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摘 要 本文根据变压器的故障，提出相应的保护装置。
关键词 变压器；故障；分类型；保护装置
中图分类号 TM 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)011-0176-01
1 变压器故障的分类
变压器的故障可分为内部故障和外部故障两类，内部故障主要是变压器绕组的相间短路、匝间短路和单相接地短路。短路电流产生的电弧不仅会破坏绕组的绝缘，烧毁铁心，而且由于绝缘材料和变压器油受热分解会产生大量的气体，可能引起变压器油箱的爆炸。变压器最常见的外部故障中引出线绝缘套管的故障，它可能引起引出线相间短路或接地（对变压器外壳）短路。
2 变压器的保护装置简介
1）气体保护。气体保护是用来保护变压器的内部故障的。当变压器内部发生故障，油分解产生气体或当变压器油面降低时，气体保护动作。容量在800 kV.A及以上的油浸式变压器一般都应装设气体保护。
2）纵联差动保护。纵联差动保护，是用来保护变压器的内部或引出线套管故障的。容量在10 000 kV.A及以上单台运行的变压器和容量在6 300 kV.A及以上并列运行的变压器，都应装设纵联差动保护。
3）电流速断保护。容量在10 000 kV.A以下单台运行的变压器和容量在6 300 kV.A以下并列运行的变压器，一般装设电流速断保护来代替纵联差动保护。
4）过电流保护。过电流保护是用来保护变压器内部和外部故障的，它作为纵联差动保护或电流速断保护的后备保护。
5）过负荷保护。过负荷保护是用来防止变压器的对称过负荷的，因此，这种保护装置只接在某一相的电路中并且动作于信号。
3 变压器保护措施
1）气体保护。气体保护的主要元件是气体继电器，它安装在油箱与油枕之间的连通管道中，变压器内部发生故障，绝缘物和油分解使油箱内产生大量的气体都要通过气体继电器流向油枕。变压器内部发生故障时，产生的气体聚集在继电器的上部，迫使继电器内油面下降，则上油杯及附件在空气中的重量加上油杯内油重所产生的力矩，超过平衡重锤所产生的力矩，使油杯随着液面的降低而下沉并带动永久磁铁下降，当永久磁铁靠近触点时，上接点闭合发出信号。当变压器内部发生严重故障时，产生大量的气体，强烈的气流伴随油流冲击挡板。当油流速度达到整定值时，挡板被冲到一定位置，永久磁铁靠近触点，触点闭合，发出重气体跳闸脉冲。如果变压器油箱漏油，使得气体继电器内的油也慢慢流尽，先是继电器的上油杯下降，下沉到一定的位置，触点闭合，发出轻气体信号。接着继电器的下油杯下降，使断路器跳闸。
2）差动保护。对大容量的变压器，希望有一个保护范围可达变压器的全部，而又能无任何延时的保护，变压器的差动保护就是可实现该要求的保护之一。变压器差动保护需要在变压器的两侧装设二组电流互感器TA1和TA2。适当地选择TA1和TA2的变化方式和连接方式，使变压器在额定负荷下二组电流互感器二次的电流相等。此时通过继电器绕组中的电流等于零。当变压器外部发生故障时，变压器中有穿越性短路电流通过，由于变压器一、二次的电流是同步增长的，其差值仍为零，继电器仍不动作。而当变压器内部发生故障时，如果变压器是单侧电源供电，则电源侧有短路电流经过TA1、流向短路点，在TA1的二次有较大的电流，而TA2没有短路电流，因此继电器线圈中有电流通过，分别向QF1和QF2发出跳闸命令。如此往复，变压器就能工作。
这种利用测量变压器两侧电流，并利用两侧电流表的差值来决定保护是否动作的装置移为变压器的差动保护。从上述简单分析中不难看出，变压器差动保护能反应中的区间是两侧电流互感器的中间部分。因此，它可以保护变压器内部及两侧套管和引出线上的相间短路。由于它在保护范围外短路时不会工作，所以不需要与相邻元件的保护整定值和动作时间相配合，即差动保护可以瞬时动作。
工程应用中，如何提高差动保护的灵敏度实际上就是：如何差动保护中的不平衡电流对差动保护动作值的影响。
3）电流速断保护。对于容量在6 300 kV.A以下的变压器，若灵敏度满足要求时，可以采用电流速断保护来切除变压器部分绕组、高压侧套管及其引出线的故障。用电流速断保护与气体保护配合，即可切除变压器高压侧及其内部的各种故障。
根据规程规定，电流速断保护的灵敏度不应小于2。电流速断保护接线简单，动作迅速。但作为变压器内部故障的保护，当系统最大和最小运行方式差别较大时，保护区可能很短，使灵敏度不能满足要求，同时，在受电侧从套管到断路器之间的一段距离得不到保护。所以，对并列运行容量大于6 300 kV.A和单独运行容量大于10 000 kV.A的变压器，不再采用电流速断，而采用纵联差动保护。对容量小于6 300 kV.A的變压器，当电流速断保护的灵敏度小于2时，也可以采用纵联差动保护。
4 各种保护装置的检查和分析
1）气体保护装置的检查和分析。变压器气体保护动作后，应作故障分析，其内容包括以下几个方面：①收集气体继电器内的气体做色谱分析，如无气体，应检查二次回路和气体继电器的接线柱及引线绝缘是否良好；②检查油位、温升、油色有无变化；③检查防爆管是否爆裂喷油；④检查变压器外壳有无变形，焊缝是否开裂喷油；⑤如果经检查未发现任何异常，而确定是因二次回路故障引起误动作时，可退出气体保护，投入其他保护，试送变压器，并密切监视；⑥最后，也是最为关键的，在气体保护的动作原因未查清前，不得合闸送电。当外部检查未发现变压器有异常时，应查明气体继电器中气体的性质。如积聚在气体继电器内的气体不可燃，而且是无色无味的，说明是空气进入继电器内，此时变压器可继续运行。如气体是可燃的，则说明变压器内部有故障，应根据气体继电器内积聚的气体的性质来鉴定变压器内部故障的性质。如气体为黄色不易燃的，为木质绝缘损坏，应停电检修；气体为灰色和黑色可燃的，有焦油味，闪点降低，则说明油因过热分解或油内管发生闪烙故障，必要时停电检修；气体为浅灰色带强烈臭味且可燃的，是纸质绝缘损坏，应立即停电检修。
2）差动保护变压器的检查和处理：①检查变压器本体有无异常，检查差动保护范围内的绝缘子是否有闪烙、损坏，引线是否有短路；
②如果变压器的差动保护范围内的设备无明显故障，应检查继电器保护及二次回路是否有故障，直流回路是否有两点接地；③经以上检查无异常时，应在切除负荷后立即试送一次，试送又跳闸，不得再送；④如果是因继电器或二次回路故障、直流两点接地造成的误动作，应将差动保护退出运行，将变压器送电后，再处理二次回路故障及直流接地；⑤差动保护及重气体保护同时动作使变压器跳闸时，不经内部检查和试验，不得将变压器投入运行。
本文对配电变压器故障及原因进行了分析，并且科学合理地进行了分类，并且明确地指出变压器故障发生的实质原因，相信会对相关的供电及用电单位在生产和今后的生活中，起到一定的帮助。
参考文献
[1]DL/T 572-1995电力变压器运行规程[S].
[2]李发海,朱东起.电机学[M].北京:科学出版社,2001.
[3]文远芳.高电压技术[M].武汉:华中科技大学出版社,2001.
[4]李光辉,黄俊杰.配电线路、设计施工、运行与维护[M].中国电力出版社,2008.
关键词 变压器；故障；分类型；保护装置
中图分类号 TM 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)011-0176-01
1 变压器故障的分类
变压器的故障可分为内部故障和外部故障两类，内部故障主要是变压器绕组的相间短路、匝间短路和单相接地短路。短路电流产生的电弧不仅会破坏绕组的绝缘，烧毁铁心，而且由于绝缘材料和变压器油受热分解会产生大量的气体，可能引起变压器油箱的爆炸。变压器最常见的外部故障中引出线绝缘套管的故障，它可能引起引出线相间短路或接地（对变压器外壳）短路。
2 变压器的保护装置简介
1）气体保护。气体保护是用来保护变压器的内部故障的。当变压器内部发生故障，油分解产生气体或当变压器油面降低时，气体保护动作。容量在800 kV.A及以上的油浸式变压器一般都应装设气体保护。
2）纵联差动保护。纵联差动保护，是用来保护变压器的内部或引出线套管故障的。容量在10 000 kV.A及以上单台运行的变压器和容量在6 300 kV.A及以上并列运行的变压器，都应装设纵联差动保护。
3）电流速断保护。容量在10 000 kV.A以下单台运行的变压器和容量在6 300 kV.A以下并列运行的变压器，一般装设电流速断保护来代替纵联差动保护。
4）过电流保护。过电流保护是用来保护变压器内部和外部故障的，它作为纵联差动保护或电流速断保护的后备保护。
5）过负荷保护。过负荷保护是用来防止变压器的对称过负荷的，因此，这种保护装置只接在某一相的电路中并且动作于信号。
3 变压器保护措施
1）气体保护。气体保护的主要元件是气体继电器，它安装在油箱与油枕之间的连通管道中，变压器内部发生故障，绝缘物和油分解使油箱内产生大量的气体都要通过气体继电器流向油枕。变压器内部发生故障时，产生的气体聚集在继电器的上部，迫使继电器内油面下降，则上油杯及附件在空气中的重量加上油杯内油重所产生的力矩，超过平衡重锤所产生的力矩，使油杯随着液面的降低而下沉并带动永久磁铁下降，当永久磁铁靠近触点时，上接点闭合发出信号。当变压器内部发生严重故障时，产生大量的气体，强烈的气流伴随油流冲击挡板。当油流速度达到整定值时，挡板被冲到一定位置，永久磁铁靠近触点，触点闭合，发出重气体跳闸脉冲。如果变压器油箱漏油，使得气体继电器内的油也慢慢流尽，先是继电器的上油杯下降，下沉到一定的位置，触点闭合，发出轻气体信号。接着继电器的下油杯下降，使断路器跳闸。
2）差动保护。对大容量的变压器，希望有一个保护范围可达变压器的全部，而又能无任何延时的保护，变压器的差动保护就是可实现该要求的保护之一。变压器差动保护需要在变压器的两侧装设二组电流互感器TA1和TA2。适当地选择TA1和TA2的变化方式和连接方式，使变压器在额定负荷下二组电流互感器二次的电流相等。此时通过继电器绕组中的电流等于零。当变压器外部发生故障时，变压器中有穿越性短路电流通过，由于变压器一、二次的电流是同步增长的，其差值仍为零，继电器仍不动作。而当变压器内部发生故障时，如果变压器是单侧电源供电，则电源侧有短路电流经过TA1、流向短路点，在TA1的二次有较大的电流，而TA2没有短路电流，因此继电器线圈中有电流通过，分别向QF1和QF2发出跳闸命令。如此往复，变压器就能工作。
这种利用测量变压器两侧电流，并利用两侧电流表的差值来决定保护是否动作的装置移为变压器的差动保护。从上述简单分析中不难看出，变压器差动保护能反应中的区间是两侧电流互感器的中间部分。因此，它可以保护变压器内部及两侧套管和引出线上的相间短路。由于它在保护范围外短路时不会工作，所以不需要与相邻元件的保护整定值和动作时间相配合，即差动保护可以瞬时动作。
工程应用中，如何提高差动保护的灵敏度实际上就是：如何差动保护中的不平衡电流对差动保护动作值的影响。
3）电流速断保护。对于容量在6 300 kV.A以下的变压器，若灵敏度满足要求时，可以采用电流速断保护来切除变压器部分绕组、高压侧套管及其引出线的故障。用电流速断保护与气体保护配合，即可切除变压器高压侧及其内部的各种故障。
根据规程规定，电流速断保护的灵敏度不应小于2。电流速断保护接线简单，动作迅速。但作为变压器内部故障的保护，当系统最大和最小运行方式差别较大时，保护区可能很短，使灵敏度不能满足要求，同时，在受电侧从套管到断路器之间的一段距离得不到保护。所以，对并列运行容量大于6 300 kV.A和单独运行容量大于10 000 kV.A的变压器，不再采用电流速断，而采用纵联差动保护。对容量小于6 300 kV.A的變压器，当电流速断保护的灵敏度小于2时，也可以采用纵联差动保护。
4 各种保护装置的检查和分析
1）气体保护装置的检查和分析。变压器气体保护动作后，应作故障分析，其内容包括以下几个方面：①收集气体继电器内的气体做色谱分析，如无气体，应检查二次回路和气体继电器的接线柱及引线绝缘是否良好；②检查油位、温升、油色有无变化；③检查防爆管是否爆裂喷油；④检查变压器外壳有无变形，焊缝是否开裂喷油；⑤如果经检查未发现任何异常，而确定是因二次回路故障引起误动作时，可退出气体保护，投入其他保护，试送变压器，并密切监视；⑥最后，也是最为关键的，在气体保护的动作原因未查清前，不得合闸送电。当外部检查未发现变压器有异常时，应查明气体继电器中气体的性质。如积聚在气体继电器内的气体不可燃，而且是无色无味的，说明是空气进入继电器内，此时变压器可继续运行。如气体是可燃的，则说明变压器内部有故障，应根据气体继电器内积聚的气体的性质来鉴定变压器内部故障的性质。如气体为黄色不易燃的，为木质绝缘损坏，应停电检修；气体为灰色和黑色可燃的，有焦油味，闪点降低，则说明油因过热分解或油内管发生闪烙故障，必要时停电检修；气体为浅灰色带强烈臭味且可燃的，是纸质绝缘损坏，应立即停电检修。
2）差动保护变压器的检查和处理：①检查变压器本体有无异常，检查差动保护范围内的绝缘子是否有闪烙、损坏，引线是否有短路；
②如果变压器的差动保护范围内的设备无明显故障，应检查继电器保护及二次回路是否有故障，直流回路是否有两点接地；③经以上检查无异常时，应在切除负荷后立即试送一次，试送又跳闸，不得再送；④如果是因继电器或二次回路故障、直流两点接地造成的误动作，应将差动保护退出运行，将变压器送电后，再处理二次回路故障及直流接地；⑤差动保护及重气体保护同时动作使变压器跳闸时，不经内部检查和试验，不得将变压器投入运行。
本文对配电变压器故障及原因进行了分析，并且科学合理地进行了分类，并且明确地指出变压器故障发生的实质原因，相信会对相关的供电及用电单位在生产和今后的生活中，起到一定的帮助。
参考文献
[1]DL/T 572-1995电力变压器运行规程[S].
[2]李发海,朱东起.电机学[M].北京:科学出版社,2001.
[3]文远芳.高电压技术[M].武汉:华中科技大学出版社,2001.
[4]李光辉,黄俊杰.配电线路、设计施工、运行与维护[M].中国电力出版社,2008.