【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——?dú)怏w繼電器；2——油枕當(dāng)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(yán)重發(fā)熱，導(dǎo)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(yán)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(gòu)成的變壓器保護(hù)稱為瓦斯保護(hù)，在瓦斯保護(hù)裝置中，反應(yīng)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(diǎn)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(diǎn)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(yán)重故障，將會產(chǎn)生強(qiáng)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(jìn)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(qiáng)大的油流沖擊瓦斯繼電器的擋板，使下面一對水銀觸點(diǎn)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(hù)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(dāng)變壓器運(yùn)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(guān)。遇到上述情況時應(yīng)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(yùn)行正?？梢耘袛酁檫M(jìn)入空氣所造成的。否則要取氣做點(diǎn)燃試驗，進(jìn)一步判斷變壓器內(nèi)部是否有故障。運(yùn)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(hù)。但瓦斯保護(hù)不宜整定得過于靈敏，避免誤動作。圖22瓦斯保護(hù)原理接線圖 瓦斯保護(hù)的原理及接線圖中22為瓦斯繼電器，上面的觸點(diǎn)為輕瓦斯保護(hù)，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(diǎn)為重瓦斯保護(hù)，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(diǎn)閉合，并通過本身的電流線圈自保持，知道斷路器跳閘為止。考慮到瓦斯繼電器的下觸點(diǎn)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(diǎn)將自保持回路切斷。轉(zhuǎn)換開關(guān)3是用來將重瓦斯保護(hù)轉(zhuǎn)換到僅動作與信號的位置。 變壓器縱聯(lián)差動保護(hù)變壓器的縱聯(lián)差動保護(hù)用來反映變壓器繞組、引出線及套管上的各種短路保護(hù)故障，是變壓器的主保護(hù)。 變壓器縱聯(lián)差動保護(hù)原理。變壓器的縱聯(lián)差動保護(hù)用來反映變壓器繞組、引出線及套管上的各種短路保護(hù)故障，是變壓器的主保護(hù)?？v差保護(hù)在發(fā)電機(jī)上的應(yīng)用比較簡單，但是作為變壓器內(nèi)部故障的主保護(hù)，縱差保護(hù)將有許多特點(diǎn)和困難。變壓器具有兩個或更多個電壓等級，構(gòu)成縱差保護(hù)，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(hù)不平衡電流將很大，縱差保護(hù)是利用比較被保護(hù)元件各端電流的幅值和相位的原理構(gòu)成的，根據(jù)KCL基本定理，即當(dāng)被保護(hù)設(shè)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(dāng)被保護(hù)設(shè)備內(nèi)部本身發(fā)生故障時，短路點(diǎn)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(hù)的動作判據(jù)應(yīng)改寫為： （21） 式中——差動回路的差動電流； ——總差保護(hù)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(hù)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(hù)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(hù)的正確工作，就必須適當(dāng)選擇兩側(cè)電流互感器的變比，使得在正常運(yùn)行和外部故障時，兩個二次電流相等例如在圖23中應(yīng)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(hù)動作判斷用下式表示： （24） 式中：——縱差保護(hù)動作整定電流。當(dāng)變壓器正常運(yùn)行及故障時。即： 此時差電流小于動作整定電流，保護(hù)不動作。當(dāng)變壓器內(nèi)部故障時，繼電器反應(yīng)兩側(cè)電流之和，此時差電流大于動作整定電流。保護(hù)動作對于縱差保護(hù)動作判據(jù)中的 ，要按躲過外部短路時最大短路電流對應(yīng)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(diǎn)處于直線1以下(制動區(qū))，保護(hù)不動作，這時保護(hù)的靈敏度不能滿足要求。由于變壓器縱差保護(hù)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(yīng)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(hù)，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(hù)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(yùn)用縱差保護(hù)原理能可靠地區(qū)分區(qū)內(nèi)外故障，并有相當(dāng)高的靈敏度，這也是電力系統(tǒng)主元件往往采用縱差保護(hù)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(hù)裝置不應(yīng)動作，但它卻是差電流，因此在變壓器保護(hù)中必須鑒別出勵磁涌流的狀況，防止在這種情況下保護(hù)誤動，這是變壓器保護(hù)的重點(diǎn)和難點(diǎn)所在。另外，由于縱差保護(hù)的構(gòu)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(yùn)行和外部故障時，其動差保護(hù)回路中有不平衡電流，使縱差保護(hù)處于不利的工作條件下。為保證變壓器縱差保護(hù)的正確靈敏動作，必須對其回路中的不平衡電流進(jìn)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(hù)變壓器的主保護(hù)通常采用差動保護(hù)和瓦斯保護(hù)。除了主保護(hù)外，變壓器還應(yīng)裝設(shè)相間短路和接地短路的后備保護(hù)。后背保護(hù)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(hù)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(hù)的后背。變壓器相鄰短路后背保護(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)作為后背保護(hù)的情況。 過電流保護(hù)保護(hù)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(hù)相同。保護(hù)動作后，跳開變壓器兩側(cè)的斷路器。保護(hù)的啟動電流按照躲過變壓器可能出現(xiàn)的最大負(fù)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(fù)荷電流。圖25變壓器過電流保護(hù)的單相原理接線圖 可按下述兩種情況來考慮： （1）對并列運(yùn)行的變壓器，應(yīng)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(fù)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(yùn)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(yīng)考慮負(fù)荷中電動機(jī)起動時的最大電流，計算式為 （27） 式中——正常運(yùn)行時的最大負(fù)荷電流； ——綜合負(fù)荷的自起動系數(shù)，其值與負(fù)荷性質(zhì)及用戶與電源間的電氣距離有關(guān)，在110kV降壓變電站，對低壓6～ 10kV側(cè)取=～ ；中壓35kV側(cè)取=～ 。 保護(hù)裝置的靈敏校驗： （28） 式中——最小運(yùn)行方式下，在靈敏度校驗發(fā)生兩相短路時，流過保護(hù)裝置的最小短路電流。在被保護(hù)變壓器受電側(cè)母線上短路時，要求 =～；在后備保護(hù)范圍末端短路時，要求 保護(hù)裝置的動作時限應(yīng)與下一級過電流保護(hù)配合，要比下一級保護(hù)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(hù)原理接線圖 過電流保護(hù)按躲過可能出現(xiàn)的最大負(fù)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(hù)。該保護(hù)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(yù)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(yùn)行變壓器切除或電動機(jī)自啟動時可能出現(xiàn)的最大負(fù)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(yùn)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(jī)自啟動時的電壓整定： 當(dāng)?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(dāng)?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(yùn)行方式下，靈敏系數(shù)校驗點(diǎn)短路時，保護(hù)安裝處的最大電壓。一般要求。 復(fù)合電壓起動的過電流保護(hù)若低電壓起動的過電流保護(hù)的低電壓繼電器靈敏系數(shù)不滿足要求，可采用復(fù)合電壓起動的過電流保護(hù)。(1)負(fù)序電壓濾過器負(fù)序電壓濾過器從三相電壓中取出負(fù)序電壓分量。由電阻、電容構(gòu)成的單相式負(fù)序電壓濾過器應(yīng)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(jìn)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(yīng)取為, , 濾過器的輸出電壓為 當(dāng)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(dāng)輸入負(fù)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(fù)序電壓成正比，相位超前輸入A相負(fù)序電壓。實際上，當(dāng)系統(tǒng)正常運(yùn)行時，負(fù)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(fù)序性質(zhì)，它可以通過濾過器。通常在濾過器的輸出端加設(shè)5次諧波濾過器，消除5次諧波的影響。(2) 復(fù)合電壓起動的過電流保護(hù)的工作原理 這種保護(hù)是低電壓啟動過電流保護(hù)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(fù)序過電壓繼電器KV2（電壓繼電器接于負(fù)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(fù)序電壓，故負(fù)序電壓繼電器KV2作為不對稱故障的電壓保護(hù)，而低電壓繼電器KV1則作為三相短路故障時的電壓保護(hù)。圖27 復(fù)合電壓啟動的過電流保護(hù)原理接線圖 變壓器接地短路的后備保護(hù)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(shè)接地（零序）保護(hù)，以作變壓器本身主保護(hù)的后備保護(hù)和相鄰元件接地短路的后背保護(hù)。中性點(diǎn)直接接地運(yùn)行的變壓器毫無例外地都采用零序過電路保護(hù)作為變壓器接地后背保護(hù)。零序過電流保護(hù)通常采用兩段式。零序電流保護(hù)Ⅰ段和與相鄰元件零序電流保護(hù)Ⅰ段相配合；零序電流保護(hù)Ⅱ段與相鄰元件零序電流保護(hù)后背段相配合。與三繞組變壓器相間后背保護(hù)類