【正文】 ，因操作不當(dāng)會(huì)引起差 動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)的情況時(shí)有發(fā)生，故保護(hù)方式滿(mǎn)足要求時(shí)，不建議過(guò)多進(jìn)行電流回路的切換。因此，該回2 方案論證與設(shè)計(jì) 10 路在設(shè)計(jì)及施工時(shí)可接好，運(yùn)行時(shí)旁代只切第一套，當(dāng)?shù)谝惶妆Ｗo(hù)因故退出時(shí)，將第二套保護(hù)的電流回路切至獨(dú)立電流互感器。為避免電流回路的切換，可兩套保護(hù)均使用套管電流互感器，在降壓變壓器的高壓側(cè)增設(shè)簡(jiǎn)單電流保護(hù)，接獨(dú)立電流互感器作引線(xiàn)的保護(hù)，當(dāng)旁代時(shí)停用該保護(hù)，啟用旁路保護(hù)作引線(xiàn)及旁路母線(xiàn)的保護(hù)，這樣保護(hù)配置較復(fù)雜，該電流保護(hù)或旁路保護(hù)整定時(shí)要考慮勵(lì)磁涌流的影響。如何取舍取決于各地的運(yùn)行習(xí)慣。 圖 12 雙重化主變壓器保護(hù)電流互感器次級(jí)配置圖 第 3 章 電力變壓器的繼電保護(hù) 2 方案論證與設(shè)計(jì) 11 圖 15 中 AYI. 、 BYI. 、 CYI. 分別表示變壓器星形側(cè)的三個(gè)線(xiàn)電流，和它們對(duì)應(yīng)的電流互感器二次電流為 aYI. 、 bYI. 、 cYI. .由于電流互感器的二次繞組為三角形接線(xiàn) 。 電力變壓器的故障類(lèi)型及保護(hù)措施 電力變壓器故障及不正常運(yùn)行狀態(tài) 電力變壓器是電力系統(tǒng)中非常重要的電力設(shè)備之一，它的安全運(yùn)行對(duì)于保證電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行和對(duì)供電的可靠性，以及電能質(zhì)量起著決定性的作用，同時(shí)大容量電力變壓器的造價(jià)也是十分昂貴。因此本 節(jié) 針對(duì)電力變壓器可能發(fā)生的故障和不正常的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析，然后重點(diǎn)研究應(yīng)裝設(shè)的繼電保護(hù)裝置，以及保護(hù)裝置的整定計(jì)算。 變壓器的內(nèi)部故障可分為油箱內(nèi)故障和油箱外故障兩類(lèi)，油箱內(nèi)故障主要包括繞組的相間短路、匝間短路、接地短路及經(jīng)鐵芯燒毀等。變壓器油箱內(nèi)的故障十分危險(xiǎn)，由于變壓器內(nèi)充滿(mǎn)了變壓器油，故障時(shí)的短路電流使變壓器油急劇的分解氣化，可能產(chǎn)生大量的可燃性氣體，很容易引起油箱爆炸。油箱外故障主要是套管和引出線(xiàn)上發(fā)生的相間短路和接地短路。電力變壓器不正常和運(yùn)行狀態(tài)主要有外部相間短路、接地短路引起的相間過(guò)電流和零序過(guò)電流，負(fù)荷超過(guò)其額定容量引起的過(guò)負(fù)荷、油箱漏油引起的油面降低，以及過(guò)電壓、過(guò)礪磁等。 電力變壓器繼電保護(hù) 的配置 為了保證電力變壓器的安全運(yùn)行，根據(jù)《繼電保護(hù)與安全自動(dòng)裝置的運(yùn)行條例》，2 方案論證與設(shè)計(jì) 12 針對(duì)變壓器的上述故障和不正常運(yùn)行狀態(tài)，電力變壓器應(yīng)裝設(shè)以下保護(hù)： (1)瓦斯保護(hù)。 800KVA 及以上的油浸式變壓器的 400KVA 以上的車(chē)間內(nèi)油浸式變壓器，均應(yīng)裝設(shè)瓦斯保護(hù)。瓦斯保護(hù)用來(lái)反映變壓器油箱內(nèi)部的短路故障以及油面降低，其中重瓦斯保護(hù)動(dòng)作于跳開(kāi)變壓器各電源側(cè)斷路器輕瓦斯動(dòng)作于發(fā)出信號(hào)。 (2)縱差保護(hù)或電流速斷保護(hù)。 6300KVA 及以上并列運(yùn)行的變壓器， 10000KVA及以上單獨(dú)運(yùn)行的變壓器，發(fā)電廠廠用工作變壓器和工業(yè)企業(yè) 中 6300KVA 及以上重要的變壓器，應(yīng)裝設(shè)縱差保護(hù)。 10000KVA 及以下的電力變壓器，應(yīng)裝設(shè)電流速斷保護(hù)，其過(guò)電流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限應(yīng)大于 ．對(duì)于 2020KVA 以上的變壓器 ,當(dāng)電流速斷保護(hù)靈敏度不能滿(mǎn)足要求時(shí) ,也應(yīng)裝設(shè)縱差保護(hù)?？v差保護(hù)或電流速斷保護(hù)用于反映電力變壓器繞組、套管及引出線(xiàn)發(fā)生的故障，其保護(hù)動(dòng)作于跳開(kāi)變壓器各電源側(cè)斷路器相間短路的后備保護(hù)。相間短路的后備保護(hù)用于反映外部相間短路引起的變壓器過(guò)電流，同時(shí)作為瓦斯保護(hù)和縱差保護(hù)的后備保護(hù)，其動(dòng)作時(shí)限按電流保護(hù)的階梯形原則來(lái)整定，延時(shí)動(dòng)作于跳開(kāi)變壓 器各電源側(cè)斷路器。 (3)相間短路的后備保護(hù)的形式較多，過(guò)電流保護(hù)和低電壓起動(dòng)的過(guò)電流保護(hù)，宜用于中、小容量的降壓變壓器；復(fù)合電壓起動(dòng)的過(guò)電流保護(hù)，宜用于升壓變壓器和系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)變壓器，以及過(guò)電流保護(hù)靈敏度不能滿(mǎn)足要求的降壓變壓器；6300KVA 及以上的升壓變壓器，應(yīng)采用負(fù)序電流保護(hù)及單相式低電壓起動(dòng)的過(guò)電流保護(hù)；對(duì)大容量升壓變壓器或系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)變壓器，為了滿(mǎn)足靈敏度要求，還可以采用阻抗保護(hù)。 (4)過(guò)負(fù)荷保護(hù)。對(duì)于 400KVA 以上的變壓器，當(dāng)數(shù)臺(tái)并列運(yùn)行或單獨(dú)運(yùn)行并作為其他負(fù)荷的備用電源時(shí)，應(yīng)裝高過(guò)負(fù)荷保護(hù)。過(guò)負(fù) 荷保護(hù)通常只裝設(shè)在一相其動(dòng)作進(jìn)限較長(zhǎng)。延時(shí)動(dòng)作于發(fā)出信號(hào)。 (5)其他保護(hù)。高壓側(cè)電壓為 500KV及以上的變壓器，對(duì)頻率降低和電壓升高而引起的變壓器礪磁電流升高，應(yīng)裝設(shè)變壓器過(guò)礪磁保護(hù)。對(duì)變壓器溫度和油箱內(nèi)壓力升高，以及冷卻系統(tǒng)故障，按變壓器現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)要求，應(yīng)裝設(shè)相應(yīng)的保護(hù)裝置。 電力變壓器的瓦斯保護(hù) 在變壓器油箱內(nèi)常見(jiàn)的故障有繞組匝間或?qū)娱g絕緣破壞造成的短路，或高壓2 方案論證與設(shè)計(jì) 13 繞組對(duì)地絕緣破壞引起的單相接地。變壓器油箱內(nèi)發(fā)生的任何一個(gè)故障時(shí)，由于短路電流和短路點(diǎn)電弧的作用，將使變壓器油及其他絕緣材料因受熱而分解 產(chǎn)生氣體，因氣體比較輕，它們就要從油箱里流向油枕的上部，當(dāng)故障嚴(yán)重時(shí)，油會(huì)迅速膨脹并有大量的氣體產(chǎn)生，此時(shí)，回游強(qiáng)烈的油流和氣體沖向油枕的上部。利用油箱內(nèi)部的故障時(shí)的這一特點(diǎn)，可以構(gòu)成反映氣體變化的保護(hù)裝置，稱(chēng)之為瓦斯保護(hù)。 氣體繼電器 構(gòu)成和動(dòng)作原理 瓦斯保護(hù)是利用安裝在變壓器油箱與油枕之間的連接管道中的氣體繼電器構(gòu)成的，如圖 32 所示。為了不妨礙氣體的流動(dòng)，在安裝具有氣體繼電器的變壓器時(shí)，變壓器頂蓋與水平面應(yīng)具有 1%~%的坡度，通往氣體繼電器的連接管具有 2%~4%的坡度，安裝油枕一側(cè)方 向向上傾斜。這樣，當(dāng)變壓器發(fā)生內(nèi)部故障時(shí)，可使氣流容易進(jìn)入油枕，并能防止氣泡積聚在變壓器的頂蓋內(nèi)。 在瓦斯保護(hù)繼電器內(nèi)，上部是一個(gè)密封的浮筒，下部是一塊金屬檔板 ,兩者都裝有密封的水銀接點(diǎn)。浮筒和檔板可以圍繞各自的軸旋轉(zhuǎn)。在正常運(yùn)行時(shí)，繼電器內(nèi)充滿(mǎn)油，浮筒浸在油內(nèi)，處于上浮位置，水銀接點(diǎn)斷開(kāi)；檔板則由于本身重量而下垂，其水銀接點(diǎn)也是斷開(kāi)的。當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生輕微故障時(shí)，氣體產(chǎn)生的速度較緩慢，氣體上升至儲(chǔ)油柜途中首先積存于瓦斯繼電器的上部空間，使油面下降，浮筒隨之下降而使水銀接點(diǎn)閉合，接通延時(shí)信號(hào)，這就是 所謂的 “輕瓦斯 ”；當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生嚴(yán)重故障時(shí)，則產(chǎn)生強(qiáng)烈的瓦斯氣體，油箱內(nèi)壓力瞬時(shí)突增，產(chǎn)生很大的油流向油枕方向沖擊，因油流沖擊檔板，檔板克服彈簧的阻力，帶動(dòng)磁鐵向干簧觸點(diǎn)方向移動(dòng)，使水銀觸點(diǎn)閉合，接通跳閘回路，使斷路器跳閘，這就是所謂的 “重瓦斯 ”。重瓦斯動(dòng)作，立即切斷與變壓器連接的所有電源，從而避免事故擴(kuò)大，起到保護(hù)變壓器的作用。 瓦斯繼電器有浮筒式、檔板式、開(kāi)口杯式等不同型號(hào)。目前大多采用 QJ80型繼電器，其信號(hào)回路接上開(kāi)口杯，跳閘回路接下檔板。所謂瓦斯保護(hù)信號(hào)動(dòng)作，即指因各種原因造成繼電器內(nèi)上開(kāi)口杯 的信號(hào)回路接點(diǎn)閉合，光字牌燈亮。 QJ1—80 型氣體繼電器分輕瓦斯和重瓦斯兩部分。輕瓦斯部分主要是由開(kāi)口杯、固定在開(kāi)口杯上的永磁鐵、干簧觸點(diǎn)構(gòu)成的。重瓦斯部分主要有擋板、固定在擋板的磁鐵、重瓦斯干簧觸點(diǎn)及流速整定螺桿構(gòu)成。 2 方案論證與設(shè)計(jì) 14 當(dāng)變壓器正常工作時(shí)，氣體繼電器內(nèi)充滿(mǎn)了油，開(kāi)口杯內(nèi)也充滿(mǎn)了油，由于開(kāi)口杯在游內(nèi)重力所產(chǎn)生的力矩比平衡重錘產(chǎn)生的力矩小，因此開(kāi)口杯處于向上翹起狀態(tài)。與開(kāi)口杯固定在一起的永磁鐵處于遠(yuǎn)離輕瓦斯干簧位置，所以該干簧觸點(diǎn)處于斷開(kāi)狀態(tài)。 當(dāng)變壓器內(nèi)部繁盛輕微故障時(shí)，產(chǎn)生不少氣體，逐漸集聚在氣體繼 電器的上部，使繼電器內(nèi)的油面緩慢下降，當(dāng)油面降到低于開(kāi)口杯時(shí)，開(kāi)口杯在空氣中重力加上杯內(nèi)油的重力所產(chǎn)生的力矩，大于平衡重錘所產(chǎn)生的力矩，于是開(kāi)口杯落下來(lái)，使固定在開(kāi)口杯上的永磁鐵接近干簧觸點(diǎn)。當(dāng)氣體積聚到一定容積時(shí)，干簧觸點(diǎn)接通，發(fā)出輕瓦斯信號(hào)?？赏ㄟ^(guò)改變輕瓦斯觸點(diǎn)動(dòng)作的氣體容積在250~300cm3 的范圍內(nèi)調(diào)整。 正常情況下，重瓦斯擋板在彈簧的作用下垂直位置，固定在擋板的永久磁鐵遠(yuǎn)離重瓦斯干簧觸點(diǎn)。當(dāng)變壓器油箱內(nèi)發(fā)生嚴(yán)重事故時(shí)，油 氣流沖擊擋板的力量大于彈簧的彈力時(shí)，擋板傾斜了一個(gè)角度，使固定在擋板上的永 久磁鐵靠近重瓦斯的干簧觸點(diǎn)，干簧觸點(diǎn)接通，發(fā)出跳閘脈沖。重瓦斯動(dòng)作的油流速度可利用流速整定螺桿，在 ~。 值得注意是，變壓器初次投入運(yùn)行時(shí)，或由于換油等工作，油中混入少量的氣體，經(jīng)過(guò)一斷時(shí)間后，這些氣體又從油中分離出來(lái)，逐漸集聚在氣體繼電器的上部，迫使開(kāi)口杯下降，使輕瓦斯動(dòng)作。此時(shí)，可以通過(guò)氣體繼電器頂部放氣閥 2 方案論證與設(shè)計(jì) 15 圖 33 瓦斯保護(hù)原理接線(xiàn)圖 將氣體放出。在故障發(fā)生后，為了便于分析故障原因及其性質(zhì)，可以通過(guò)放氣閥收集氣體，以便化驗(yàn)分析瓦斯氣體的成分。 瓦斯保護(hù)的原理 及 接線(xiàn) 瓦斯保護(hù)的原理接線(xiàn)如圖 33 所示。氣體繼電器的輕瓦斯觸點(diǎn) KG1 由開(kāi)口杯控制，構(gòu)成輕瓦斯保護(hù)，其動(dòng)作后發(fā)出警報(bào)信號(hào)，重瓦斯觸點(diǎn) KG2 由擋板控制，構(gòu)成重瓦斯保護(hù)，其動(dòng)作或經(jīng)信號(hào)發(fā)生器 KS 啟動(dòng)出口中間繼電器 KCO， KCO的兩端觸點(diǎn)分別使斷路器 1QF、 2QF 跳閘，從而切斷故障電流。 為了防止變壓器內(nèi)嚴(yán)重故障時(shí)因油速不穩(wěn)定，造成重瓦斯觸點(diǎn)時(shí)通時(shí)斷的不可靠動(dòng)作，必須選用帶自保持電流線(xiàn)圈的出口中間繼電器 KCO。在保護(hù)動(dòng)作后，借助于斷路器的輔助觸點(diǎn) 1QF1 和 2QF1 來(lái)接觸出口回路的自保持。在變壓器加油或換油后及氣體繼 電器試驗(yàn)時(shí)，為了防止重瓦斯誤動(dòng)作，可以利用切片XB，使重瓦斯暫時(shí)改接到信號(hào)位置，只發(fā)信號(hào)。 瓦斯保護(hù)具有靈敏度高，動(dòng)作迅速，接線(xiàn)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。但由于瓦斯保護(hù)不能單獨(dú)作為變壓器的主保護(hù)，所以通常是將瓦斯保護(hù)與縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)配合作為變壓器的主保護(hù)。 電力變壓器的縱差保護(hù) 原理 變壓器的縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)用來(lái)反映變壓器繞組、引出線(xiàn)及套管上的各種短路保護(hù)故障，是變壓器的主保護(hù)。 2 方案論證與設(shè)計(jì) 16 圖 34 變壓器差動(dòng)保護(hù)單項(xiàng)原理接線(xiàn)圖 縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)是按比較被保護(hù)的變壓器兩側(cè)電流的大小和相位的原理實(shí)現(xiàn)的。為了實(shí)現(xiàn)這種比較，在變壓器兩側(cè) 各裝設(shè)一組電流互感 TA TA2，其二次側(cè)按環(huán)流法連接，即若變壓器兩端的電流互感器一次側(cè)的正極性端子均置于靠近母線(xiàn)的一側(cè)，則將它們二次側(cè)的同極性端子相連接，再將差動(dòng)繼電器的線(xiàn)圈按環(huán)流法接入，構(gòu)成縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)，見(jiàn)圖 23。變壓器的縱差保護(hù)與輸電線(xiàn)的縱聯(lián)差動(dòng)相似，工作原理相同，但由于變壓器高壓側(cè)和低壓側(cè)的額定電流不同，為了保證變壓器縱差保護(hù)的正常運(yùn)行，必須選擇好適應(yīng)變壓器兩側(cè)電流互感器的變比和接線(xiàn)方式，保證變壓器在正常運(yùn)行和外部短路時(shí)兩側(cè)的二次電流不同。其保護(hù)范圍為兩側(cè)電流互感 TA TA2 之間的全部區(qū)域，包括 變壓器的高、低壓繞組、套管及引出線(xiàn)等。 從圖 34 可見(jiàn)，正常運(yùn)行和外部短路時(shí)，流過(guò)差動(dòng)繼電器的電流為2212 IIIr ?? ，在理想的情況下，其值等于零。但實(shí)際上由于電流互感器特性、變比等因素，流過(guò)繼電器的電流為不平穩(wěn)電流。變壓器內(nèi)部故障時(shí)，流入差動(dòng)繼電器的電流為 2212 IIIr ?? ，即為短路點(diǎn)的短路電流。當(dāng)該電流大于 KD 的動(dòng)作電流時(shí)， KD 動(dòng)作。 由于變壓器各側(cè)額定電壓和額定電流不同，因此，為了保護(hù)其縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)正確動(dòng)作，必須適當(dāng)選擇各側(cè)電流互感器的變比，使得 正常運(yùn)行和外部短路時(shí)，2 方案論證與設(shè)計(jì) 17 差動(dòng)回路內(nèi)沒(méi)有電流。如圖 34 中，應(yīng)使 22112212 TATA nInIII ??? （ 11） 式中 1TAn —— 高壓側(cè)電流互感器的變比； 2TAn —— 低壓側(cè)電流互感器的變比。 式 （ 11） 說(shuō)明，要實(shí)現(xiàn)雙繞組變壓器的縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)，必須適當(dāng)選擇兩側(cè)電流互感器的變比。因此，在變壓器縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)中，要實(shí)現(xiàn)兩側(cè)電流的正 確比較，必須先考慮變壓器變比的影響。 實(shí)際上，由于電流互感器的誤差、變壓器的接線(xiàn)方式及勵(lì)磁涌流等因素的影響，即使?jié)M足式 （ 11） 條件，差動(dòng)回路中仍回流過(guò)一定的不平衡電流 unbI. , unbI.越大，差動(dòng)繼電器的動(dòng)作電流也越大，差動(dòng)保護(hù)靈敏度就越低。因此，要提高變壓器縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的靈敏度，關(guān)鍵問(wèn)題是減小或消除不平衡電流的影響。 電力變壓器相間短路的后備保護(hù)和過(guò)負(fù)荷保 護(hù) 電力變壓器相間短路的后備保護(hù)可根據(jù)變壓器容量的大小和保護(hù)裝置 對(duì)靈敏度的要求，采用過(guò)電流保護(hù)、低電壓起動(dòng)的過(guò)電流保護(hù)、復(fù)合電壓起動(dòng)的過(guò)電流保護(hù)等方式。對(duì)于單側(cè)電源的變壓器保護(hù)裝置安裝在變壓器電源側(cè)，即作為變壓器本身故障的后備保護(hù)，又反映變壓器外部短路引起的過(guò)電流。 過(guò)電流保護(hù) 2 方案論證與設(shè)計(jì) 18 過(guò)電流保護(hù)一般用于容量較小的降壓變壓器上，其單相原理接線(xiàn)如圖 所示。保護(hù)裝置的動(dòng)作電流應(yīng)按躲過(guò)變壓器可能出現(xiàn)的最大負(fù)荷電流 IL。 max來(lái)整定，即 I op= KreKrel I 式中 Krel— 可靠系數(shù)，一般采用 ~； Kre— 返回系數(shù)，一般采用 ； I — 變壓器的最大負(fù)荷電流。 I 可按下述兩種情況來(lái)考慮： (1)對(duì)并列運(yùn)行的變壓器，應(yīng)考慮切除一臺(tái)變壓器以后所產(chǎn)生的過(guò)負(fù)荷。若各變壓器的容量相等時(shí)，可按下式計(jì)算為 I = 1?mm I N。 B 式中 m— 并列運(yùn)行的變壓器的臺(tái)數(shù)； 2 方案論證與設(shè)計(jì) 19 IN。 B— 變壓器的額定電流。 (2) 對(duì)降壓變壓器，應(yīng)考慮負(fù)荷中電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)的最大電流，即 I ＝Ｋ ssI’ L。 max