变压器内部故障

1.变压器内部故障油箱内故障：绕组的相间短路、接地短路、匝间短路、铁心烧损等.油箱外部故障：套管和引出线上发生相间短路和接地短路油箱内部故障非常危险，高温电弧不仅会烧毁绕组和铁芯，还会使变压器油绝缘分解产生大量气体，引起变压器油箱爆炸的严重后果油箱内故障油箱外部故障2.变压器不正常运行状态主要包括：1)由于变压器外部相间短路引起的过电流（相间短路——过电流）2)由于变压器外部接地短路引起的过电流和中性点过电压（接地短路——过电流、中性点过电压）3)由于负荷超过额定容量引起的过负荷（过负荷）4)由于漏油等原因而引起的油面降低（油面降低）5)在过电压或低频率等异常运行方式下，发生变压器的过励磁（过励磁）变压器的不正常运行状态会使绕组和铁芯过热。此外，对于中性点不接地运行的星形接线方式变压器，外部接地短路时有可能造成变压器中性点过电压，威胁变压器的绝缘；大容量变压器在过电压或低频率等异常运行方式下会发生变压器的过励磁，引起铁芯和其它金属构件的过热。变压器不正常运行时，继电保护应根据其严重程度，发出告警信号，使运行人员及时发现并采取相应的措施，以确保变压器的安全。3.保护方式1)瓦斯保护特点：动作迅速，灵敏性高，安装接线简单。反应油箱内的各种故障，不反应油箱外部的故障。对变压器油箱内的各种故障、应装设瓦斯保护，它反应于油箱内部所产生的气体或油流而动作。其中轻瓦斯保护动作于信号，重瓦斯保护动作于跳开变压器各电源侧的断路器。装设范围：800kVA及以上的油浸式变压器和400kVA及以上的车间内油浸式变压器。2)纵差动保护或电流速断保护特点：反应变压器油箱内外故障对变压器绕组、套管及引出线上的故障，应装设差动保护或电流速断保护。纵差动保护范围：6300kVA以上并列运行的变压器；10000kVA以上单独运行的变压器；容量为6300kVA以上的发电厂厂用变压器和工业企业中的重要变压器。电流速断的保护适用：10000kVA以下的变压器，且其过电流保护的时限大于0.5s时。纵差动保护和电流速断动作后，均应跳开变压器各电源侧的断路器。3)外部相间短路时，应采用的保护对于外部相间短路引起的变压器过电流，应采用下列保护：a、过电流保护：用于降压变压器，保护的整定值考虑在事故状态下可能出现的过负荷电流b、复合电压（负序电压和线电压）起动的过电流保护：用于升压变压器及过电流保护灵敏性不满足要求的降压变压器上c、负序电流及单相式低电压起动的过电流保护：用于大容量升压变压器和系统联络变压器d、阻抗保护：对升压变压器和系统联络变压器当采用b、c的保护不能满足灵敏性和选择性要求时，采用阻抗保护。4)外部接地短路时，应采用的保护a、中性点直接接地电力网内，应装设零序电流保护b、自耦变压器和高、中压侧中性点都直接接地的三绕组变压器，当有选择性要求时，应增设零序方向元件。5)过负荷保护对400kVA以上的变压器，当数台并列运行或单独运行并作为其它负荷的备用电源时，应根据可能过负荷的情况，装设过负荷保护。6)过励磁保护高压侧电压为500kV及以上的变压器，对频率降低和电压升高而引起的变压器励磁电流的升高，应装设过励磁保护。（在变压器过励磁允许的范围内，保护作用于信号，超过允许值，可动作于跳闸）7)其它保护对变压器温度及油箱内压力升高和冷却系统故障，应装设可作用于信号或动作于跳闸的保护装置。第二节变压器纵差动保护主要是变压器内部绕组故障、外部套管及引出线故障1.构成变压器纵差动保护的基本原则•双绕组变压器Ｉ-Ｉ高压侧低压侧1I2I'2I'12II1I1TAn2TAnTn为变压器两侧的一次电流参考方向均由母线指向变压器2I1I、分别为两侧电流互感器的变比。1TAn2TAn则流入差动继电器KD的电流为：12rIII因此纵差动保护的动作判据为：rsetII'1I'2I为相应的电流互感器二次电流设变压器的变比为:忽略变压器的损耗，正常运行和区外故障时有:12/TnUU.21TInIＩ-Ｉ高压侧低压侧1I2I'2I'12II1I1TAn2TAnTn21211211221(1)rTATATTATTATATAIIInnnIInnInnn则差动电流可表示为：若选择电流互感器的变比，使之满足:21TATTAnnn122TrTAnIIIn则有：正常运行和变压器外部故障时，差电流为零，保护不会动作；由于变压器高压侧和低压侧的额定电流不同，为确保纵差动保护的正常工作，必须适当选取电流互感器的变比，使得在正常运行和外部故障时，两个二次电流相等，即应使：'1212122211TATATATTAIIIInnnInnI或其中：高压侧电流互感器变比1TAn2TAnTn：变压器的变比：低压侧电流互感器变比要实现变压器的纵差保护，必须适当的选择两侧电流互感器的变比，使其比值等于变压器的变比，即Tn21TATTAnnn由于变压器常采用Y，d11的接线方式，因此，其两侧电流的相位差为，若两侧电流互感器仍采用通常的接线方式，则二次电流由于相位不同，也会有一个差电流流入继电器，为消除这种不平衡电流的影响，通常都是将变压器星形侧的三个电流互感器接成三角形，而将变压器三角形侧的三个电流互感器接成星形，并适当考虑联接方式后，即可把二次电流的相位校正过来。30Ｉ-ＩＩ-ＩＩ-ＩYAIdAI1TAn2TAn'dAI''YAYBII变压器星形侧的三个电流互感器接成三角形变压器三角形侧的三个电流互感器接成星形YCIYBIdCIdBIdaIdbIdcI'YAI'YBI'YCI'dAI'dBI'dCI外部故障时由于，三种制动电流都等于变压器的穿越电流；内部故障时，制动电流的大小是不一样的，在不考虑负荷电流影响时，后两种方法的制动电流比较小。但应该指出，在故障电流很大，负荷电流影响可以忽略的情况下，各种方法都有很高的灵敏度；只有在故障电流与负荷电流差不多甚至更小时，分析各种制动电流的相对大小才是有意义的。12II第三节变压器的电流和电压保护为反应变压器外部故障而引起的变压器绕组过电流，以及在变压器内部故障时作为差动保护和瓦斯保护的后备（变压器主保护的近后备保护，相邻母线或线路的远后备保护），变压器应装设过电流保护，根据变压器容量和系统短路电流水平不同，实现保护的方式有：过电流保护，低电压启动的过电流保护，复合电压起动的过电流保护及负序过电流保护。1.变压器的过电流保护~It跳QF1跳QF2•变压器过电流保护的单相原理接线图变压器过电流保护与线路保护中定时限过电流保护原理相同，保护动作后应跳开变压器两侧的断路器。保护装置的起动电流应按照躲开变压器可能出现的最大负荷电流IL.max来整定：maxrelsetLreKIIKmaxsetLIIQF2QF11)对并列运行的变压器应考虑因故障突然切除一台所出现的过负荷，当各台变压器容量相同时，可按：max1LnnIIn其中：n并列运行变压器的最小台数In每台变压器的额定电流此时保护装置的起动电流应整定为：1relsetnreKnIIKnKrel=1.2-1.3Kre=0.85-0.95IL.max可按以下情况考虑，并取最大值：2)对降压变压器，考虑低压侧负荷电动机自起动时的最大电流KssIL.max,起动电流应整定为：.max.maxrelrelssrelsssetssLnrerereKKKKKIIIIKKKKss－自起动系数。其值与负荷性质及用户与电源间的电气距离有关110kV降压变电站的6-110kV侧:取Kss=1.5-2.5;110kV降压变电站的35kV侧:取Kss=1.5-2.03)保护的动作时限应比相邻元件保护的最大动作时限大△t按上述条件选择的起动电流，其值一般较大，往往不能满足作为相邻元件后备保护的要求，需采用以下几种提高灵敏性的措施。2.低电压起动的过电流保护低电压起动过电流保护的原理接线图～Ｕ1Iabc2I3IＵＵ跳闸回路电压回路断线指示只当电流元件和电压元件同时动作后，才能起动时间继电器，经过预定的延时，起动出口继电器动作于跳闸。分析：①正常时，低压继电器的触点全部断开，中间继电器线圈中无电流，故中间继电器触点断开～Ｕ1Iabc2I3IＵＵ跳闸回路电压回路断线指示～Ｕ1Iabc2I3IＵＵ跳闸回路电压回路断线指示②当a、b相相间短路，低压继电器（1）触头闭合，中间继电器线圈有电流；电流继电器I1、I2动作，跳闸回路有信号输出～Ｕ1Iabc2I3IＵＵ跳闸回路电压回路断线指示③当某路电压回路断线，中间继电器触点闭合，因跳闸回路无信号通过中间继电器另一头，故只发出电压回路断线指示低电压继电器的动作电压按以下条件整定，并取最小值。(1)按躲过正常运行时可能出现的最低工作电压整定.minLsetrelreUUKKUL.min最低工作电压，一般取0.9Un；Krel可靠系数，取1.1～1.2；Kre继电器的返回系数，取1.15～1.25。(2)按躲过电动机自起动时的电压整定当低压继电器由变压器低压侧互感器供电时(0.5~0.6)setNUU当低压继电器由变压器高压侧互感器供电时0.7setNUU低电压继电器的灵敏系数按下式校验:.minsetsenkUKU1.25senK要求过电压继电器U：大于整定值动作触点断开，小于整定值不动作触点闭合。低电压继电器U：大于整定值不动作触点断开，小于整定值动作触点闭合。abcU2UU2过滤器I456电压回路跳闸回路3.复合电压起动的过电流保护3.复合电压起动的过电流保护将原来的三个低电压继电器改由一个负序电压继电器和一个接于线电压的低电压继电器５组成。分析①正常时，无负序电压，４触点闭合，５触点断开，６线圈中无电流，触头断开，无跳闸信号②当发生各种不对称短路时，由于出现负序电压，因此继电器４动作，其常闭触点打开，于是加于低电压继电器５上的电压被迫变成零，则５动作，触点闭合。这时电流继电器１～３中至少应有两个动作，于是就可以起动时间继电器７，经过预定的时限动作于跳闸。③当发生三相短路时，由于在短路开始瞬间一般会短时出现一个负序电压，使继电器4动作，因此，低电压继电器5不动作，5触点闭合，待负序电压消失后，继电器4返回，触点闭合，则继电器5又接于线电压Uca上，由于三相短路时，三相电压均降低，故继电器5仍将处于动作状态，这时保护装置的工作情况就相当于一个低电压起动的过电流保护。④负序电压元件的起动电压按躲开正常运行方式下负序过滤器出现的最大不平衡电压来整定。根据运行经验，起动电压U2.set可取为：U2.set=(0.06~0.12)Un复合电压起动的过电流保护具有以下优点：1)由于负序电压继电器的整定值小，故在不对称短路时，电压元件的灵敏系数高。2)由于保护反应负序电压，因此对于变压器的不对称短路，与变压器的接线方式无关。3)在三相短路时，如果由于瞬间出现负序电压，使继电器4和5动作，则在负序电压消失后，5又接于线电压上，只要5不返回，就可保证保护装置继续处于动作状态。由于具有上述优点且接线比较简单，复合电压起动的电流保护得到广泛应用。4.三绕组变压器相间短路后备保护的特点I3QF1QF2QFIIIIIItIItIIIt三绕组变压器一侧断路器跳开后，另外两侧还能够继续运行。所以三绕组变压器的相间后备保护在作为相邻元件的后备时，应该有选择性地只跳开近故障点一侧的断路器，保证另外两侧继续运行，尽可能的缩小故障影响范围；而作为变压器内部故障的后备时，应该跳开三侧断路器，使变压器退出运行。4.三绕组变压器相间短路后备保护的特点I3QF1QF2QFIIIII1k2kItIItIIIt为此，通常要在变压器的两侧或三侧都装设过电流保护装置(或复合电压起动过电流等)，各侧保护之间要相互配合。保护的配置与变压器主接线方式及其各侧电源情况等因素有关，不同的运行单位配置方法也有所不同。k1点故障时，应只跳开断路器QF3；k2点故障时则将QF1、QF2、QF3全