电力变压器保护

电力变压器保护目录★电力变压器的故障类型和不正常工作状态★电力变压器保护配置（原则）★电力变压器保护的基本原理★电力变压器保护运行规定（注意事项）★电力变压器的事故及异常处理★电力变压器保护的日常维护及巡视一、电力变压器的故障类型和不正常工作状态（一）电力变压器的故障类型（二）电力变压器的不正常运行状态电力变压器是连续运行的静止设备，运行比较可靠，故障机会比较少。但由于绝大部分安装在户外，受自然环境影响较大，同时还受运行时承载负荷以及电力系统短路故障的影响，在变压器的运行过程中不可避免出现各类故障和异常情况。（一）电力变压器的故障类型变压器的故障可以分为油箱外和油箱内两种类型：1、油箱外的故障：主要是套管和引出线上发生的相间短路以及接地短路。2、油箱内的故障：包括绕组的相间短路、接地短路、匝间短路以及铁芯的烧损等。实践表明，变压器套管和引出线上的相间短路、接地短路、绕组的匝间短路是比较常见的故障形式；而变压器油箱内发生相间短路的情况比较少。（二）电力变压器的不正常运行状态变压器的不正常运行状态：主要有变压器外部短路引起的过电流、负荷长时间超过额定容量引起的过负荷；风扇故障或漏油等原因引起冷却能力的下降等。上述这些不正常运行状态会使绕组和铁芯过热。另外，对于中性点不接地运行的星形接线变压器，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工况下会使变压器过励磁，引起铁芯和其他金属构件的过热。变压器处于不正常运行状态时，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。小结变压器的故障类型和不正常工作状态两种故障类型：油箱外和油箱内故障不正常工作状态：外部短路引起的过电流；负荷长时间超过额定容量引起的过负荷；风扇故障或漏油等原因引起冷却能力的下降等。思考与练习1、变压器有哪几种故障类型（简要说明）？2、变压器有哪些不正常工作状态？怎样引起的？二、电力变压器保护配置（原则）为了保证电力系统安全稳定运行，当变压器发生故障或不正常状态时能够将影响范围限制到最小，电力变压器应装设瓦斯保护、差动保护或电流速断保护、外部相间短路和接地短路时的后备保护、过负荷保护、过励磁保护以及反映变压器异常状态的保护。（一）电力变压器保护分类（二）电力变压器保护配置（三）有关重合闸配置问题分析（四）变电站主变保护配置示例（一）变压器保护分类变压器油箱内故障时，除了变压器各侧电流、电压变化外，油箱内的油、气、温度等非电量也会发生变化。因此，作为变压器的保护分为电量保护和非电量保护。（二）变压器保护配置1、瓦斯保护变压器油对变压器有绝缘和冷却作用。当变压器油箱内故障时，在故障电流和故障点电弧的作用下，变压器油（和其他绝缘材料）会因受热而分解，产生大量气体。气体排出的多少以及排出速度，与变压器故障的严重程度有关。利用这种气体来实现保护为瓦斯保护。瓦斯保护能够保护变压器油箱内的各种轻微故障（例如绕组轻微的匝间短路、铁芯烧损等）。2、差动保护或电流速断保护对容量为6300kVA及以上的变压器，以及发电厂厂用变压器和并列运行的变压器；10000kVA及以上的发电厂厂用备用变压器和单独运行的变压器，应装设纵差动保护。电流速断保护用于对于容量为10000kVA及以下的变压器，速断保护。对2000kVA以上的变压器，当电流速断保护的灵敏性不能满足要求时，也应装设纵差动保护。（配置原则）3、外部相间短路和接地短路时的后备保护变压器的相间短路后备保护通常采用过电流保护、低电压启动的过电流保护、复合电压启动的过电流保护以及负序过电流保护等（也有采用阻抗保护作为后备保护的情况）。发生接地故障时，变压器中性点将出现零序电流，母线将出现零序电压，变压器的接地后备保护通常都是反应这些电气量构成的。4、过负荷保护变压器长期过负荷运行时，绕组会因发热而受到损伤。对400kVA以上的变压器，当数台并列运行，或单独运行并作为其他负荷的备用电源时，应根据可能过负荷的情况，装设过负荷保护。（配置原则）5、过励磁保护对频率减低和电压升高而引起变压器过励磁时，励磁电流急剧增加，铁芯及附近的金属构件损耗增加，引起高温。长时间或多次反复过励磁，将因过热而使绝缘老化。电压为500kV及以上的变压器，应装设过励磁保护，在变压器允许的过励磁范围内，保护作用于信号，当过励磁超过允许值时，可动作于跳闸。（配置原则）6、其他非电量保护对变压器温度及油箱内压力升高和冷却系统故障，应按现行有关变压器的标准要求，专设可作用于信号或动作于跳闸的非电量保护。为了满足电力系统稳定方面的要求，当变压器发生故障时，要求保护装置快速切除故障。7、220kV变压器保护常规配置附表一：保护类型保护配置本侧母联开关本侧开关各侧开关主保护电气量保护比例差动二次谐波√波形对称√速断差动√非电量保护重瓦斯√附表二：保护类型保护配置本侧母联开关本侧开关各侧开关后备保护高（中、低）压侧后备复压方向过流保护Ⅰ时限√Ⅱ时限√Ⅲ时限√高（中、低）压侧后备复压过流保护Ⅰ时限√Ⅱ时限√高、中压侧后备零序方向过流保护Ⅰ时限√Ⅱ时限√Ⅲ时限√附表三：保护类型保护配置本侧母联开关本侧开关各侧开关后备保护高、中压侧后备零序过流保护Ⅰ时限√Ⅱ时限√高、中压侧后备间隙保护Ⅰ时限√Ⅱ时限√高压侧后备保护非全相Ⅰ时限√Ⅱ时限√附表四：保护类型保护配置本侧母联开关本侧开关各侧开关非电量（其他）压力释放冷却器全停油温高绕组温度高油位异常各侧过负荷（三）有关重合闸问题分析根据重合闸控制的开关所接通或断开的电力元件不同，重合闸可分为线路重合闸、变压器重合闸、母线重合闸。所以从“理论上”讲，变压器是可以装设重合闸的。然而，在电力系统的故障中，大多数是输电线路（特别是架空线路）的故障。而输电线路故障大都是“瞬时性”的。输电线路加装“重合闸”有可能大大提高供电的可靠性。变压器是充油设备，其故障大多数是“永久性”的，重合闸会加重变压器的损坏程度，另外变压器发生故障时，无论主保护还是后备保护动作，均发永跳令，闭锁开关重合闸。另外，从造价和修复速度上讲，变压器远比线路大得多和慢的多。所以变压器开关原则上不设重合闸。（四）变电站主变保护配置示例1、220kV兴隆站示例本站主变保护装置PST-1200系列保护。主变压器保护装置是以差动保护、后备保护和瓦斯保护为基本配置的成套变压器保护装置。保护装置有两种不同的差动保护，设有完全相同的CPU插件，分别完成差动保护功能，高压侧后备保护功能，低压侧后备保护功能，各种保护功能均有软件实现，瓦斯保护由独立机箱。变压器PST1200型保护压板投停情况：序号压板名称压板投停情况1差动保护：（功能压板）正常投入，当差动保护测方向、CT回路开路时，差动二次回路异常时，停用差动保护压板2220KV侧复压过流正常运行时投入，PT失压时，不停用（负荷超过50%时申请停用），应立即处理PT失压3220KV侧零序方向过流Ⅱ段正常运行时投入，PT失压时，停用220KV侧零序方向过流Ⅱ段保护压板4220KV侧零序电流正常运行时投入，PT失压时，不停用5220KV间隙保护变压器220KV侧中性点不接地时，投入间隙保护，当一台主变运行时，停用间隙保护6110KV侧复压方向过流Ⅰ段正常运行时投入，PT失压时，停用110KV侧复压方向过流Ⅰ段保护压板7110KV侧复压过流正常运行时投入，PT失压时，不停用（负荷超过50%时，申请停用），应立即处理PT失压8110KV侧零序方向过流Ⅰ段正常运行时投入，PT失压时，停用110KV侧零序方向过流Ⅰ段保护压板序号压板名称压板投停情况9110KV侧零序方向过流Ⅱ段正常运行时投入，PT失压时，停用110KV侧零序方向过流Ⅱ段保护压板10110KV侧零序过流正常运行时投入1110KVⅠ段复压过流正常运行时投入1210KVⅠ段速段过流正常运行时投入1310KVⅡ段复压过流正常运行时投入1410KVⅡ段速段过流正常运行时投入15差动、间隙及后备跳201开关Ⅰ正常运行时投入16差动、间隙及后备跳201开关Ⅱ正常运行时投入17差动、间隙及后备跳101开关、跳014开关正常运行时投入18重瓦斯保护：（功能压板）变压器送电及正常运行时投入压板19瓦斯保护跳201开关Ⅰ、跳201开关Ⅱ、跳101开关、跳014开关正常运行时投入。当变压器加油、更换桂胶等，按规定瓦斯需投信号时，停用瓦斯保护跳闸压板2、500kV泰山站示例#2、#3号主变保护采用南京自动化设备总厂生产的WBZ—500H微机型变压器保护装置。整套装置由三个独立单元组成：主保护单元、后备保护单元、非电量保护单元。主保护包括：差动保护、分差保护、瓦斯保护。后备保护包括：过激磁保护、相间阻抗保护、复合电压闭锁过流保护、零序电流保护、过负荷保护。非电量保护包括：本体（轻、重）瓦斯保护、冷却器全停保护、压力释放保护、油温高报警保护、绕组温度高报警保护、油位异常保护。主变各保护屏保护配置表（一）保护屏及保护型号保护功能配置A屏（WBZ-500H）包括差动保护及后备保护装置单元。高压侧：差动保护、高压侧相间阻抗保护、高压侧接地阻抗保护、高压侧复压过流保护、高压侧零序过流保护、高压侧零序方向Ⅰ段保护、高压侧零序方向Ⅱ段保护、过激磁保护、中性点零序过流保护。中压侧：差动保护、中压侧相间阻抗保护、中压侧接地阻抗保护、中压侧零序过流保护、中压侧零序方向Ⅰ段保护、中压侧零序方向Ⅱ段保护、中压侧非全相保护、中压侧复压过流保护及公共绕组过负荷。低压侧：差动保护、低压侧复压过流保护、低压侧速断过流保护。三侧过负荷、PT回路异常告警等。主变各保护屏保护配置表（二）保护屏及保护型号保护功能配置B屏（WBZ-500H）包括差动保护及后备保护装置单元。高压侧：差动保护、高压侧相间阻抗保护、高压侧接地阻抗保护、高压侧复压过流保护、高压侧零序过流保护、高压侧零序方向Ⅰ段保护、高压侧零序方向Ⅱ段保护、过激磁保护、中性点零序过流保护。中压侧：差动保护、中压侧相间阻抗保护、中压侧接地阻抗保护、中压侧零序过流保护、中压侧零序方向Ⅰ段保护、中压侧零序方向Ⅱ段保护、中压侧非全相保护、中压侧复压过流保护及公共绕组过负荷。低压侧：差动保护、低压侧复压过流保护、低压侧速断过流保护。三侧过负荷、PT回路异常告警等。主变各保护屏保护配置表（三）保护屏及保护型号保护功能配置C屏（WBZ-500H）包括分差保护、非电量保护。分差保护：三侧差动保护、TA断线闭锁差动保护、过负荷告警。非电量保护：本体轻瓦斯保护、本体重瓦斯保护、冷却器全停保护、压力释放保护、油温高报警保护、绕组温度高报警保护、油位异常保护。小结变压器保护配置（原则）变压器保护分类：电量保护、非电量保护。主保护包括：差动保护、分差保护、瓦斯保护。后备保护包括：过激磁保护、相间阻抗保护、复合电压闭锁过流保护、零序电流保护、过负荷保护。非电量保护包括：本体轻瓦斯保护、本体重瓦斯保护、冷却器全停保护、压力释放保护、油温高报警保护、绕组温度高报警保护、油位异常保护220kV变压器保护常规配置；兴隆站、泰山站变压器保护配置情况进行了有关“重合闸”问题的探讨思考与练习1、变压器一般装设哪些保护？2、什么是变压器保护的电量保护和非电量保护？3、变压器为什么不装设重合闸？三、变压器保护的基本原理（一）变压器的主保护（二）变压器的后备保护（三）变压器的非电量保护（一）变压器的主保护主保护：为满足系统稳定和设备安全要求，能以最快速度有选择的切除被保护设备和线路故障的保护。主保护包括：差动保护、分差保护、瓦斯保护。1、差动保护变压器差动保护是按照循环电流原理，在假设变压器的电能量传递为线性的情况下，基于基尔霍夫电流定律构成的，即正常运行和外部故障时∑i=0。（变压器各侧电流在差动保护中向量和等于零）作为差动保护主要是用来反应变压器各侧CT间绕组、引出线及套管上的各种短路故障。差动保护根据CT接入位置（接线方式）以及制动量的不同，反映的故障性质和保护对象（范围）略有不同。利用套管CT利用开关侧CT差动保护保护范围示例双绕组变压