【文章內(nèi)容簡介】 根據(jù)需要通過改變次級(jí)線圈而改變次級(jí)電壓，但是不能改變?cè)试S負(fù)載消耗的功率。 (二 ) 變壓器的分類 變壓器的種類是多種多樣的，但就其工作原理而言，都是按照電磁感應(yīng)原理制成的。一般情況下，常用變壓器的分類可歸類如下： 1. 按用途分：電力變壓器、試驗(yàn)變壓器、儀用變壓器及特殊用途的變壓器 。 2. 按相數(shù)分：單相變壓器、三相變壓器。 3. 按繞組形式分：自耦變壓器、雙繞組變壓器、三繞組變壓器。 4. 按鐵芯形式分：芯式變壓器、殼式變壓器。 5. 按冷卻方式分：油浸式變壓器、干式變壓器、充氣式變壓器及蒸發(fā)冷卻變壓器。 變壓器的基本結(jié)構(gòu) 電力變壓器的基本結(jié)構(gòu)，包括鐵芯和一、二次（或一、二、三次）繞組兩部分。以油浸式電力變壓器為例說明變壓器的基本結(jié)構(gòu)。 油浸式變壓器由三相一、二次繞組，鐵芯 、油箱、 底座、高低壓套管、引線、散熱器（或冷卻器）、凈油器、 儲(chǔ)油柜 、安全氣道、 以及 溫度計(jì)、 分接開關(guān)和 氣體繼電器等組成 。 鐵芯構(gòu)成了磁路，線圈套在鐵芯上。線圈由導(dǎo)線繞制而成，繞組是指與電源（或負(fù)載）相接的線圈或線圈的組合，即繞組是由線圈組成。通常把鐵芯和繞組合在一起稱為變壓器的器身，是變壓器的最基本的組成部分。變壓器器身放置在油箱內(nèi)，油箱起機(jī)械支撐、冷卻散熱和保護(hù)作用。油箱內(nèi)充滿了變壓器油，變壓器油既是冷卻介質(zhì)，同時(shí)也起絕緣作用。變壓器在運(yùn)行過程中，各種損耗最終轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃?，熱量傳給變壓器油，再傳給油箱壁向外散出。變壓器油箱上裝有許多油管，在變壓器內(nèi)部，熱油上升，再由油管往下廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第二章 變壓器故障分析 6 流，這實(shí)際上相當(dāng)于增加了油箱壁的散 熱面積和散熱能力。絕緣套管主要是起絕緣作用，使變壓器繞組的引出線與油箱妥善絕緣。 變壓器故障類型及不正常運(yùn)行狀態(tài) 研究變壓器保護(hù)，首先就要分析變壓器可能發(fā)生的故障和異常情況。電力變壓器的故障類型和不正常運(yùn)行狀態(tài)如下 [1]： (一 ) 變壓器故障： 變壓器故障可分為內(nèi)部故障和外部故障兩類。 1. 內(nèi)部故障 內(nèi)部故障主要包括變壓器繞組的相間短路、匝間短路和中性點(diǎn)接地系統(tǒng)繞組的接地短路等。這些故障危害很大，因?yàn)槎搪冯娏鳟a(chǎn)生的高溫電弧不僅會(huì)燒壞繞組的絕緣和鐵心，還會(huì)使絕緣材料和變壓器油受熱分解會(huì)產(chǎn)生大量的氣體，有可 能使變壓器油箱局部變形、破裂，甚至引起變壓器油箱的爆炸。因此，當(dāng)變壓器發(fā)生內(nèi)部故障時(shí)，必須迅速將變壓器切除。 2. 外部故障 變壓器最常見的外部故障主要是變壓器套管和引出線上發(fā)生的相間短路或接地（對(duì)變壓器外殼）短路。發(fā)生這類故障時(shí)也應(yīng)迅速切除變壓器，以盡量減小短路電流對(duì)變壓器的沖擊。 (二 ) 變壓器不正常工作狀態(tài)： 變壓器不正常工作狀態(tài)主要表現(xiàn)為： 1. 外部短路引起的過電流。 2. 過負(fù)荷。 3. 油箱漏油造成的油面降低。 4. 變壓器中性點(diǎn)電壓升高或外部電壓過高或頻率降低等引起的過勵(lì)磁。 變壓器保護(hù)配 置原則 為了保證電力系統(tǒng)安全可靠地運(yùn)行，根據(jù)上述可能發(fā)生的故障及不正常工作情況，變壓器一般應(yīng)裝設(shè)下列保護(hù)裝置 [2]。 （ 1）瓦斯保護(hù) 用來防御變壓器的內(nèi)部故障及油面降低。容量在 800kV?A 及以上的油廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第二章 變壓器故障分析 7 浸式變壓器和 400kV?A 及以上的車間內(nèi)變壓器一般都應(yīng)裝設(shè)瓦斯保護(hù)。其中輕瓦斯動(dòng)作于預(yù)告信號(hào)，重瓦斯動(dòng)作于跳開各電源側(cè)斷路器。 （ 2）縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)或電流速斷保護(hù) 用來反應(yīng)變壓器繞組、套管及引出線發(fā)生的短路故障。容量在 10000kV?A 以上單臺(tái)運(yùn)行的變壓器、發(fā)電廠用工作變壓和工業(yè)企業(yè)中的重要變壓器和容量在 6300kV?A 以下并列運(yùn)行的變壓器以及發(fā)電廠備用變壓器，一般裝設(shè)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)（一種對(duì)容量較大的變壓器的保護(hù)方式）。上述容量以下的變壓器，當(dāng)后備保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限大于 時(shí)，一般應(yīng)采用電流速斷保護(hù)。但是對(duì)于容量在 2020kV?A 以上的變壓器，當(dāng)電流速斷保護(hù)的靈敏度不滿足要求時(shí)，應(yīng)裝設(shè)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)。 （ 3）相間短路的后備保護(hù) 用來反應(yīng)外部相間短路引起的變壓器過電流，同時(shí)作為瓦斯保護(hù)和差動(dòng)保護(hù)（或電流速斷保護(hù)）的后備保護(hù)。 （ 4）過負(fù)荷保護(hù) 用來反應(yīng)變壓器因過負(fù)荷而引起的過電流。對(duì)于 及以上的變壓器，當(dāng)數(shù)臺(tái)并 列運(yùn)行或單獨(dú)運(yùn)行并作為其它負(fù)荷的備用電源時(shí)，應(yīng)裝設(shè)過負(fù)荷保護(hù)。 （ 5）零序保護(hù) 用來反應(yīng)變壓器高壓繞組及引出線和相鄰元件（母線和線路）的接地短路。 （ 6）變壓器過勵(lì)磁保護(hù) 反應(yīng)變壓器的過勵(lì)磁，保護(hù)裝置動(dòng)作于信號(hào)或跳開斷路器。 （ 7）其它非電量保護(hù)。 對(duì)變壓器溫度及油箱內(nèi)壓力升高和冷卻系統(tǒng)的故障，應(yīng)裝設(shè)可作用于信號(hào)或跳閘的非電量保護(hù)。 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第三章 變壓器保 護(hù)原理分析 8 第三章 變壓器保護(hù)原理分析 變壓器保護(hù)的基本要求 為了保證系統(tǒng)能安全、可靠的運(yùn)行，對(duì)繼電保護(hù)提出了四個(gè)基本要求，它們分別是： 1. 選擇性； 2. 速動(dòng)性； 3. 靈敏 性； 4. 可靠性。除了滿足上述的四個(gè)基本要求外，對(duì)繼電保護(hù)裝置還要求投資少，便于調(diào)試和運(yùn)行維護(hù)，并盡可能滿足用電設(shè)備運(yùn)行的條件。 變壓器是電力系統(tǒng)的重要設(shè)備之一，它的可靠運(yùn)行對(duì)輸電系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有重大意義。為保證系統(tǒng)和變壓器安全運(yùn)行，減少事故損失，大型變壓器的繼電保護(hù)還應(yīng)滿足如下要求： 1. 高靈敏度 要求能靈敏動(dòng)作于匝間短路故障，同時(shí)亦能靈敏動(dòng)作于內(nèi)部高電阻接地故障。 2. 高速度 對(duì)于接于超高壓遠(yuǎn)距離輸電線路的變壓器，當(dāng)發(fā)生內(nèi)部故障時(shí)，由于諧振會(huì)產(chǎn)生諧波電流，可能引起諧波制動(dòng)的差動(dòng)保護(hù)延緩動(dòng)作， 需要采取有效的加速措施或?qū)で箬b別勵(lì)磁涌流的新原理和新方法。 3. 有效地對(duì)付過勵(lì)磁 大型變壓器的工作磁密通常取得較高，過壓或頻率降低，勵(lì)磁電流會(huì)激增。此時(shí)一方面要求差動(dòng)保護(hù)不能誤動(dòng)，另一方面為防止勵(lì)磁電流過大使變壓器發(fā)熱燒損，需要裝設(shè)滿足過勵(lì)磁倍數(shù)要求和具有反時(shí)限特性并能計(jì)及過熱積累效應(yīng)的過勵(lì)磁保護(hù)。 根據(jù)繼電保護(hù)配置原則，變壓器應(yīng)裝設(shè)主保護(hù)和后備保護(hù)。當(dāng)主保護(hù)或有關(guān)斷路器拒動(dòng)時(shí)，后備保護(hù)裝置應(yīng)為被保護(hù)設(shè)備或相鄰設(shè)備提供后備保護(hù)作用。后備保護(hù)的保護(hù)區(qū)比主保護(hù)大，動(dòng)作速度較慢，一般以過電流保護(hù)為主，配以其他電 氣量作為輔助判據(jù)，保護(hù)要求較主保護(hù)低。 下面就變壓器的各種保護(hù)進(jìn)行簡單的介紹。 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第三章 變壓器保 護(hù)原理分析 9 變壓器保護(hù)原理分析 變壓器瓦斯保護(hù) 瓦斯保護(hù)，又稱為氣體繼電保護(hù)，是保護(hù)油浸式變壓器內(nèi)部故障的一種基本保護(hù)裝置，是變壓器的主保護(hù)之一，是應(yīng)對(duì)變壓器內(nèi)部故障的最有效、最靈敏的保護(hù)裝置 [3]。 瓦斯保護(hù)的原理接線圖如圖 31 所示。 T1 Q F1X BK M1 K SH LRK G1 Y R2 Q F2 Y R2 Q F 1 22 K S1 Q F 1 21 Q F 3 42341 2 1 21 2345 6去 信 號(hào)－+－++－－－1 0 k V 圖 31 瓦斯保護(hù)原理接線圖 變壓器瓦斯保護(hù)動(dòng)作后，運(yùn)行人員應(yīng)立即對(duì)變壓器進(jìn)行檢查，查明原因，可在氣體繼電器頂部打開 放氣閥，用干凈的玻璃瓶收集蓄積的氣體（注意：人體不得靠近帶電部分），通過分析氣體性質(zhì)可判斷出發(fā)生故障的原因和處理要求。 瓦斯保護(hù)只能反應(yīng)變壓器油箱內(nèi)部的故障，而對(duì)變壓器外部端子上的故障情況則無法反應(yīng)。因此，除了設(shè)置瓦斯保護(hù)外，還需設(shè)置過流、速斷或差動(dòng)等保護(hù)。 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第三章 變壓器保 護(hù)原理分析 10 變壓器電流速斷保護(hù) 對(duì)于小容量的變壓器可以在電源側(cè)裝設(shè)電流速斷保護(hù)，作為電源側(cè)繞組、套管及引出線故障的主要保護(hù)，并用過電流保護(hù)作為變壓器內(nèi)部故障的后備保護(hù) [3]。 圖 32 為變壓器電流速斷保護(hù)的原理接線圖，電流互感器裝設(shè)于電源側(cè)。電源側(cè) 為中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)時(shí)，保護(hù)采用完全星形接線方式，電源側(cè)為中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧電抗器接地的系統(tǒng)時(shí)，則采用兩項(xiàng)不完全星形接線。 T1 Q FK MK SK A1 Y R2 Q F2 Y R－T Ak 1k 2－－++去 信 號(hào)1 0 k V 圖 32 變壓器電流速斷保護(hù)原理接線圖 速斷保護(hù)的動(dòng)作電流 opTI 按躲過變壓器外部故障（如 k1點(diǎn)）的最大短路電流整定，即 1,maxopT rel kI K I? （ 31） 式中 1,maxkI 為 k1點(diǎn)短路時(shí)流過保護(hù)的最大三相短路電流； relK 為可靠系數(shù)，取 ～ 。 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第三章 變壓器保 護(hù)原理分析 11 變壓器電流速斷保護(hù)的靈敏系數(shù)按保護(hù)安裝處（ k2點(diǎn)）的最小運(yùn)行方式下兩相短路電流效驗(yàn)，即 2 ,m a x( 2 ), m in /2k opTsK I I?? （ 32） 電流速斷保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)是接線簡單，動(dòng)作迅速。但是電流速斷保護(hù)的動(dòng)作范圍小，有死區(qū)，不能保護(hù)變壓器的全部繞組。為了彌補(bǔ)死區(qū)得不到保護(hù)的缺點(diǎn)，速斷保護(hù)使用時(shí)要配備帶時(shí)限的過電流保護(hù)。 變壓器差動(dòng)保護(hù) 變壓器的差動(dòng)保護(hù)，主要用來保護(hù)變壓器內(nèi)部以及引出線和絕緣套管的相間短路，并且也可以用來保護(hù)變壓器內(nèi)的匝間短路，其保護(hù)區(qū)在變壓器一、二次側(cè)所裝電流互感器之間 [4]。 圖 33 為變壓器差動(dòng)保護(hù)的單相原理電路圖。 Q F 2I Q F 1Y R 1Q F 1T A 1T A 2TY R 2K S 2K MK AK S 13 5 k V6 ～ 1 0 k Vk － 2－1I?2I?1I??2I??12KAI I I?? ????()ds pIQ F 2＋－＋＋＋－＋信 號(hào)信 號(hào)k － 1 圖 33 變壓器縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的單相原理電路 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第三章 變壓器保 護(hù)原理分析 12 變壓器差動(dòng)保護(hù)的保護(hù)范圍是變壓器兩側(cè)電流互感器安裝地點(diǎn)之間的區(qū)域。它可以保護(hù)變壓器內(nèi)部及兩側(cè)絕緣套管和引出線上的相間短路，保護(hù)反應(yīng)靈敏，動(dòng)作無限時(shí)。 變壓器差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作電流 ()OPdI 應(yīng)滿足以下三個(gè)條件： 1) 應(yīng)躲過變壓器差動(dòng)保護(hù)區(qū)外短路時(shí)出現(xiàn)的最大不平衡電流，即 ( ) .m axo p d rel d spI K I? （ 33） 式中， relK 為可靠系數(shù)，可取 。 2) 應(yīng)躲過變壓器勵(lì)磁涌流，即 ()op d relI K I? （ 34） 式中， 為變壓器額定一次電流， relK 為可靠系數(shù)，可取 ～ 。 在電流互感器二次回路斷線且變壓器處于最大負(fù)荷時(shí)，差動(dòng)保護(hù)不應(yīng)誤動(dòng)，因此 ax()op d relI K I? （ 35） 式中， 為最大負(fù)荷電流，取（ ～ ）， r e l K 為可靠系數(shù)，可取 。 變壓器相間短路后備 保護(hù) 變壓器相間短路的后備保護(hù)既是差動(dòng)保護(hù)和瓦斯保護(hù)的后備保護(hù)，又是相鄰母線或線路的后備保護(hù)。 1. 變壓器的過電流保護(hù) 對(duì)于單側(cè)電源的變壓器，過電流保護(hù)裝置的電流互感器安裝在電源側(cè)，保護(hù)動(dòng)作時(shí)切除變壓器各側(cè)開關(guān) [1]。 變壓器過電流保護(hù)的原理接線圖如圖 34 所示。 變壓器過電流保護(hù)繼電器的動(dòng)作電流為 (1 .5 3 )Wreo p K A Nr e iKKIIKK? ～ （ 36） 式中， 1NI 為變壓器一次側(cè)額定電流；可靠系數(shù) 1reK 、接線系數(shù) WK 、返廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第三章 變壓器保 護(hù)原理分析 13 回系數(shù) reK 與線路過電流保護(hù)相同； iK 為電流互感器的變比。 變壓器過電流保護(hù)的靈敏度按下式校驗(yàn)： ( 2 ) .m in 1 .5KS oplIK I??? （ 37） 式中， (2) .minKI ? 為變壓器二次側(cè)在系統(tǒng)最小運(yùn)行方式下，發(fā)生兩相短路時(shí) 一次側(cè)的穿越電流。 TQ FK MK SK TY RQ FI I Q SQ FT A 1 T A 2K A 1 K A 2+過 電 流 信 號(hào)－+－+－1 0 k V 圖 34 變壓器過電流保護(hù)裝置原理接線圖 2. 變壓器的過負(fù)荷保護(hù) 變壓器的過負(fù)荷保護(hù)是用來反應(yīng)變壓器正常運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)的過負(fù)荷情況，只在變壓器確有過負(fù)荷可能的情況下才予以裝設(shè)，一般動(dòng)作于信號(hào) [4]。 變壓器的過負(fù)荷在大多數(shù)情況下都是三相對(duì)稱的，因此過負(fù)荷保護(hù)只需要在一相上裝一個(gè)電流繼電器。過負(fù)荷時(shí)，電流繼電器動(dòng)作，再經(jīng)過時(shí)間繼電器給予一定延