【文章內容簡介】 重要程度，設置性能良好，動作可靠的繼電保護裝置。 微機變壓器保護的主要性能 指標 ： 在提出全套實驗方案之前，有必要對目前微機變壓器保護的主要性能指標做一小結，因為這是確定實驗方案的主要依據，同時也是不同產品質量比較的考察項目。 需要提出的是，作為使用單位的電力部門，由于受實驗條件的制約，對保護產品的性能考察主要集中在保護的可靠性、靈敏性、選擇性和速動性上，即電力部門主要通過實驗方法了解上述幾方面的具體情況，而 對產品的電磁兼容性、抗震性、濕熱環(huán)境測試等特殊項目的了解則主要依據各廠家的質檢報告，故以下的性能指標不考慮上述特殊項目 。 對微機變壓器保護而言，需要考慮的性能指標和考察 項目主要如下 ： 選擇性 ： 主要通過各種變壓器差動區(qū)內外實驗來考察保護的動作情況，考察變壓器發(fā)生內部故障時保護是否能正確動作，變壓器發(fā)生外部故障時保護是否能可靠制動。 可靠性 :與其它保護相比較，變壓器保護存在勵磁涌流鑒別的特殊問題，因此在考察保護的可靠性指標時，除去與選擇性指標類似的項目外，需要重點考察變壓器保護鑒別勵磁涌流的能力。另一方面， CT 飽和對保護可靠性的影響也是需要重點考察的項目。 靈敏性 :目前微機變壓器保護產品所用的差動特性各不一樣，主要有比率差動、標積制動、故障分量差動，即便是比率差動，由于所選的 制動量的不同，其動作區(qū)與制動區(qū)的大小也各不相同，因而保護在靈敏度上存在差異。考慮到目前變壓器內部故障中匝間故障占相當比例，靈敏度問題是變壓器保護的一個主要考察問題，有必要在實驗方案中將其作為重要項目來考察。 速動性 :考慮到變壓器在系統(tǒng)連接和功率傳送中所占的重要地位，必須有快速的保護為其提供安全保障，以便在變壓器發(fā)生故障時快速切除，避免故障擴大和損壞變壓器。目前，微機變壓器保護產品由于理論基礎不同 ， 由于實現(xiàn)方法和軟件編制上的差異，也會導致速動性上的表現(xiàn)不盡相同 。 寧夏大學物理電氣信息學院 本科生畢業(yè)設計 8 第二章 電力變壓器的故障及異常運行狀態(tài) 電力變壓器的故障 電力變壓器的故障分為內部和外部兩種故障。內部故障指變壓器油箱里面發(fā)生的各種故障，主要靠瓦斯和差動保護動作切除變壓器；外部故障指油箱外部絕緣套管及其引出線上發(fā)生的各種故障，一般情況下由差動保護動作切除變壓器。速動保護（瓦斯和差動）無延時動作切除故障變壓器，設備是否損壞主要取決于變壓器的動穩(wěn)定性。而在變壓器各側母線及其相連間隔的引出設備故障時，若故障設備未配保護（如低壓側母線保護）或保護拒動時，則只能靠變壓器后備保護動作跳開相應開關使變壓器脫離故障。因后備保護帶延時動作，所以變壓器 必然要承受一定時間段內的區(qū)外故障造成的過電流，在此時間段內變壓器是否損壞主要取決于變壓器的熱穩(wěn)定性。因此，變壓器后備保護的定值整定與變壓器自身的熱穩(wěn)定要求之間存在著必然的聯(lián)系。 電力變壓器的不正常運行狀態(tài) 變壓器外部短路引起短路的過電流，負荷長時間超過額定容量引起的過負荷，風扇故障或漏油等原因引起冷卻能力的下降等，這些不正常運行狀態(tài)會使繞組和鐵芯過熱。此外，對于中性點不接地運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行工況下 會使變壓器過電勵磁，引起鐵芯和其他金屬構件的過熱。變壓器處于不正常運行狀態(tài)時，繼電保護應該根據其嚴重程度，發(fā)出告警信號，使運行人員及時發(fā)現(xiàn)并采取相應的措施，以確保變壓器的安全。 變壓器出現(xiàn)故障的原因 由于避雷器接地電阻高，所以雷電流流過接地電阻時導致變壓器外殼電位增高。當其超過一定數(shù)值時，就會引起變壓器絕緣擊穿損壞。 截面太小在雷擊時易被燒斷，起不到保護作用，長度太長在某一陡度電流通過時，接地引下線上的壓降與避雷器的殘壓疊加在一起，作用到 變壓器繞組上有可能破壞變壓器絕緣。 根據原北京電力建設科學技術研究所調查、分析， 14800 臺年配電變壓器的寧夏大學物理電氣信息學院 本科生畢業(yè)設計 9 運行經驗表明：在雷擊損壞事故中，大約有 37%是因絕緣存在缺陷而引起的。 由于電流的增加，變壓器線圈溫度迅速增加，造成絕緣材料變脆弱，加速老化，形成大量裂紋甚至脫落，嚴重時使線體裸露，而造成匝間短路?；蛘哂捎谕獠抗收蠜_擊力導致絕緣破損，進而發(fā)生故障。 現(xiàn)在，除非明確屬于雷擊事故，一般的沖擊故障均被列為“線路涌流”。線路涌流（或稱線路干擾）在導致變壓器故障的所有因 素中被列為首位。這一類中包括合閘過電壓、電壓峰值、線路故障 /閃絡以及其他輸配方面的異常現(xiàn)象。 其中以變壓器出口突發(fā)性短路危害最大，當變壓器二次側發(fā)生短路接地等故障時，一次側將產生高于額定電流 2030 倍的短路電流，而在一次側必然要產生很大的電流來抵消二次側短路電流的消磁作用，如此大的電流作用于高電壓繞組上，線圈內部將產生很大的機械應力，致使線圈壓縮，其絕緣襯墊、墊板就會松動脫落，鐵芯夾板螺絲松馳，高壓線圈畸變或崩裂，變壓器極易發(fā)生故障。 （ 1）變壓器漏油使分接開關裸露在空氣中，裸露的分接開 關絕緣受潮一段時間后性能下降，導致放電短路，損壞變壓器。 （ 2）變壓器分接開關在頻繁的調動中會造成觸頭之間的機械磨損、電腐蝕和觸頭污染，電流的熱效應會使彈簧的彈性變弱，從而使動、靜觸頭之間的接觸壓力下降。 引線接頭過熱是常見的故障之一，一旦發(fā)生將造成導電桿與接線端子間打火，甚至損壞導電桿絲扣，燒斷接頭，同時發(fā)熱會造成樁頭密封圈老化滲油，油溢至套管，沾粘吸附上導電性的金屬塵埃，當遇到潮濕天氣、系統(tǒng)諧磁、雷擊過電壓等就可能發(fā)生套管閃絡放電或爆炸。 （ 1）工藝、制造不良 有少部分變 壓器故障是由于本身存在故障，例如：出線端松動或無支撐，墊塊松動，焊接不良，鐵芯絕緣不良，抗短路強度不足等。 （ 2）維護不良 變壓器保護裝置不正確，冷卻劑泄漏，污垢淤積以及腐蝕受潮，連接松動等都屬于維護不良范疇。保養(yǎng)不夠被有關統(tǒng)計列為第四位導致變壓器故障的因素。 電力變壓器故障的預防措施 變壓器故障有相當部分是完全可以避免的，還有一些只要加強設備巡視嚴格寧夏大學物理電氣信息學院 本科生畢業(yè)設計 10 按章操作，隨時可以把事故消除在萌芽狀態(tài)，這樣不但將顯著地減少變壓器故障的發(fā)生以及不可預計的電力中斷，而且可大量節(jié)約經費和時間。 術標準做好變壓器運行前的檢查和試驗，防患于未燃。 （ 1）保持瓷套管及絕緣子的清潔。定期清理變壓器上的污垢，檢查套管有無閃絡放電，接地是否良好，有無斷線、脫焊、斷裂現(xiàn)象，定期遙測接地電阻不大于 4Ω，或者采取防污措施，安裝套管防污帽。 （ 2）在油冷卻系統(tǒng)中，檢查散熱器有無滲漏、生銹、污垢淤積以及任何限制油自由流動的機械損傷。同時，應經常檢查變壓器的油位、油色，有無滲漏，發(fā)現(xiàn)缺陷及時消除。 （ 3）保證電氣連接的緊固可靠。 （ 4）定期檢查分接開關。并檢驗觸頭的緊固、灼傷、疤痕、轉動靈活性及接觸的定位。 （ 5）每三年應對變壓器線圈、套管以及避雷器進行介損的檢測。 （ 6）每年檢驗避雷器接地的可靠性。接地必須可靠，而引線應盡可能短。引線應符合規(guī)定，無斷股現(xiàn)象，旱季應檢測接地電阻，其值不應超過 5Ω。應堅持每年一度的預防試驗，將不合格的避雷器更換，減少因雷擊過電壓損壞變壓器。 （ 7）變壓器應定時大、小修，在運行中或發(fā)生異常情況時，可及時大修。 （ 8）應考慮將在線檢測系統(tǒng)用于最關鍵的變壓器上。大型變壓器在線監(jiān)測系統(tǒng)（氫氣、局部放電及絕緣在線監(jiān)測）能預先發(fā)現(xiàn)運行中變壓器的異常狀態(tài)。在線監(jiān)測與專家系統(tǒng)結合起來對變壓器絕 緣進行預測，把變壓器的異常發(fā)現(xiàn)于萌芽之初。 本章小結 本章主要敘述了電力變壓器的故障及異常運行狀態(tài)，以及出現(xiàn)故障的原因，另外對于出現(xiàn)的故障提出了一些預防性的措施。承接第一章緒論，為本論文下幾章做好了鋪墊。只有把變壓器出現(xiàn)的故障和不安全運行的狀態(tài)搞清楚才能對于相應的故障和不安全運行做出合理的保護方案。對于可以預測的故障問題，應該早預防，把預防措施做到位，這樣就可以提前保護變壓器的安全穩(wěn)定的運行。 寧夏大學物理電氣信息學院 本科生畢業(yè)設計 1 第三章 電力系統(tǒng)電力變壓器的保護方式 瓦斯保護原理分析 瓦斯保護是反應變壓器油箱內部氣體的數(shù)量和流動的速度而動作的保護，保護變壓器油箱內部各種短路故障，特別是對繞組的相間和匝間短路。由于短路點電弧的作用，將使變壓器和其他絕緣材料分解，產生氣體。氣體從油箱經連通管流向油枕，利用氣體數(shù)量及流速構成瓦斯保護。 圖 31 上面的觸點表示“輕瓦斯保護”，動作后經延時發(fā)出報警信號。下面的觸點表示“重瓦斯保護”，動作后啟動變壓器保護的總出口繼電器，使斷路器跳閘。當油箱內部發(fā)生嚴重事故 時，由于油流不穩(wěn)定，可能造成干簧觸點的抖動，此時為使斷路器能可靠跳閘，應選用具有電流自保持線圈的出口中間繼電器 KM，動作后由斷路器的輔助觸點來解除出口回路的自保持。此外，為防止變壓器換油或進行試驗時引起重瓦斯保護誤動作跳閘，可利用切換片 XB 將跳閘回路切換到信號回路。 Q F 2Q F 1K M++R ER 1K S信 號K G延 時 電 路 圖 31 瓦斯保護的原理接線圖 差動保護 變壓器差動保護的工作原理 差動保護是利用基爾霍夫電流定理工作的，當變壓器正常工作或區(qū)外故障寧夏大學物理電氣信息學院 本科生畢業(yè)設計 2 時，將其看作理想變壓器，則流 入變壓器的電流和流出電流（折算后的電流）相等，差動繼電器不動作。當變壓器內部故障時，兩側（或三側）向故障點提供短路電流，差動保護感受到的二次電流和的正比于故障點電流，差動繼電器動作。 差動保護原理簡單、使用電氣量單純、保護范圍明確、動作不需延時，一直用于變壓器做主保護。另外差動保護還有線路差動保護、母線差動保護等等。 構成變壓器差動保護的基本原則 Q F 1Q F 2T A 1T A 2K D+I`I``I = I ` I ` ` 圖 32 變壓器縱差保護原理接線圖 正常運行或外部故障時 BnII ?239。139。 / ?? （ 31） 所以兩側的 CT 變比應不同，且應使 21 II ?? ? 即： 21239。139。ll nInI ?? ? （ 32） 或： 寧夏大學物理電氣信息學院 本科生畢業(yè)設計 3 Bll nIInn ??239。139。 /21 ?? （ 33） 即：按相實現(xiàn)的縱差動保護，其電流互感器變比的選擇原則是兩側 CT 變比的比值等于變壓器的變比。 電流速斷保護 變壓器的電流速斷保護是反應于大電流增大而瞬間 動作的保護。裝于變壓器的電源測，對于變壓器用引出線上各種形式的短路電流進行保護。為證明選擇性，速斷保護只能保護變壓器的一部分，一般能保護變壓器的原繞組，它適合用于容量在 10MVA 以下小容量的變壓器，當電流保護時限大于 時，可在電源側裝設電流速斷保護，其接線原理如圖 33所示： 1 Q F1 Y T1 Q FK AK S K M去 電 流d 1d 2 圖 33電流速斷保護接線圖 按躲開變壓器負荷側出口 d3 點 的 短 路 最 大 電 流 來 整 定 ， 即 m a xdz k dI K I? （ 34） 公式（ 34）中 kK — 可參考系數(shù)， kK 取 ～ ； maxdI — 外部短路的最大三相短路電流。 寧夏大學物理電氣信息學院 本科生畢業(yè)設計 4 根據實際經驗及實驗數(shù)據，一般為： .( 3 ~ 4 )d z e TII? （ 35） 公式中（ 35） .eTI —— 為變 壓器的額定電流。按照上面的條件計算，選擇其較大值作為變壓器電流速斷保護的啟動電流。 按變壓器原邊 d2短路時，流過保護的最小短路電流校驗， ( 2 )2 . m in1 2dm dzIK I?? （ 3