【文章內(nèi)容簡介】 地沖人瓦斯繼電器，保證瓦斯繼電器靈敏的動作。見變壓器安裝示意圖2l。 圖21 氣體及電器安裝示意圖1——氣體繼電器；2——油枕當變壓器油箱內(nèi)部發(fā)生相間、層間或匝間短路故障時，伴隨有電弧產(chǎn)生，或某些部件嚴重發(fā)熱，導致油箱內(nèi)絕緣油和其他絕緣材料受熱分解并產(chǎn)生揮發(fā)性氣體(即瓦斯)。因為氣體比油輕，氣體就會很快上升到變壓器的最高部分一油枕內(nèi)。在嚴重故障時，大量氣體會產(chǎn)生很大的壓力，使油迅速向油枕流動。根據(jù)這一特性，我們可以通過變壓器油箱內(nèi)的氣體或油，向油枕方向流動的情況，來判斷變壓器內(nèi)部故障的狀態(tài)。利用這些性質(zhì)構成的變壓器保護稱為瓦斯保護，在瓦斯保護裝置中，反應這些特性的基本器件是瓦斯繼電器。在變壓器正常工作時，瓦斯繼電器的容器內(nèi)一般是充滿變壓器油的，它的兩對靈敏水銀觸點是斷開的。如果變壓器內(nèi)部出現(xiàn)輕微故障，則因油分解而產(chǎn)生的氣體聚集在容器的上部時，此時迫使油面下降，使上面一對水銀觸點閉合，接通信號回路，發(fā)出報警信號，即繼電器輕瓦斯動作。如果正壓器內(nèi)部發(fā)生嚴重故障，將會產(chǎn)生強烈的氣體，并出現(xiàn)變壓器油的涌浪，迫使油猛烈地由油箱進入油枕，通過聯(lián)接管道的時候，要經(jīng)過瓦斯繼電器，這時強大的油流沖擊瓦斯繼電器的擋板，使下面一對水銀觸點閉合，接通跳閘回路，切斷與變壓器連接的所有電源，從而起到保護變壓器的作用，即繼電器重瓦斯動作。線路如圖22所示。特別要注意，在新裝或大修的變壓器在加油濾油時將空氣帶入變壓器內(nèi)部，不能及時排出，當變壓器運行后油溫逐漸上升，形成油的對流，內(nèi)部貯存的空氣逐漸排出，有可能使瓦斯繼電器動作。瓦斯繼電器動作的次數(shù)與變壓器內(nèi)部貯存的氣體多少有關。遇到上述情況時應根據(jù)變壓器的音響、溫度、油面以及加油、濾油工作情況來綜合分析，如變壓器運行正常可以判斷為進入空氣所造成的。否則要取氣做點燃試驗，進一步判斷變壓器內(nèi)部是否有故障。運行經(jīng)驗證明，瓦斯繼電器比差動繼電器能更靈敏地反映變壓器內(nèi)部故障，特別對于匝闖短路，其靈敏度高于其它任何保護。但瓦斯保護不宜整定得過于靈敏，避免誤動作。圖22瓦斯保護原理接線圖 瓦斯保護的原理及接線圖中22為瓦斯繼電器，上面的觸點為輕瓦斯保護，它由上浮筒或上開口杯控制，動作后僅給出信號；下面的觸點為重瓦斯保護，由擋板或下開口杯控制，動作后經(jīng)信號繼電器2給出信號，同時啟動出口繼電器4，繼電器4的觸點閉合，并通過本身的電流線圈自保持，知道斷路器跳閘為止?？紤]到瓦斯繼電器的下觸點在不穩(wěn)定油流的沖擊下可能發(fā)生振動，或短時閉合的狀況，所以加上了自保持回路，以保證在這種情況下也能可靠的動作與跳閘。跳閘完畢后，由斷路器的輔助觸點將自保持回路切斷。轉(zhuǎn)換開關3是用來將重瓦斯保護轉(zhuǎn)換到僅動作與信號的位置。 變壓器縱聯(lián)差動保護變壓器的縱聯(lián)差動保護用來反映變壓器繞組、引出線及套管上的各種短路保護故障，是變壓器的主保護。 變壓器縱聯(lián)差動保護原理。變壓器的縱聯(lián)差動保護用來反映變壓器繞組、引出線及套管上的各種短路保護故障，是變壓器的主保護?？v差保護在發(fā)電機上的應用比較簡單，但是作為變壓器內(nèi)部故障的主保護，縱差保護將有許多特點和困難。變壓器具有兩個或更多個電壓等級，構成縱差保護，所用電流互感器的額定參數(shù)各不相同，由此產(chǎn)生的縱差保護不平衡電流將很大，縱差保護是利用比較被保護元件各端電流的幅值和相位的原理構成的，根據(jù)KCL基本定理，即當被保護設備無故障時恒有：，即各流入電流之和必等于各流出電流之和。當被保護設備內(nèi)部本身發(fā)生故障時，短路點成為一個新的端子，此時，但是實際上在外部發(fā)生短路時還存在一個不平衡電流，所以縱差保護的動作判據(jù)應改寫為： （21） 式中——差動回路的差動電流； ——總差保護的最大不平衡電流。 對于雙繞組和三繞組變壓器，實現(xiàn)縱差保護的原理接線圖如圖23所示：圖23 雙繞組變壓器接線圖以雙繞組變壓器為例說明縱差保護原理。由于變壓器高壓側(cè)和低壓側(cè)的額定電流不同，因此為了保證縱差保護的正確工作，就必須適當選擇兩側(cè)電流互感器的變比，使得在正常運行和外部故障時，兩個二次電流相等例如在圖23中應使： （22） 或 （23） 式中：——高壓側(cè)電流互感器的變比 ——低壓側(cè)電流互感器的變比 ——變壓器的變比 ——變壓器高壓側(cè)一次電流 ——變壓器低壓側(cè)一次電流 ——高壓側(cè)電流互感器二次電流 ——低壓側(cè)電流互感器二次電流 縱差保護動作判斷用下式表示： （24） 式中：——縱差保護動作整定電流。當變壓器正常運行及故障時。即： 此時差電流小于動作整定電流，保護不動作。當變壓器內(nèi)部故障時，繼電器反應兩側(cè)電流之和，此時差電流大于動作整定電流。保護動作對于縱差保護動作判據(jù)中的 ，要按躲過外部短路時最大短路電流對應的最大不平衡電流整定，這時數(shù)值較大，如圖34中直線1所示，直線以下為制動區(qū)，直線以上為動作區(qū)。如果內(nèi)部短路電流較小，則差動電流的值小于最大不平衡電流， 該點處于直線1以下(制動區(qū))，保護不動作，這時保護的靈敏度不能滿足要求。由于變壓器縱差保護的不平衡電流隨一次穿越電流的增大而增大，因此，利用該穿越電流產(chǎn)生制動作用使動作電流隨制動電流而變化，這樣在任何內(nèi)部短路情況下動作電流都大于相應的不平衡電流，同時又具有較高的靈敏度?；诖?，人們提出了帶有制動特性的縱差保護，如圖24：曲線2所示曲線以上為動作區(qū)，曲線以下為制動區(qū)。動作特性曲線2與直線1相比，圖中陰影部分能夠正確動作。圖24 縱差保護動作曲線事實上，外部發(fā)生短路故障時，因為外部短路電流大，特別是暫態(tài)過程中含有非周期分量，電流使電流互感器的勵磁電流急劇增大，而呈飽和狀態(tài)，使得變壓器兩側(cè)互感器的傳變特性很難保持一致，而出現(xiàn)較大的不平衡電流。因此采用帶制動特性的原理，外部短路電流越大，制動電流也越大，繼電器能夠可靠制動。一般地運用縱差保護原理能可靠地區(qū)分區(qū)內(nèi)外故障，并有相當高的靈敏度，這也是電力系統(tǒng)主元件往往采用縱差保護的原因。但對變壓器來說情況有一些特殊性，在變壓器合閘時，在變壓器的一側(cè)產(chǎn)生很大的電流，使得空載電流增加到正常狀態(tài)的68倍，形成所謂的勵磁涌流，勵磁涌流屬于正常工況下的電流，保護裝置不應動作，但它卻是差電流，因此在變壓器保護中必須鑒別出勵磁涌流的狀況，防止在這種情況下保護誤動，這是變壓器保護的重點和難點所在。另外，由于縱差保護的構成原理是基于比較變壓器各側(cè)電流的大小和相位，受變壓器各側(cè)電流互感器以及諸多因素影響，變壓器在正常運行和外部故障時，其動差保護回路中有不平衡電流，使縱差保護處于不利的工作條件下。為保證變壓器縱差保護的正確靈敏動作，必須對其回路中的不平衡電流進行分析，找出產(chǎn)生的原因，采取措施予以消除。 變壓器相間短路的后備保護變壓器的主保護通常采用差動保護和瓦斯保護。除了主保護外，變壓器還應裝設相間短路和接地短路的后備保護。后背保護的作用是為了防止由外部故障一起的變壓器繞組過電流，并作為相鄰元件（母線或線路）保護的后背以及在可能的條件下作為變壓器內(nèi)部故障是主保護的后背。變壓器相鄰短路后背保護通常采用過電流保護、低電壓啟動的過電流保護、復合電壓啟動的過電流保護以及負序過電流保護等，也有采用阻抗保護作為后背保護的情況。 過電流保護保護裝置的的單項原理接線如圖25所示，其工作原理與線路定時限過電流的保護相同。保護動作后，跳開變壓器兩側(cè)的斷路器。保護的啟動電流按照躲過變壓器可能出現(xiàn)的最大負荷電流來整定，即 （25） 式中——可靠系數(shù)，～； ——返回系數(shù)，～； ——變壓器可能出現(xiàn)的最大負荷電流。圖25變壓器過電流保護的單相原理接線圖 可按下述兩種情況來考慮： （1）對并列運行的變壓器，應考慮切除一臺最大容量的變壓器以后，在其他變壓器中所產(chǎn)生的過負荷。若各變壓器的容量相等時，可按下式計算為 （26） 式中——并列運行變壓器的可能最少臺數(shù)； ——每臺變壓器的額定電流。 （2）對降壓變壓器，應考慮負荷中電動機起動時的最大電流，計算式為 （27） 式中——正常運行時的最大負荷電流； ——綜合負荷的自起動系數(shù)，其值與負荷性質(zhì)及用戶與電源間的電氣距離有關，在110kV降壓變電站，對低壓6～ 10kV側(cè)取=～ ；中壓35kV側(cè)取=～ 。 保護裝置的靈敏校驗： （28） 式中——最小運行方式下，在靈敏度校驗發(fā)生兩相短路時，流過保護裝置的最小短路電流。在被保護變壓器受電側(cè)母線上短路時，要求 =～；在后備保護范圍末端短路時，要求 保護裝置的動作時限應與下一級過電流保護配合，要比下一級保護中最大動作時限大一個時限級差 Δt。 圖26 低電壓啟動的過電流保護原理接線圖 過電流保護按躲過可能出現(xiàn)的最大負荷電流整定，啟動電流比較大，對于升壓變壓器或容量較大的降壓變壓器靈敏度往往不能滿足要求，為此可以采用低電壓啟動的過電流保護。該保護的原理接線圖如圖26所示，只有在電流元件和電壓元件同時作用后，才能啟動時間繼電器，經(jīng)過預定的延時后動作于跳閘。由于電壓互感器回路發(fā)生斷線時，低電壓繼電器將誤動作，為此在實際裝置中還需要配置電壓回路斷線閉鎖的功能。采用低電壓繼電器后，電流繼電器的整定將可以不再考慮并聯(lián)運行變壓器切除或電動機自啟動時可能出現(xiàn)的最大負荷，而是按大于變壓器的額定電流整定，即 （29） 低電壓繼電器的動作電壓按以下條件整定，并取最小值。 （1）按躲過正常運行時可能出現(xiàn)的最低工作電壓整定，計算式為 （210）式中——最低工作電壓，一般?。樽儔浩鞯念~定電壓）； ——可靠系數(shù)，～； ——低電壓 繼電器的返回系數(shù)，～. （2）按躲過電動機自啟動時的電壓整定： 當?shù)蛪豪^電器由變壓器低壓側(cè)互感器供電時，計算式為 =（～） （211） 當?shù)蛪豪^電器由變壓器高壓側(cè)互感器供電時，計算式為 （212）電流元件的靈敏系數(shù)按式（ 29 ）校驗，電壓元件的靈敏系數(shù)按下式校驗， 即 （213）式中——最大運行方式下，靈敏系數(shù)校驗點短路時，保護安裝處的最大電壓。一般要求。 復合電壓起動的過電流保護若低電壓起動的過電流保護的低電壓繼電器靈敏系數(shù)不滿足要求，可采用復合電壓起動的過電流保護。(1)負序電壓濾過器負序電壓濾過器從三相電壓中取出負序電壓分量。由電阻、電容構成的單相式負序電壓濾過器應用廣泛，其原理接線如圖所示。濾過器的輸入端接UABY與UBC。由于線電壓不包含零序分量，所以，從輸入端即避免了零序分量電壓進入濾過器，為了避免正序電壓通過濾過器，兩個阻抗臂的參數(shù)應取為, , 濾過器的輸出電壓為 當輸入正序電壓時，濾過器的相量圖。因為，電流超前。因為，電流超前。滯后，與同相。因，故當輸入負序電壓時，滯后，由圖可見，,故 （214） 由于，且，因此，以此代入（214）得 （215）由式（215）可見，濾過器的輸出電壓與輸入的負序電壓成正比，相位超前輸入A相負序電壓。實際上，當系統(tǒng)正常運行時，負序電壓濾過器仍有一個不平衡電壓輸出。產(chǎn)生不平衡電壓的原因主要是各阻抗元件參數(shù)的誤差及輸入電壓中有諧波分量。由于5次諧波屬負序性質(zhì)，它可以通過濾過器。通常在濾過器的輸出端加設5次諧波濾過器，消除5次諧波的影響。(2) 復合電壓起動的過電流保護的工作原理 這種保護是低電壓啟動過電流保護的一個發(fā)展，其原理接線如圖27所示。他將原來的三個低電壓繼電器改由一個負序過電壓繼電器KV2（電壓繼電器接于負序電壓濾過器上）和一個接于線電壓上的低電壓繼電器KV1組成。由于發(fā)生各種不對稱故障時，都能出現(xiàn)負序電壓，故負序電壓繼電器KV2作為不對稱故障的電壓保護，而低電壓繼電器KV1則作為三相短路故障時的電壓保護。圖27 復合電壓啟動的過電流保護原理接線圖 變壓器接地短路的后備保護電力系統(tǒng)中，接地故障常常是故障的主要形式，因此，大接地電流系統(tǒng)中的變壓器，一般要求在變壓器上裝設接地（零序）保護，以作變壓器本身主保護的后備保護和相鄰元件接地短路的后背保護。中性點直接接地運行的變壓器毫無例外地都采用零序過電路保護作為變壓器接地后背保護。零序過電流保護通常采用兩段式。零序電流保護Ⅰ段和與相鄰元件零序電流保護Ⅰ段相配合；零序電流保護Ⅱ段與相鄰元件零序電流保護后背段相配合。與三繞組變壓器相間后背保護類