變壓器主保護與後備保護知識全解

變(bian)壓(ya)器(qi)是(shi)連(lian)續(xu)運(yun)行(xing)的(de)靜(jing)止(zhi)設(she)備(bei)，運(yun)行(xing)比(bi)較(jiao)可(ke)靠(kao)，故(gu)障(zhang)機(ji)會(hui)較(jiao)少(shao)。但(dan)由(you)於(yu)絕(jue)大(da)部(bu)分(fen)變(bian)壓(ya)器(qi)安(an)裝(zhuang)在(zai)戶(hu)外(wai)，並(bing)且(qie)受(shou)到(dao)運(yun)行(xing)時(shi)承(cheng)受(shou)負(fu)荷(he)的(de)影(ying)響(xiang)以(yi)及(ji)電(dian)力(li)係(xi)統(tong)短(duan)路(lu)故(gu)障(zhang)的(de)影(ying)響(xiang)，在(zai)運(yun)行(xing)過(guo)程(cheng)中(zhong)不(bu)可(ke)避(bi)免(mian)的(de)出(chu)現(xian)各(ge)類(lei)故(gu)障(zhang)和(he)異(yi)常(chang)情(qing)況(kuang)。

 

1
、變壓器的常見故障和異常

 

變壓器的故障可分為內部故障和外部故障。

 

內部故障指的是箱殼內部發生的故障，有繞組的相間短路故障
、一相繞組的匝間短路故障、繞組與鐵芯間的短路故障、繞組的斷線故障等。

 

外部故障指的是變壓器外部引出線間的各種相間短路故障、引出線絕緣套管閃絡通過箱殼發生的單相接地故障。

 

bianyaqifashengguzhangweihaihenda。tebieshifashengneibuguzhangshi，duanludianliusuochanshengdegaowendianhubujinhuishaohuaibianyaqiraozudejueyuanhetiexin，erqiehuishibianyaqiyoushourefenjiechanshengdaliangqiti，yinqibianyaqiwaikebianxingshenzhibaozha。yincibianyaqiguzhangshibixujiangqiqiechu。

 

變壓器的異常情況主要有過負荷
、油麵降低
、外部短路引起的過電流，運行中的變壓器油溫過高
、繞組溫度過高
、變壓器壓力過高、以及冷卻係統故障等。當變壓器處於異常運行狀態時
，應給出告警信號。

2、變壓器保護的配置

 

短路故障的主保護：主要有縱差保護、重瓦斯保護等。

 

短路故障的後備保護：主要有複合電壓閉鎖過流保護、零序（方向）過流保護、低阻抗保護等。

 

異常運行保護：主要有過負荷保護
、過勵磁保護、輕瓦斯保護、中性點間隙保護、溫度油位及冷卻係統故障保護等。

 

3
、非電量保護

 

利用變壓器的油、氣、溫度等非電氣量構成的變壓器保護稱為非電量保護。主要有瓦斯保護
、壓力保護、溫度保護、油位保護及冷卻器全停保護。非電量保護根據現場需要動作於跳閘或發信。

 

（1）瓦斯保護

 

當變壓器內部發生故障時，由於短路電流和短路點電弧的作用，變壓器內部會產生大量氣體
，同時變壓器油流速度加快
，利用氣體和油流來實現的保護稱為瓦斯保護。

 

輕瓦斯保護：dangbianyaqineibufashengqingweiguzhanghuoyichangshi，guzhangdianjubuguore，yinqibufenyoupengzhang，youneiqitixingchengqipaojinruqitijidianqi，qingwasibaohudongzuo，fachuqingwasixinhao。

 

重瓦斯保護：當(dang)變(bian)壓(ya)器(qi)油(you)箱(xiang)內(nei)發(fa)生(sheng)嚴(yan)重(zhong)故(gu)障(zhang)時(shi)，故(gu)障(zhang)電(dian)流(liu)較(jiao)大(da)，電(dian)弧(hu)使(shi)變(bian)壓(ya)器(qi)油(you)大(da)量(liang)分(fen)解(jie)，產(chan)生(sheng)大(da)量(liang)氣(qi)體(ti)和(he)油(you)流(liu)
，衝(chong)擊(ji)檔(dang)板(ban)使(shi)重(zhong)瓦(wa)斯(si)繼(ji)保(bao)護(hu)動(dong)作(zuo)，發(fa)出(chu)重(zhong)瓦(wa)斯(si)信(xin)號(hao)並(bing)出(chu)口(kou)跳(tiao)閘(zha)
，切(qie)除(chu)變(bian)壓(ya)器(qi)。

 

重瓦斯保護是油箱內部故障的主保護，他(ta)能(neng)反(fan)映(ying)變(bian)壓(ya)器(qi)內(nei)部(bu)的(de)各(ge)種(zhong)故(gu)障(zhang)。當(dang)變(bian)壓(ya)器(qi)發(fa)生(sheng)少(shao)數(shu)匝(za)間(jian)短(duan)路(lu)
，雖(sui)然(ran)故(gu)障(zhang)電(dian)流(liu)很(hen)大(da)，但(dan)在(zai)差(cha)動(dong)保(bao)護(hu)中(zhong)產(chan)生(sheng)的(de)差(cha)流(liu)可(ke)能(neng)並(bing)不(bu)大(da)，差(cha)動(dong)保(bao)護(hu)可(ke)能(neng)拒(ju)動(dong)。因(yin)此(ci)對(dui)於(yu)變(bian)壓(ya)器(qi)內(nei)部(bu)故(gu)障(zhang)，需(xu)要(yao)依(yi)靠(kao)重(zhong)瓦(wa)斯(si)保(bao)護(hu)切(qie)除(chu)故(gu)障(zhang)。

（2）壓力保護

 

壓力保護也是變壓器油箱內部故障的主保護。含壓力釋放和壓力突變保護，用於反應變壓器油的壓力。

 

（3）溫度及油位保護

 

當變壓器溫度升高達到預警值
，溫度保護發出告警信號，並投入起動備用冷卻器。

當變壓器漏油或由於其他原因使得油位降低是
，油位保護動作，發出告警信號。

 

（4）冷卻器全停保護

 

dangyunxingzhongdebianyaqilengqueqiquantingshi，bianyaqiwenduhuishenggao
，ruobujishichuli
，kenenghuidaozhibianyaqiraozujueyuansunhuai。yincizaibianyaqiyunxingzhonglengqueqiquantingshi，gaibaohufachugaojingxinhaobingjingchangyanshiqiechubianyaqi。

 

4、差動保護

 

變壓器差動保護是變壓器電氣量的主保護
，其保護範圍是各側電流互感器所包圍的部分。在這範圍內發生的繞組相間短路、匝間短路等故障時
，差動保護均要動作。

 

關於變壓器差動保護的原理，之前我們之前已經進行了詳細的討論，需要的朋友可以在曆史記錄6、7
、8期中回看相關內容。對此就不做贅述了，這裏再簡單補充一些關於勵磁湧流的概念。

 

（1）變壓器的勵磁湧流

 

空投變壓器時產生的勵磁電流稱作勵磁湧流。勵磁湧流的大小與變壓器的結構
、合閘角、容量、合閘前剩磁等因素有關。測量表明：空投變壓器時由於鐵芯飽和勵磁湧流很大，通常為額定電流的2~6倍


，最大可達8倍以上。由於勵磁湧流隻在充電側流入變壓器
，因此會在差動回路中產生很大的差流，導致差動保護誤動作。

 

勵磁湧流具有以下特點：a、湧流數值很大，含有明顯的非周期分量；b、波形呈尖頂狀，且是間斷的；c、含有明顯的高次諧波分量，尤其二次諧波分量最為明顯

；d、勵磁湧流是衰減的。

 

根據勵磁湧流的以上特點，為防止勵磁湧流造成變壓器差動保護誤動，工程中利用：二次諧波含量高

、波形不對稱、波形間斷角大這三種原理來實現差動保護的閉鎖。

 

（2）二次諧波製動原理

 

二次諧波製動的實質是：利用差流中的二次諧波分量，來判斷差流是故障電流還是勵磁湧流。當二次諧波分量與基波分量的百分比大於某一數值（通常為20%）時
，判斷差流是由於勵磁湧流引起的，閉鎖差動保護。

 

因此二次諧波製動比越大，允許基波中包含的二次諧波電流越多，製動效果也就越差。

 

（3）差動速斷保護

 

當變壓器內部出現嚴重故障
，故障電流較大導致CT飽和時，CT二er次ci電dian流liu中zhong也ye含han有you大da量liang的de諧xie波bo分fen量liang
，根gen據ju上shang麵mian的de敘xu述shu，這zhe就jiu很hen可ke能neng會hui由you於yu二er次ci諧xie波bo製zhi動dong導dao致zhi差cha動dong保bao護hu閉bi鎖suo或huo延yan緩huan動dong作zuo。這zhe將jiang嚴yan重zhong損sun壞huai變bian壓ya器qi。為wei了le解jie決jue這zhe個ge問wen題ti
，通tong常chang會hui設she置zhi差cha動dong速su斷duan保bao護hu。

 

差動速斷元件，實際上是縱差保護的高定值差動元件。與一般差動元件不同的是，它反映的是差流的有效值。不管差流的波形如何、含有諧波分量的大小如何
，隻要差流有效值超過了差動速斷的整定值（通常比差動保護整定值要高），它將立即動作切除變壓器，不經過勵磁湧流等判據的閉鎖。

 

guanyubianyaqidezhubaohujiandanjieshaozhexie
，jixujieshaoyixiabianyaqidehoubeibaohu。bianyaqidehoubeibaohupeizhizhongleihenduo

，zhelizhuyaojiandanjieshaoyixiabianyaqide複壓閉鎖過流保護和接地保護兩類後備保護。

 

1、複壓閉鎖過流保護

 

複壓閉鎖過流保護是大、中型變壓器相間短路故障的後備保護。適用於升壓變壓器、係(xi)統(tong)聯(lian)絡(luo)變(bian)壓(ya)器(qi)及(ji)過(guo)流(liu)保(bao)護(hu)不(bu)能(neng)滿(man)足(zu)靈(ling)敏(min)度(du)要(yao)求(qiu)的(de)降(jiang)壓(ya)變(bian)壓(ya)器(qi)。利(li)用(yong)負(fu)序(xu)電(dian)壓(ya)和(he)低(di)電(dian)壓(ya)構(gou)成(cheng)的(de)複(fu)合(he)電(dian)壓(ya)能(neng)夠(gou)反(fan)映(ying)保(bao)護(hu)範(fan)圍(wei)內(nei)的(de)各(ge)種(zhong)故(gu)障(zhang)，降(jiang)低(di)了(le)過(guo)電(dian)流(liu)保(bao)護(hu)的(de)整(zheng)定(ding)值(zhi)，提(ti)高(gao)了(le)靈(ling)敏(min)度(du)。

 

複合電壓過流保護，由複合電壓元件
、過流元件、時間元件構成。保護的接入電流為變壓器本側CT二次三相電流
，接入電壓為變壓器本側或其他側PT二次三相電壓。對於微機保護，可以通過軟件將本側電壓提供給其他側使用，這樣就保證了任意某側PT檢修時，仍能使用複壓過流保護。動作邏輯如下圖所示。

2、變壓器的接地保護

 

大中型變壓器的接地短路故障的後備保護通常有：零序過流保護
、零序過電壓保護
、間隙保護等等，下麵根據中性點三種不同的接地方式進行簡單介紹。

 

（1）中性點直接接地

 

電壓為110kV及以上中性點直接接地的變壓器，在大電流接地係統側應設置反應接地故障的零序電流保護。在高
、中兩側均直接接地的變壓器，其零序電流保護應帶方向，方向宜指向各側母線。

 

零序電流保護的原理與線路的零序保護類似
，可參考第30期。零序電流可取自中性點CT二次電流，也可由本側CT二次三相電流自產。方向元件接入的零序電壓可取自本側PT開口三角電壓
，也可由本側二次三相電壓自產。在微機保護裝置中，主要采取自產方式。

 

對於大型三繞組變壓器
，零序電流保護可采用三段式。其中I段II段帶方向，III段不帶方向。每段一般有兩級延時，以較短延時縮小故障範圍（跳母聯或條本側開關），以較長延時切除變壓器（跳三側開關）。具體保護配置根據實際情況確定。

 

如圖，零序方向電流保護I段或II段動作後
，先經較短延時t1或t3跳母聯或跳本側開關，以縮小故障影響範圍，若故障量仍在，再經過較長延時t2或t4跳三側開關切除變壓器。III段不帶方向，直接經延時切除變壓器。

（2）中性點不接地方式

 

零(ling)序(xu)電(dian)流(liu)通(tong)過(guo)變(bian)壓(ya)器(qi)中(zhong)性(xing)點(dian)構(gou)成(cheng)零(ling)序(xu)回(hui)路(lu)。但(dan)如(ru)果(guo)所(suo)有(you)變(bian)壓(ya)器(qi)中(zhong)性(xing)點(dian)都(dou)接(jie)地(di)，那(na)麼(me)接(jie)地(di)點(dian)的(de)短(duan)路(lu)電(dian)流(liu)就(jiu)分(fen)流(liu)到(dao)了(le)各(ge)個(ge)變(bian)壓(ya)器(qi)上(shang)，這(zhe)樣(yang)會(hui)造(zao)成(cheng)零(ling)序(xu)過(guo)流(liu)保(bao)護(hu)靈(ling)敏(min)度(du)降(jiang)低(di)。所(suo)以(yi)為(wei)了(le)將(jiang)零(ling)序(xu)電(dian)流(liu)限(xian)製(zhi)在(zai)一(yi)定(ding)的(de)範(fan)圍(wei)內(nei)
，對(dui)中(zhong)性(xing)點(dian)接(jie)地(di)運(yun)行(xing)的(de)變(bian)壓(ya)器(qi)數(shu)量(liang)是(shi)有(you)規(gui)定(ding)的(de)。

 

對於不接地運行的變壓器，為了防止接地故障時，故障點出現間隙電弧引起過電壓損壞變壓器，應配置零序電壓保護。

 

全quan絕jue緣yuan變bian壓ya器qi由you於yu其qi中zhong性xing點dian絕jue緣yuan水shui平ping較jiao高gao，當dang係xi統tong發fa生sheng接jie地di故gu障zhang時shi，先xian有you零ling序xu電dian流liu保bao護hu切qie除chu中zhong性xing點dian接jie地di的de變bian壓ya器qi，如ru果guo故gu障zhang仍reng然ran存cun在zai，再zai有you零ling序xu電dian壓ya保bao護hu切qie除chu中zhong性xing點dian不bu接jie地di的de變bian壓ya器qi。

 

（3）中性點經放電間隙接地

 

超高壓變壓器均係半絕緣變壓器

，其中性點線圈的對地絕緣比其他部位弱。中性點絕緣容易被擊穿。因此需要配置間隙保護。

 

間隙保護的作用就是保護中性點不接地變壓器中性點的絕緣安全。

如ru圖tu在zai變bian壓ya器qi中zhong性xing點dian對dui地di之zhi間jian安an裝zhuang一yi個ge擊ji穿chuan間jian隙xi。當dang接jie地di隔ge離li開kai關guan閉bi合he，變bian壓ya器qi直zhi接jie接jie地di
，投tou入ru零ling序xu過guo流liu保bao護hu。當dang接jie地di隔ge離li開kai關guan斷duan開kai時shi
，變bian壓ya器qi經jing間jian隙xi接jie地di
，投tou入ru間jian隙xi保bao護hu。

 

間隙保護使用流過變壓器中性點的間隙電流3I0和母線PT開口三角電壓3U0作為判據來實現的。

 

若因故障中性點對地點為升高，間隙擊穿，產生較大間隙電流3I0，此時間隙保護動作
，經延時切除變壓器。另ling外wai，係xi統tong發fa生sheng接jie地di故gu障zhang時shi，中zhong性xing點dian接jie地di運yun行xing變bian壓ya器qi零ling序xu保bao護hu動dong作zuo，先xian切qie除chu中zhong性xing點dian接jie地di的de變bian壓ya器qi。係xi統tong失shi去qu接jie地di點dian後hou，如ru果guo故gu障zhang仍reng存cun在zai，母mu線xianPT的開口三角電壓3U0將會很大，此時間隙保護也會動作。保護邏輯如下圖所示。

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