電力變壓器故障類型與繼電保護方式研究

左榮

【摘要】電力變壓器在電力系統(tǒng)中扮演著重要的角色，由于它出現(xiàn)故障的幾率較低，且結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定，為了確保供電系統(tǒng)的流暢運作，就要根據(jù)變壓器的容量、電壓狀況來配套一個相應(yīng)的繼電保護裝置。本文將通過自己的工作經(jīng)驗，詳細(xì)的介紹變壓力故障類型與保護電力變壓器的方法。

【關(guān)鍵詞】電力變壓器 繼電保護 故障 差動保護 瓦斯保護

隨著我國電力工業(yè)的成熟，電網(wǎng)范圍也在逐漸增加，電網(wǎng)也越來越墨跡。電力變壓器時時刻刻都要接受來自外界的負(fù)荷，尤其是來自電力系統(tǒng)短路故障的負(fù)荷。所以，電力變壓器在工作時偶爾會出現(xiàn)故障，進而影響了整個系統(tǒng)的正常運作。一旦電力變壓器出現(xiàn)故障，那么電力系統(tǒng)就會受到干擾，甚至停運，尤其是容量較大的變壓器故障，對系統(tǒng)的影響力更甚。

1電力變壓器的故障類型

正常情況下，電力變壓器會出現(xiàn)2種故障，一是油箱內(nèi)部故障；二是外部故障。在變壓器油箱內(nèi)部以及高壓/低壓側(cè)繞組間出現(xiàn)的短路、匝間短路等現(xiàn)象就叫做油箱內(nèi)部故障。變壓器內(nèi)部故障更具危害性，該故障會引發(fā)電弧現(xiàn)象，不但會少燒壞鐵芯，還會干擾絕緣性，同時因為溫度上升，絕緣材料和變壓器油會生產(chǎn)氣體，大量的氣體充斥在油箱內(nèi)，極可能引發(fā)爆炸事故，因此繼電保護裝置要有極快的反應(yīng)速度，這樣才能盡快切斷電路。發(fā)生在變壓器繞組引出線與絕緣套管上的故障就叫做油箱外部故障。

除了上述兩種故障，還有一些其余的故障，比如由于外部接地短路出現(xiàn)的過電流和過電壓現(xiàn)象以及由于變壓器外部相間短路出現(xiàn)的過電流現(xiàn)象；由于負(fù)荷過重而出現(xiàn)過負(fù)荷現(xiàn)象；由于漏油而出現(xiàn)的故障等。另外，若使用的變壓器容量較大，那么在其運作的時，由于磁通密度與鐵芯的飽和磁通密度是相似的，一旦出現(xiàn)過電壓或低頻率現(xiàn)象，那么就會出現(xiàn)勵磁故障。以上種種故障均會燒壞繞組、鐵芯以及其他金屬部件，影響變壓器的絕緣性。

2電力變壓器繼電保護方式

2.1變壓器的差動保護

利用比較變壓器高壓側(cè)與低壓側(cè)的電流狀況和相位就能完成差動保護。把變壓器高壓側(cè)與低壓側(cè)的電流互感器在正常情況下進行“環(huán)流接線”。挑選高壓側(cè)與低壓側(cè)的互感器電流做比較，使比較結(jié)果與變壓器的電壓比相同。在變壓器正常運作時，差動繼電器里的電流與兩側(cè)電流互感器二次電流的差值是一樣的，均為零，此時差動繼電器無反應(yīng)，不會產(chǎn)生保護作用。一旦變壓器內(nèi)部出現(xiàn)故障，上述的差值就會造短路電流故障，其大于繼電器電流，繼電器開始運作，就會自動切斷電流，啟動保護動作。

可以說，所有的電器設(shè)備都離不開差動保護，它具有靈活、反映速度快、通用性強的特點。目前，發(fā)電機、電抗器、電動機以及母線上均設(shè)有差動保護。

2.2變壓器的瓦斯保護

如果變壓器內(nèi)部出現(xiàn)了特大故障，比如漏油、匝間短路、線圈斷線、絕緣性弱化、油面降低、局部鐵芯燒壞等時，差動保護或是其它保護都將會失效，只有瓦斯保護能起作用。所以，處理變壓器油箱內(nèi)部故障的主要方式便是瓦斯保護。

瓦斯保護的運作是基于氣體繼電器完成的，它位于連接變壓器油箱與油枕的導(dǎo)油管理。氣體繼電器有兩種類型：一是“輕瓦斯”，用于反映油箱內(nèi)的異常狀況和小型故障；二是“重瓦斯”，用于反映變壓器特大故障。輕瓦斯會生產(chǎn)信號，使操作人員在第一時間發(fā)現(xiàn)并進行處理；重瓦斯會切斷變壓器的斷路器。瓦斯保護反映之后，要將生產(chǎn)的氣體排放干凈，并采樣研究，由氣體的顏色、分量、化學(xué)成分和可燃性開研究引發(fā)故障的原因。

瓦斯保護具有反映速度快、靈活的特點，且易于操作，裝置過程不是很復(fù)雜。唯一的不足就是自能反映油箱內(nèi)部的故障。因此要有針對性的選擇瓦斯保護，它不具備通用性，在使用時要與其他保護來配套使用。

2.3變壓器的后備過流保護

變壓器后備保護是變壓器的兩側(cè)母線、路線遠(yuǎn)后備和自己的近后備。對于雙繞組變壓器而言，要在主電源兩側(cè)裝置后備保護，結(jié)合主線的狀態(tài)，保護可維持一段或兩段時間，這樣就能在特定時間內(nèi)盡量控制故障的擴散，使其有足夠的時間去跳開變壓器的斷路器。

對于三繞組便也器與自耦變壓器而言，其主電源側(cè)測和主符合側(cè)要裝置后備保護。主電源側(cè)有兩段保護時間，這樣就能在出現(xiàn)故障時盡快跳開斷路器，主負(fù)荷側(cè)的保護只作用于本側(cè)。如果以上保護無法在第一時間跳開斷路器，那么就要每側(cè)都裝置一個后備保護。每一側(cè)的保護都要按照自身實際狀況來添加方向元件。

2.4變壓器的過負(fù)荷保護

正常情況下，變壓器過負(fù)荷的三相都是對稱的，所以只用在一相上裝置一個保護裝置即可，并利用延時來發(fā)送信號。而雙繞組變壓器則要將保護裝置安裝在主電源側(cè)。如果是繞組容量一樣的單側(cè)電源三繞組降壓變壓器，那么就要將保護裝置安裝在電源側(cè)；如果容量不一樣，就要在繞組容量最小的一側(cè)安裝保住裝置。對于兩側(cè)均有電源的三繞組降壓變壓器和聯(lián)絡(luò)變壓器來說，其每一側(cè)均要安裝保護裝置；如果只有一側(cè)有電源，那么就要將保護裝置安裝在發(fā)電機一側(cè)或無電源一側(cè)；如果三側(cè)均有段元，那么每一側(cè)都要安裝保護裝置。

3結(jié)語

變壓器在電力系統(tǒng)里扮演著極其重要的角色，它可以有效的防范故障，降低故障影響，增強系統(tǒng)性能，能夠保障供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和流暢性。為了防止變壓器故障影響到供電系統(tǒng)的正常運作，就要在變壓器中安裝相應(yīng)的保護設(shè)備，并設(shè)置好有關(guān)的參數(shù)，這樣才能最大限度的發(fā)揮電力系統(tǒng)的作用。

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