。容量在800KV•A及以上的油浸式变压器和400KV•A及以上的车间内油浸式变压器，按规定应装设瓦斯保护（又称气体继电保护）。容量在400KV•A及以上的变压器，当数台并列运行或单台运行并作为其它负荷的备用电源时，应根据可能过负荷的情况装设过负荷保护。过负荷保护及瓦斯保护在轻微故障时（通称“轻瓦斯”），动作于信号，而其它保护包括瓦斯保护在严重故障时（通称“重瓦斯”），一般均动作于跳闸。

    对于高压侧为35KV及以上的工厂总降压变电所主变压器来说，也应装设过电流保护、电流速断保护和瓦斯保护；在有可能过负荷时，也需装设过负荷保护。但是如果单台运行的变压器容量在10000KV•A及以上和并列运行的变压器每台容量在6300KV•A及以上时，则要求装设纵联差动保护来取代电流速断保护。

    在本设计中，根据要求需装设过电流保护、电流速断保护、过负荷保护和瓦斯保护。对于由外部相间短路引起的过电流，保护应装于下列各侧：

    1）、对于双线圈变压器，装于主电源侧

    2）、对三线圈变压器，一般装于主电源的保护应带两段时限，以较小的时限断开未装保护的断路器。当以上方式满足灵敏性要求时，则允许在各侧装设保护。各侧保护应根据选择性的要求装设方向元件。

    3）、对于供电给分开运行的母线段的降压变压器，除在电源侧装设保护外，还应在每个供电支路上装设保护。

    4）、除主电源侧外，其他各侧保护只要求作为相邻元件的后备保护，而不要求作为变压器内部故障的后备保护。

    5）、保护装置对各侧母线的各类短路应具有足够的灵敏性。相邻线路由变压器作远后备时，一般要求对线路不对称短路具有足够的灵敏性。相邻线路大量瓦斯时，一般动作于断开的各侧断路器。如变压器高采用远后备时，不作具体规定。

    6）、对某些稀有的故障类型（例如110KV及其以上电力网的三相短路）允许保护装置无选择性动作。

    差动保护

    变压器差动保护动作电流应满足以下三个条件

    应躲过变压器差动保护区外出现的最大短路不平衡电流

    应躲过变压器的励磁涌流

    在电流互感器二次回路端线且变压器处于最大符合时，差动保护不应动作

    变压器的过电流保护

    1.过电流保护动作电流的整定

    IL.max =2×5700/(√3×60)A = 109.7A

    取Krel = 1.3 , Ki = 150/5 = 30 , KW = 1 , Kre = 0.8

    因此

    Iop = Krel×KW×IL.max/(Kr×eKi) = 1.3×1×109.7A/(0.8×30) =5.94A

    故动作电流整定为6A。

    2．保护动作时间

    t〈=t1-△t=2-0.5=1.5S

    3.变压器过电流保护的灵敏度

    Ik.max = 0.866×7.02×1000× 10/60= 1037A

    则：

    Sp = KW×Ik.min/(Ki×Iop) = 1×1037/(6×30) = 5.761>1.5

    满足保护灵敏度的要求

    4．结线图

    四、变压器的过负荷保护

    过负荷保护动作电流的整定

    IOP(OL) = 1.3I1N.T/Ki = 1.3×104/40A = 3A

    动作时间取10～15s

    五、变压器的瓦斯保护

    瓦斯保护，又称气体继电保护，是保护油浸式电力变压器内部故障的一种基本的保护装置。按GB50062—92规定，800KV•A及以上的一般油浸式变压器和400KV•A及以上的车间内油浸式变压器，均应装设瓦斯保护。

    瓦斯保护的主要元件是气体继电器。它装设在变压器的油箱与油枕之间的联通管上。为了使油箱内产生的气体能够顺畅地通过气体继电器排往油枕，变压器安装应取1%～1.5%的倾斜度；而变压器在制造时，联通管对油箱顶盖也有 2%～4%的倾斜度。

    当变压器油箱内部发生轻微故障时，由故障产生的少量气体慢慢升起，进入气体继电器的容器，并由上而下地排除其中的油，使油面下降，上油杯因其中盛有残余的油而使其力矩大于另一端平衡锤的力矩而降落。这时上触点接通而接通信号回路，发出音响和灯光信号，这称之为“轻瓦斯动作”。

    当变压器油箱内部发生严重故障时，由故障产生的气体很多，带动油流迅猛地由变压器油箱通过联通管进入油枕。这大量的油气混合体在经过气体继电器时，冲击挡板，使下油杯下降。这时下触点接通跳闸回路（通过中间继电器），同时发出音响和灯光信号（通过信号继电器），这称之为“重瓦斯动作”。

    如果变压器油箱漏油，使得气体继电器内的油也慢慢流尽。先是继电器的上油杯下降，发出报警信号，接着继电器内的下油杯下降，使断路器跳闸，同时发出跳闸信号。 ■