【正文】 電力變壓器保護(hù) 張寶旭 目 錄 ★電力變壓器的故障類型和不正常工作狀態(tài) ★電力變壓器保護(hù)配置 ★電力變壓器保護(hù)的基本原理 ★電力變壓器保護(hù)運(yùn)行注意事項 ★電力變壓器保護(hù)的異常處理 ★電力變壓器保護(hù)的日常維護(hù)、巡視 一、電力變壓器的故障類型 和不正常工作狀態(tài) （一）電力變壓器的故障類型 （二）電力變壓器的不正常運(yùn)行狀態(tài) 電力變壓器是連續(xù)運(yùn)行的靜止設(shè)備，運(yùn)行比較可靠，故障機(jī)會較少。但由于絕大部分安裝在戶外，受自然環(huán)境影響較大，同時還受運(yùn)行時承載負(fù)荷以及電力系統(tǒng)短路故障的影響，在變壓器的運(yùn)行過程中不可避免出現(xiàn)各類故障和異常情況。 （一）電力變壓器的故障類型 變壓器的故障可以分為油箱外和油箱內(nèi)兩種類型： 油箱外的故障，主要是套管和引出線上發(fā)生相間短路以及接地短路。 油箱內(nèi)的故障包括繞組的相間短路、接地短路、匝間短路以及鐵芯的燒損等。 實踐表明，變壓器套管和引出線上的相間短路、接地短路、繞組的匝間短路時比較常見的故障形式；而變壓器油箱內(nèi)發(fā)生相間短路的情況比較少。 （ 二 ） 電力變壓器的不正常運(yùn)行狀態(tài) 變壓器的不正常運(yùn)行狀態(tài)主要有變壓器外部短路引起的過電流、負(fù)荷長時間超過額定容量引起的過負(fù)荷，風(fēng)扇故障或漏油等原因引起冷卻能力的下降等。 上述這些不正常運(yùn)行狀態(tài)會使繞組和鐵芯過熱。 此外，對于中性點不接地運(yùn)行的星形接線變壓器，外部接地短路時有可能造成變壓器中性點過電壓，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)行工況下會使變壓器過勵磁，引起鐵芯和其他金屬構(gòu)件的過熱。 變壓器處于不正常運(yùn)行狀態(tài)時，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)行人員及時發(fā)現(xiàn)并采取相應(yīng)的措施，以確保變壓器的安全。 二、電力變壓器保護(hù)配置原則 （一）電力 變壓器保護(hù)分類 （二）電力 變壓器保護(hù)配置 （三）有關(guān)重合閘配置問題分析 （四）變電站主變保護(hù)配置示例 （一） 變壓器保護(hù)分類 變壓器油箱內(nèi)故障時，除了變壓器各側(cè)電流、電壓變化外，油箱內(nèi)的油、氣、溫度等非電量也會發(fā)生變化。因此，作為變壓器的保護(hù)分為電量保護(hù)和非電量保護(hù)。 （二） 變壓器保護(hù)配置 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，在故障電流和故障點電弧的作用下，變壓器油和其他絕緣材料會因受熱而分解，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），但像變壓器絕緣子閃絡(luò)等油箱外面的故障，瓦斯保護(hù)不能反應(yīng)。 差動保護(hù)或電流速斷保護(hù) 對容量為 6300kVA及以上的變壓器，以及發(fā)電廠廠用變壓器和并列運(yùn)行的變壓器， 10 000kVA及以上的發(fā)電廠廠用備用變壓器和單獨運(yùn)行的變壓器，應(yīng)裝設(shè)縱差動保護(hù)。電流速斷保護(hù)用于對于容量為 10 000kVA及以下的變壓器，速斷保護(hù)。對 2022kVA以上的變壓器，當(dāng)電流速斷保護(hù)的靈敏性不能滿足要求時，也應(yīng)裝設(shè)縱差動保護(hù)。 外部相間短路和接地短路時的后備保護(hù) 變壓器的相間短路后備保護(hù)通常采用過電流保護(hù) 、 低電壓啟動的過電流保護(hù) 、 復(fù)合電壓啟動的過電流保護(hù)以及負(fù)序過電流保護(hù)等 （ 也有采用阻抗保護(hù)作為后備保護(hù)的情況 ） 。 發(fā)生接地故障時 ， 變壓器中性點將出現(xiàn)零序電流 ， 母線將出現(xiàn)零序電壓 ， 變壓器的接地后備保護(hù)通常都是反應(yīng)這些電氣量構(gòu)成的 。 過負(fù)荷保護(hù) 變壓器長期過負(fù)荷運(yùn)行時，繞組會因發(fā)熱而受到損傷。對 400kVA以上的變壓器，當(dāng)數(shù)臺并列運(yùn)行，或單獨運(yùn)行并作為其他負(fù)荷的備用電源時，應(yīng)根據(jù)可能過負(fù)荷的情況，裝設(shè)過負(fù)荷保護(hù)。 過勵磁保護(hù) 對頻率減低和電壓升高而引起變壓器過勵磁時，勵磁電流急劇增加，鐵芯及附近的金屬構(gòu)件損耗增加，引起高溫。長時間或多次反復(fù)過勵磁，將因過熱而使絕緣老化。高壓側(cè)電壓為 500kV及以上的變壓器，應(yīng)裝設(shè)過勵磁保護(hù)，在變壓器允許的過勵磁范圍內(nèi)，保護(hù)作用于信號，當(dāng)過勵磁超過允許值時，可動作于跳閘。 其他非電量保護(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)按現(xiàn)行有關(guān)變壓器的標(biāo)準(zhǔn)要求，專設(shè)可作用于信號或動作于跳閘的非電量保護(hù)。 為了滿足電力系統(tǒng)穩(wěn)定方面的要求，當(dāng)變壓器發(fā)生故障時，要求保護(hù)裝置快速切除故障。 （三）有關(guān)重合閘問題分析 根據(jù)重合閘控制的開關(guān)所接通或斷開的電力元件不同，重合閘可分為線路重合閘、變壓器重合閘、母線重合閘。所以從“理論上”講，變壓器是可以裝設(shè)重合閘的。 然而，在電力系統(tǒng)的故障中，大多數(shù)是輸電線路（特別是架空線路）的故障。而輸電線路故障大都是“瞬時性”的。輸電線路加裝“重合閘”有可能大大提高供電的可靠性。 變壓器是充油設(shè)備，其故障大多數(shù)是“永久性”的，重合閘會加重變壓器的損壞程度，另外變壓器發(fā)生故障時，無論主保護(hù)還是后備保護(hù)動作，均發(fā)永跳令，閉鎖開關(guān)重合閘。所以變壓器開關(guān)不設(shè)重合閘。 （四）變電站主變保護(hù)配置示例 220kV興隆站示例 本站主變保護(hù)裝置 PST1200系列保護(hù)。 主變壓器保護(hù)裝置是以差動保護(hù)、后備保護(hù)和瓦斯保護(hù)為基本配置的成套變壓器保護(hù)裝置。保護(hù)裝置有兩種不同的差動保護(hù)，設(shè)有完全相同的CPU插件，分別完成差動保護(hù)功能，高壓側(cè)后備保護(hù)功能，低壓側(cè)后備保護(hù)功能，各種保護(hù)功能均有軟件實現(xiàn)，瓦斯保護(hù)由獨立機(jī)箱。 變壓器 PST 1200型保護(hù)壓板投停情況： 序號 壓板名稱 壓板投停情況 1 差動保護(hù)：（功能壓板） 正常投入，當(dāng)差動保護(hù)測方向、 CT回路開路時，差動二次回路異常時，停用差動保護(hù)壓板 2 220KV側(cè)復(fù)壓過流 正常運(yùn)行時投入， PT失壓時，不停用（負(fù)荷超過50%時申請停用），應(yīng)立即處理 PT失壓 3 220KV側(cè)零序方向過流 Ⅱ 段 正常運(yùn)行時投入， PT失壓時，停用 220KV側(cè)零序方向過流 Ⅱ 段保護(hù)壓板 4 220KV側(cè)零序電流 正常運(yùn)行時投入， PT失壓時，不停用 5 220KV間隙保護(hù) 變壓器 220KV側(cè)中性點不接地時，投入間隙保護(hù)，當(dāng)一臺主變運(yùn)行時，停用間隙保護(hù) 6 110KV側(cè)復(fù)壓方向過流 Ⅰ 段 正常運(yùn)行時投入， PT失壓時，停用 110KV側(cè)復(fù)壓方向過流 Ⅰ 段保護(hù)壓板 7 110KV側(cè)復(fù)壓過流 正常運(yùn)行時投入， PT失壓時，不停用（負(fù)荷超過50%時，申請停用），應(yīng)立即處理 PT失壓 8 110KV側(cè)零序方向過流 Ⅰ 段 正常運(yùn)行時投入， PT失壓時，停用 110KV側(cè)零序方向過流 Ⅰ 段保護(hù)壓板 序號 壓板名稱 壓板投停情況 9 110KV側(cè)零序方向過流 Ⅱ 段 正常運(yùn)行時投入， PT失壓時，停用 110KV側(cè)零序方向過流 Ⅱ 段保護(hù)壓板 10 110KV側(cè)零序過流 正常運(yùn)行時投入 11 10KVⅠ 段復(fù)壓過流 正常運(yùn)行時投入 12 10KVⅠ 段速段過流 正常運(yùn)行時投入 13 10KVⅡ 段復(fù)壓過流 正常運(yùn)行時投入 14 10KVⅡ 段速段過流 正常運(yùn)行時投入 15 差動、間隙及后備跳 201開關(guān) Ⅰ 正常運(yùn)行時投入 16 差動、間隙及后備跳 201開關(guān) Ⅱ 正常運(yùn)行時投入 17 差動、間隙及后備跳 101開關(guān)、跳 014開關(guān) 正常運(yùn)行時投入 18 重瓦斯保護(hù)：（功能壓板） 變壓器送電及正常運(yùn)行時投入壓板 19 瓦斯保護(hù)跳 201開關(guān) Ⅰ 、跳 201開關(guān) Ⅱ 、跳 101開關(guān)、跳 014開關(guān) 正常運(yùn)行時投入。當(dāng)變壓器加油、更換桂膠等，按規(guī)定瓦斯需投信號時，停用瓦斯保護(hù)跳閘壓板 500kV泰山站示例 3號主變保護(hù)采用南京自動化設(shè)備總廠生產(chǎn)的WBZ— 500H微機(jī)型變壓器保護(hù)裝置。整套裝置由三個獨立單元組成：主保護(hù)單元、后備保護(hù)單元、非電量保護(hù)單元。 主保護(hù)包括：差動保護(hù)、分差保護(hù)、瓦斯保護(hù)。 后備保護(hù)包括：過激磁保護(hù)、相間阻抗保護(hù)、復(fù)合電壓閉鎖過流保護(hù)、零序電流保護(hù)、過負(fù)荷保護(hù)。 非電量保護(hù)包括：本體輕瓦斯保護(hù)、本體重瓦斯保護(hù)、冷卻器全停保護(hù)、壓力釋放保護(hù)、油溫高報警保護(hù)、繞組溫度高報警保護(hù)、油位異常保護(hù)。 主變各保護(hù)屏保護(hù)配置表（一） 保護(hù)屏及保護(hù)型號 保護(hù)功能配置 A屏 （ WBZ500H） 包括差動保護(hù)及后備保護(hù)裝置單元。高壓側(cè)： 差動保護(hù)、高壓側(cè)相間阻抗保護(hù)、高壓側(cè)接地阻抗保護(hù)、高壓側(cè)復(fù)壓過流保護(hù)、高壓側(cè)零序過流保護(hù)、高壓側(cè)零序方向 Ⅰ 段保護(hù)、高壓側(cè)零序方向 Ⅱ 段保護(hù)、過激磁保護(hù)、中性點零序過流保護(hù)。 中壓側(cè)： 差動保護(hù)、中壓側(cè)相間阻抗保護(hù)、中壓側(cè)接地阻抗保護(hù)、中壓側(cè)零序過流保護(hù)、中壓側(cè)零序方向 Ⅰ 段保護(hù)、中壓側(cè)零序方向 Ⅱ 段保護(hù)、中壓側(cè)非全相保護(hù)、中壓側(cè)復(fù)壓過流保護(hù)及公共繞組過負(fù)荷。 低壓側(cè)： 差動保護(hù)、低壓側(cè)復(fù)壓過流保護(hù)、低壓側(cè)速斷過流保護(hù)。三側(cè)過負(fù)荷、 PT回路異常告警等。 主變各保護(hù)屏保護(hù)配置表（二） 保護(hù)屏及保護(hù)型號 保護(hù)功能配置 B屏 （ WBZ500H） 包括差動保護(hù)及后備保護(hù)裝置單元。高壓側(cè)： 差動保護(hù)、高壓側(cè)相間阻抗保護(hù)、高壓側(cè)接地阻抗保護(hù)、高壓側(cè)復(fù)壓過流保護(hù)、高壓側(cè)零序過流保護(hù)、高壓側(cè)零序方向 Ⅰ 段保護(hù)、高壓側(cè)零序方向 Ⅱ 段保護(hù)、過激磁保護(hù)、中性點零序過流保護(hù)。 中壓側(cè)： 差動保護(hù)、中壓側(cè)相間阻抗保護(hù)、中壓側(cè)接地阻抗保護(hù)、中壓側(cè)零序過流保護(hù)、中壓側(cè)零序方向 Ⅰ 段保護(hù)、中壓側(cè)零序方向 Ⅱ 段保護(hù)、中壓側(cè)非全相保護(hù)、中壓側(cè)復(fù)壓過流保護(hù)及公共繞組過負(fù)荷。 低壓側(cè)： 差動保護(hù)、低壓側(cè)復(fù)壓過流保護(hù)、低壓側(cè)速斷過流保護(hù)。三側(cè)過負(fù)荷、 PT回路異常告警等。 主變各保護(hù)屏保護(hù)配置表（三） 保護(hù)屏及保護(hù)型號 保護(hù)功能配置 C屏 （ WBZ500H） 包括分差保護(hù)、非電量保護(hù)。分差保護(hù)： 三側(cè)差動保護(hù)、 TA斷線閉鎖差動保護(hù)、過負(fù)荷告警。 非電量保護(hù)： 本體輕瓦斯保護(hù)、本體重瓦斯保護(hù)、冷卻器全停保護(hù)、壓力釋放保護(hù)、油溫高