【正文】 系統(tǒng)中非常重要的電力設(shè)備之一，它的安全運行對于保證電力系統(tǒng)的正常運行和對供電的可靠性，以及電能質(zhì)量起著決定性的作用，同時大容量電力變壓器的造價也是十分昂貴。變壓器的內(nèi)部故障可分為油箱內(nèi)故障和油箱外故障兩類，油箱內(nèi)故障主要包括繞組的相間短路、匝間短路、接地短路及經(jīng)鐵芯燒毀等。油箱外故障主要是套管和引出線上發(fā)生的相間短路和接地短路。 電力變壓器繼電保護的配置為了保證電力變壓器的安全運行，根據(jù)《繼電保護與安全自動裝置的運行條例》 ，針對變壓器的上述故障和不正常運行狀態(tài)，電力變壓器應(yīng)裝設(shè)以下保護：(1)瓦斯保護。瓦斯保護用來反映變壓器油箱內(nèi)部的短路故障以及油面降低，其中重瓦斯保護動作于跳開變壓器各電源側(cè)斷路器輕瓦斯動作于發(fā)出信號。6300KVA 及以上并列運行的變壓器，10000KVA及以上單獨運行的變壓器，發(fā)電廠廠用工作變壓器和工業(yè)企業(yè)中 6300KVA 及以上重要的變壓器，應(yīng)裝設(shè)縱差保護?？v差保護或電流速斷保護用于反映電力變壓器繞組、套管及引出線發(fā)生的故障，其保護動作于跳開變壓器各電源側(cè)斷路器相間短路的后備保護。(3)相間短路的后備保護的形式較多，過電流保護和低電壓起動的過電流保護，宜用于中、小容量的降壓變壓器；復(fù)合電壓起動的過電流保護，宜用于升壓變壓器和系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)變壓器，以及過電流保護靈敏度不能滿足要求的降壓變壓器；6300KVA 及以上的升壓變壓器，應(yīng)采用負序電流保護及單相式低電壓起動的過電流保護；對大容量升壓變壓器或系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)變壓器，為了滿足靈敏度要求，還可以采用阻抗保護。對于 400KVA 以上的變壓器，當(dāng)數(shù)臺并列運行或單獨運行并作為其他負荷的備用電源時，應(yīng)裝高過負荷保護。延時動作于發(fā)出信號。高壓側(cè)電壓為 500KV 及以上的變壓器，對頻率降低和電壓升高而引起的變壓器礪磁電流升高，應(yīng)裝設(shè)變壓器過礪磁保護。 電力變壓器的瓦斯保護在變壓器油箱內(nèi)常見的故障有繞組匝間或?qū)娱g絕緣破壞造成的短路，或高壓繞組對地絕緣破壞引起的單相接地。利用油箱內(nèi)部的故障時的這一特點，可以構(gòu)成反映氣體變化的保護裝置，稱之為瓦斯保護。為了不妨礙氣體的流動，在安裝具有氣體繼電器的變壓器時，變壓器頂蓋與水平面應(yīng)具有 1%~%的坡度，通往氣體繼電器的連接管具有 2%~4%的坡度，安裝油枕一側(cè)方向向上傾斜。 在瓦斯保護繼電器內(nèi)，上部是一個密封的浮筒，下部是一塊金屬檔板,兩者都裝有密封的水銀接點。在正常運行時，繼電器內(nèi)充滿油，浮筒浸在油內(nèi)，處于上浮位置，水銀接點斷開；檔板則由于本身重量而下垂，其水銀接點也是斷開的。重瓦斯動作，立即切斷與變壓器連接的所有電源，從而避免事故擴大，起到保護變壓器的作用。目前大多采用 QJ80 型繼電器，其信號回路接上開口杯，跳閘回路接下檔板。QJ1—80 型氣體繼電器分輕瓦斯和重瓦斯兩部分。重瓦斯部分主要有擋板、固定在擋板的磁鐵、重瓦斯干簧觸點及流速整定螺桿構(gòu)成。與開口杯固定在一起的永磁鐵處于遠離輕瓦斯干簧位置，所以該干簧觸點處于斷開狀態(tài)。當(dāng)氣體積聚到一定容積時，干簧觸點接通，發(fā)出輕瓦斯信號。正常情況下，重瓦斯擋板在彈簧的作用下垂直位置，固定在擋板的永久磁鐵遠離重瓦斯干簧觸點。重瓦斯動作的油流速度可利用流速整定螺桿，在 ~。此時，可以通過氣體繼電器頂部放氣閥圖 33 瓦斯保護原理接線圖將氣體放出。 瓦斯保護的原理及接線瓦斯保護的原理接線如圖 33 所示。為了防止變壓器內(nèi)嚴重故障時因油速不穩(wěn)定，造成重瓦斯觸點時通時斷的不可靠動作，必須選用帶自保持電流線圈的出口中間繼電器 KCO。在變壓器加油或換油后及氣體繼電器試驗時，為了防止重瓦斯誤動作，可以利用切片XB，使重瓦斯暫時改接到信號位置，只發(fā)信號。但由于瓦斯保護不2 方案論證與設(shè)計16能單獨作為變壓器的主保護，所以通常是將瓦斯保護與縱聯(lián)差動保護配合作為變壓器的主保護。圖 34 變壓器差動保護單項原理接線圖縱聯(lián)差動保護是按比較被保護的變壓器兩側(cè)電流的大小和相位的原理實現(xiàn)的。變壓器的縱差保護與輸電線的縱聯(lián)差動相似，工作原理相同，但由于變壓器高壓側(cè)和低壓側(cè)的額定電流不同，為了保證變壓器縱差保護的正常運行，必須選擇好適應(yīng)變壓器兩側(cè)電流互感器的變比和接線方式，保證變壓器在正常運行和外部短路時兩側(cè)的二次電流不同。從圖 34 可見，正常運行和外部短路時，流過差動繼電器的電流為2 方案論證與設(shè)計17，在理想的情況下，其值等于零。變壓器內(nèi)部故障時，流入差動繼電器的電流為 ，即為短路點的短路電流。由于變壓器各側(cè)額定電壓和額定電流不同，因此，為了保護其縱聯(lián)差動保護正確動作，必須適當(dāng)選擇各側(cè)電流互感器的變比，使得正常運行和外部短路時，差動回路內(nèi)沒有電流。2 式（11 ）說明，要實現(xiàn)雙繞組變壓器的縱聯(lián)差動保護，必須適當(dāng)選擇兩側(cè)電流互感器的變比。實際上，由于電流互感器的誤差、變壓器的接線方式及勵磁涌流等因素的影響，即使?jié)M足式（11）條件，差動回路中仍回流過一定的不平衡電流 , unbI.越大，差動繼電器的動作電流也越大，差動保護靈敏度就越低。 電力變壓器相間短路的后備保護和過負荷保護電力變壓器相間短路的后備保護可根據(jù)變壓器容量的大小和保護裝置對靈敏度的要求，采用過電流保護、低電壓起動的過電流保護、復(fù)合電壓起動的過電流保護等方式。 過電流保護2 方案論證與設(shè)計18 過電流保護一般用于容量較小的降壓變壓器上，其單相原理接線如圖 所示。max來整定，即 op= lI式中 Krel—可靠系數(shù)，一般采用 ~； Kre—返回系數(shù)，一般采用 ； —變壓器的最大負荷電流。若各變壓器的容量相等時，可按下式計算為 = N。B—變壓器的額定電流。maxI式中 Kss——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(guān)，在 110KV 降壓變電站，對 6～ 10KV 側(cè)， KSS=～ ；35KV 側(cè)，KSS=～ 。 保護裝置的靈敏校驗 Ksen= opI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。保護的起動元件包括電流繼電器和低電壓繼電器。即2 方案論證與設(shè)計20op= N。 低電壓繼電器的動作電壓 Uop=電流元件的靈敏系數(shù)按式（ 18 ）校驗，電壓元件的靈敏系數(shù)按下式校驗，即Ksen= opU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。 復(fù)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(fù)合電壓起動的過電流保護。負2 方案論證與設(shè)計21序電壓繼電器由負序電壓濾過器和一個低電壓繼電器構(gòu)成。由電阻、電容構(gòu)成的單相式負序電壓濾過器應(yīng)用廣泛，其原理接線如圖所示。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(yīng)取為, ,clXR31?221C21CXR?濾過器的輸出電壓為 2.1.. CRmnU?當(dāng)輸入正序電壓時，濾過器的相量圖。因為 ，電流 超前 。因 ，故.RI. ?.. ??Cmn當(dāng)輸入負序電壓時， 滯后 ，由圖可見， ,? （1)(. jRRmn e?9） 由于 ，且 ，因此，2.???，以此代入（19）得? . )(cosjjABmn e （1?10）由式（110 ）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 。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。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。當(dāng)外部發(fā)生不對稱短路時，故障相電流起動元件 KA 動作，負序電壓繼電器中的負序電壓濾過器 KUG 輸出負序電壓，負序電壓繼電器 KVZ 動作，其動斷觸點斷開，低電壓繼電器 KV 線圈失磁，其動斷觸點閉合，起動中間繼電器KC 的線圈，其動合觸點閉合，使時間繼電器 KT 動作，經(jīng)過其整定時限后，KT 的延時觸點閉合，起動出口中間繼電器 KCO，將變壓器兩側(cè)斷路器1QF、2QF 跳閘，切斷故障電流。(3) 復(fù)合電壓起動的過電流保護的整定計算2 方案論證與設(shè)計23①電流元件的動作電流與低壓起動的過電流保護中的電流元件的動作整定值相同。BNU.低壓元件的靈敏度為： .??kreopsenK式中 ——相鄰元件末端三相金屬性短路時，保護安裝處的最大線電壓；.U ——低壓元件的返回系數(shù)。其起動電壓 U2op 取為 ??BNopUU..~6?負序電壓元件靈敏度： 2 方案論證與設(shè)計24 op?式中 ——相鄰元件末端不對稱短路故障時的最小負序電壓。④動作時限按大于相鄰主變壓器后備保護的動作時限整定。⑥復(fù)合電壓元件可取本側(cè)的，也可取變壓器各側(cè)“或”的方式。所以過負荷保護只須用一個電流繼電器接于一相電流即可。過負荷保護的動作電流，按躲過變壓器的額定電流整定，即 BNrelopIKI.?2 方案論證與設(shè)計25式中 —可靠系數(shù)，取 —返回系數(shù)；取 變壓器過負荷保護的動作時限比變壓器的后備保護動作時限大一個 Δt。變壓器的油溫越高，油的劣化速度越快，使用年限減少。油溫越高將促使變壓器繞組絕緣加速老化影香其壽命。凡是容量在 1000KVA 及以上的油侵式變壓器均要裝設(shè)溫度保護，監(jiān)視上層油溫的情況；對于變電所，凡是容量在 315KVA 及以上的變壓器，通常都要裝設(shè)溫度保護；對于少數(shù)用戶變電站，凡是容量在 800KVA 左右的變壓器，都應(yīng)裝設(shè)溫度保護，但溫度保護只作用于信號。當(dāng)可動指針與事先定位的黃色指針接觸時，發(fā)出預(yù)告信號并開啟變壓器冷卻風(fēng)扇。溫度繼電器的結(jié)構(gòu)：變壓器油溫的監(jiān)視采用溫度繼電器 Kθ，它由變壓器生產(chǎn)廠成套提供。常用的電觸頭壓力式溫度繼電器的結(jié)構(gòu)圖，它由受熱元件、溫度計及附件組成，是按流體壓力原理工作的。銅質(zhì)連接管內(nèi)充有乙醚液體或氯甲烷、丙酮等：受熱元件插在變壓器油箱定蓋的溫度測孔內(nèi)。油浸自冷式就是以油的自然對流作用將熱量帶到油箱壁和散熱管，然后依靠空氣的對流傳導(dǎo)將熱量散發(fā)，它沒有特制的冷卻設(shè)備。加裝風(fēng)機后可使變壓器的容量增加 30%～35%。這種方式若將油的循環(huán)速度比自然對流時提高3 倍，則變壓器可增加容量 30%。目前我國大型電力變壓器的冷卻裝置配置情況是：根據(jù)變壓器容量的大小，配置數(shù)組風(fēng)冷油循環(huán)冷卻裝置，每組風(fēng)冷油循環(huán)冷卻裝置由 1 臺油泵和 3～4 臺風(fēng)扇組成。此配置有其不盡人意的地方。但在夜間尤其是在暴雨過后的夜間，因負荷和氣溫驟降，雖然已將變壓器輔助冷卻器停運，但變壓器油溫仍降至 30℃以下，也就是油溫的變化幅度超過了環(huán)境溫度的變化。即使日常負荷變化和氣溫變化沒有如此之大，但變壓器的溫度變化是實際存在的。主保護瞬時啟動跳 3 側(cè)開關(guān)。B 110KV 側(cè)a 復(fù)合電壓閉鎖方向電流保護（方向原件可指向母線，也可指向變壓器，方向原件的改變可用控制字實現(xiàn)） ，1 段 2 級時限，第 1 級時限動作跳本側(cè)母聯(lián)斷路器，第 2 級時限動作跳本側(cè)斷路器；b 復(fù)合電壓閉鎖過流保護，1 段 1 級時限，動作后跳 3 側(cè)斷路器；c 零序電壓閉鎖零序方向電流保護（方向原件可指向母線，也可指向變壓2 方案論證與設(shè)計28器，方向原件的改變可用控制字實現(xiàn)） ，分 2 段，每段 2 級時限，2 段第 1級時限動作跳本側(cè)母聯(lián)斷路器，2 段第 2 級時限動作跳本側(cè)斷路器；d 零序電壓閉鎖零序過流保護，1 段 2 級時限，第 1 級時限動作跳 3 側(cè)斷路器，第 2 級時限留作備用；e 間隙過流保護， 1 段 1 級時限，跳 3 側(cè)斷路器；f 間隙過電壓保護，1 段 1 級時限，跳 3 側(cè)斷路器；g 過負荷保護，發(fā)信號。 非電量保護（1）重瓦斯引入接點，發(fā)出信號并順時跳 3 側(cè)斷路器；（2）輕瓦斯引入接點，瞬時動作于信號；（3）溫度引入接點，瞬時動作于信號；（4）風(fēng)冷消失引入接點，動作于信號且經(jīng)常延時動作于跳閘；（5）壓力釋放保護引入接點，動作于信號且延時動作跳 3 側(cè)斷路器；（6）非電量保護引入接點均為強電 220V 開關(guān)量空接點。（2）后備保護裝置均獨立設(shè)置電源。（2）高（中）壓側(cè)的復(fù)合電壓閉鎖方向過流保護中方向元件電壓交叉引線，方向元件投退靠控制字實現(xiàn)。（4）本保護直流工作電源為 220V，當(dāng)工作電源消失、保護裝置應(yīng)閉鎖跳2 方案論證與設(shè)計29閘出口，并發(fā)出報警信號。（6）保護裝置應(yīng)有足夠的輸出接點用于跳閘、遠東、故錄、報警等回路，并備用接點。 兩套主保護裝置的特點A、 WBZ1201 型（二次諧波原理）差動主保護（含主、后備保護）特點（1）該保護的最大特點是在變壓器空投內(nèi)部故障時，保護動作可以不受非故障相勵磁涌流影響；（2）裝置整體配置采用多 CPU 分層式結(jié)構(gòu)，主保護、后備保護以及監(jiān)控管理都由獨立 CPU 的模件完成，每個模件都可獨立完成一種或多種功能。（4）監(jiān)控管理單元完成人機對話、信息收集、事件記錄、時鐘校對、對各保護單元巡檢等功能，同時設(shè)有一個 RS232C