论文部分内容阅读
[提要] 电力变压器的各种保护保护的接线定义及意义。
关键词 变压器 继电保护 瓦斯保护 纵联差动保护 电流速断保护 过流保护 过负荷保护 温度保护
在供电系统运行中，由于设备本身某些缺陷的存在、人为造成的错误操作及遭受外力破坏等原因，往往会发生各种故障或不正常的运行状态。接地短路是比较常见的故障，面过负荷等又是比较常见的不正常运行状态。供电系统故障，有可能使变、配电所部分或全部停电，甚至毁坏设备发展成为事故，后果往往是严重的。继电保护系统的主要任务是：
1、电气设备出现不正常运行状态时（例如过负荷、中性点不接地系统的一相接地等），继电保护装置能及时反应，发出动作信号，促使运行值班人员采取处理措施。
2、发生故障时，能自动、迅速并有选择性地动作，进而使断路器跳闸，将故障设备从系统中切除，从而限制了故障影响范围。
3、继电保护不配合实现重合闸、备用电源自投、遥控、遥测，使变、配电所自动化程度、供电可靠性进一步提高。
为了实现保护装置的重要任务，必须科学地选用保护接线和保护系统中的所有设备。总的来说，保护接线比二次接线中的其他系统的接线要复杂得多。这里只讨论一般35kV以下用户变、配电所的变压器保护接线问题。
变压器的故障和异常运行方式有下列几点：
1、 绕组相间短路、层间短路、匝相短路；
2、 绝缘套管和引出线上的相间短路、单相接地短路；
3、 外部短路引起的过电流；
4、 过负荷；
5、 油面降低。
根据有关规程的规定和使用要求，一般变压器配置的继电保护有下列几种：
1、 瓦斯保护
主要用于保护变压器内部绕组相间、层间或匝间绝缘破坏造成的短路；单相接地短路；反应油面降低等，其中重瓦斯保护动作于跳开变压器各电源侧断路器，轻瓦斯保护动作于发出信号。瓦斯保护是变压器主保护之一。对于800kVA以上容量的电力油浸式变压器及400kVA及以上容量的车间配电油浸式变压器均应装设。
当变压器油箱内部发生故障时，短路电流产生的电弧使变压器油和其他绝缘材料分解，从而产生大量的可燃气体，人们将这种可燃气体统称为瓦斯气体。故障程度越严重，产生的瓦斯气体越多，流速越快，气流中还夹杂着细小的、灼热的变压器油。瓦斯保护是利用变压器油受热分解所产生的热气流和热油流来动作的保护。
瓦斯保护的核心元件是气体继电器，它安装在油箱与油枕的连接管道中。根据物体的物理特性，热的气流和油流在密闭的油箱内向上冲，为了保证气流和油流能顺利通过气体继电器，安装时应注意，变压器顶盖与水平面应有1%～1.5%的坡度，连接管道应有2%～4%的坡度。
我国目前采用的气体继电器有三种型式，即浮筒式、挡板式和复合式，其中复合式气体继电器具有浮筒式和档板式的优点。
当变压器内部发生轻微的故障时，所产生的少量气体逐渐聚集在继电器的上部，使继电器内的油面缓慢下降，降到油面低于开口杯时，开口杯自重加上杯内油重抵消浮力后的力矩将大于重锺自重抵消浮力后的力矩，使开口杯的位置随着油面下降，接近到一定程度时触点闭合，发出轻瓦斯动作的信号。
当变压器内部发生严重故障时，所产生的大量气体形成从变压器冲向油枕的强烈气流，带油的气体直接冲击着档板，克服了弹簧的拉力使档板偏转，磁铁迅速靠近干簧触点，触点闭合（即重瓦斯保护动作）起动保护出口继电器，使变压器各侧断路器跳闸。
2、 纵联差动保护
主要用于用于变压器内部故障、套管及引出线上短路故障的保护。纵联差动保护原理接线如图1所示。
纵联差动保护是和变压器的一次和二次电流的数值和相位进行比较而构成的保护。正常情况下以及在保护范围以外发生短路时，I’1和I’2在数值上相等，相位也相同，于是流过继电器的电流I= I’1- I’2=0，继电器不动作。当保护范围内发生短路故障时，继电器中流过很大的差电流，继电器动作，变压器两侧断路器跳闸。
使用纵联差动保护必须注意克服不平衡电流的不良影响。
为了躲过变压器空载投入时励磁涌流使不平衡电流增大，接线中一般都使用差动继电器，它可以保证在正常运行和外部发生故障时，平衡两臂电流不等引起的不平衡电流。
变压器各侧额定电压不同，各侧电流互感器的型号也不可能相同，特性当然不一样。另外各电流互感器设计计算电流比与产品实际电流比也有差异，这些都会引起不平衡电流。对于前者，可采取增大保护动作电流的办法消除；对于后者，可以根据磁势平衡的原理，利用差动继电器的平衡线圈来消除影响。
对于带有载调压装置的变压器，带负荷调压时，变压器电压比变化了，电流互感器二次产生了新的不平衡电流。为了消除其影响，可以采取增大保护动作电流整定值的方法来解决。
容量在10000kVA及以上单独运行的电力变压器，容量在6300kVA及以上并列运行的变压器均应装设纵联差动保护。
3、 电流速断保护
容量在10000kVA以下单台变压器和容量在630kVA以下并列运行的变压器，而且过电流保护的动作时限大于0.5s时，均装设电流速断保护。它与瓦斯保护配合，以反映变压器绕组及变压器电源侧的引出线套管上的各种故障。它是外部短路的主保护。当电源侧为大接地电流系统时，采用三相完全星形接线；电源侧为小接地电流系统时，采用两相不完全星形接线。
4、 过电流保护
主要作为外部短路引起的过电流的保护，也作为变压器本身故障的后备保护。变压器内部发生故障时，如果差动、速断等保护装置拒动时，过电流保护经过整定时限后，应使变压器各侧断路器跳闸。当保护灵敏度不能满足要求时，可以采用带低电压闭锁的过电流保护。一般降压变压器均应装设过电流保护。
5、过负荷保护
根据继电保护与安全自动装置的运行条例，接地故障常常也是故障的主要形式，因此，大电流接地系统中的变压器，一般要求在变压器上装设接地（零序）保护。作为变压器本身主保护的后备保护和相邻元件接地短路的后备保护。
现今，微机型保护装置已经取代了传统的继电保护，被更多的利用在电力保护中来。传统继电保护装置，采用继电器组合而成的，比如：过流继电器、时间继电器、中间继电器、等通过复杂的组合，来实现保护功能；微机保护装置，采用单片机原来，系统具备采集、监视、控制、自检查功能、通过一台设备可以发现：输电线路的故障、输电线路的负荷、自身的运行情况（当设备自身某种故障，微机保护通过自检功能，把故障进行呈现），采用计算机原理进行远程控制和监视。新型的变压器微机保护软件采用了工频变化量比率差动元件，提高了变压器内部小电流故障的检测灵敏度。微机保护还解决了变压器空投内部故障，因健全相涌流制动而拒绝动作的问题，使保护的可靠性进一步提高。多CPU微机保护的采用，使得变压器的后备保护按侧独立配置并与变压器主保护、人机接口管理相互独立运行，改善了保护运行和维护条件也提高了保护的可靠性。
电力变压器是电力系统中重要的设备，保障它的安全、可靠运行，很大程度上就是保障了国家电力的安全、可靠运行。是电力行业一代代人的责任，也是一代代科研人员努力和前进的动力。
参考文献
[1] 李义山.变配电实用技术.北京：机械工业出版社，2002：1-2.
[2] 许建安 连晶晶.继电保护技术.北京：中国水力水电出版社，2011：3-9.
关键词 变压器 继电保护 瓦斯保护 纵联差动保护 电流速断保护 过流保护 过负荷保护 温度保护
在供电系统运行中，由于设备本身某些缺陷的存在、人为造成的错误操作及遭受外力破坏等原因，往往会发生各种故障或不正常的运行状态。接地短路是比较常见的故障，面过负荷等又是比较常见的不正常运行状态。供电系统故障，有可能使变、配电所部分或全部停电，甚至毁坏设备发展成为事故，后果往往是严重的。继电保护系统的主要任务是：
1、电气设备出现不正常运行状态时（例如过负荷、中性点不接地系统的一相接地等），继电保护装置能及时反应，发出动作信号，促使运行值班人员采取处理措施。
2、发生故障时，能自动、迅速并有选择性地动作，进而使断路器跳闸，将故障设备从系统中切除，从而限制了故障影响范围。
3、继电保护不配合实现重合闸、备用电源自投、遥控、遥测，使变、配电所自动化程度、供电可靠性进一步提高。
为了实现保护装置的重要任务，必须科学地选用保护接线和保护系统中的所有设备。总的来说，保护接线比二次接线中的其他系统的接线要复杂得多。这里只讨论一般35kV以下用户变、配电所的变压器保护接线问题。
变压器的故障和异常运行方式有下列几点：
1、 绕组相间短路、层间短路、匝相短路；
2、 绝缘套管和引出线上的相间短路、单相接地短路；
3、 外部短路引起的过电流；
4、 过负荷；
5、 油面降低。
根据有关规程的规定和使用要求，一般变压器配置的继电保护有下列几种：
1、 瓦斯保护
主要用于保护变压器内部绕组相间、层间或匝间绝缘破坏造成的短路；单相接地短路；反应油面降低等，其中重瓦斯保护动作于跳开变压器各电源侧断路器，轻瓦斯保护动作于发出信号。瓦斯保护是变压器主保护之一。对于800kVA以上容量的电力油浸式变压器及400kVA及以上容量的车间配电油浸式变压器均应装设。
当变压器油箱内部发生故障时，短路电流产生的电弧使变压器油和其他绝缘材料分解，从而产生大量的可燃气体，人们将这种可燃气体统称为瓦斯气体。故障程度越严重，产生的瓦斯气体越多，流速越快，气流中还夹杂着细小的、灼热的变压器油。瓦斯保护是利用变压器油受热分解所产生的热气流和热油流来动作的保护。
瓦斯保护的核心元件是气体继电器，它安装在油箱与油枕的连接管道中。根据物体的物理特性，热的气流和油流在密闭的油箱内向上冲，为了保证气流和油流能顺利通过气体继电器，安装时应注意，变压器顶盖与水平面应有1%～1.5%的坡度，连接管道应有2%～4%的坡度。
我国目前采用的气体继电器有三种型式，即浮筒式、挡板式和复合式，其中复合式气体继电器具有浮筒式和档板式的优点。
当变压器内部发生轻微的故障时，所产生的少量气体逐渐聚集在继电器的上部，使继电器内的油面缓慢下降，降到油面低于开口杯时，开口杯自重加上杯内油重抵消浮力后的力矩将大于重锺自重抵消浮力后的力矩，使开口杯的位置随着油面下降，接近到一定程度时触点闭合，发出轻瓦斯动作的信号。
当变压器内部发生严重故障时，所产生的大量气体形成从变压器冲向油枕的强烈气流，带油的气体直接冲击着档板，克服了弹簧的拉力使档板偏转，磁铁迅速靠近干簧触点，触点闭合（即重瓦斯保护动作）起动保护出口继电器，使变压器各侧断路器跳闸。
2、 纵联差动保护
主要用于用于变压器内部故障、套管及引出线上短路故障的保护。纵联差动保护原理接线如图1所示。
纵联差动保护是和变压器的一次和二次电流的数值和相位进行比较而构成的保护。正常情况下以及在保护范围以外发生短路时，I’1和I’2在数值上相等，相位也相同，于是流过继电器的电流I= I’1- I’2=0，继电器不动作。当保护范围内发生短路故障时，继电器中流过很大的差电流，继电器动作，变压器两侧断路器跳闸。
使用纵联差动保护必须注意克服不平衡电流的不良影响。
为了躲过变压器空载投入时励磁涌流使不平衡电流增大，接线中一般都使用差动继电器，它可以保证在正常运行和外部发生故障时，平衡两臂电流不等引起的不平衡电流。
变压器各侧额定电压不同，各侧电流互感器的型号也不可能相同，特性当然不一样。另外各电流互感器设计计算电流比与产品实际电流比也有差异，这些都会引起不平衡电流。对于前者，可采取增大保护动作电流的办法消除；对于后者，可以根据磁势平衡的原理，利用差动继电器的平衡线圈来消除影响。
对于带有载调压装置的变压器，带负荷调压时，变压器电压比变化了，电流互感器二次产生了新的不平衡电流。为了消除其影响，可以采取增大保护动作电流整定值的方法来解决。
容量在10000kVA及以上单独运行的电力变压器，容量在6300kVA及以上并列运行的变压器均应装设纵联差动保护。
3、 电流速断保护
容量在10000kVA以下单台变压器和容量在630kVA以下并列运行的变压器，而且过电流保护的动作时限大于0.5s时，均装设电流速断保护。它与瓦斯保护配合，以反映变压器绕组及变压器电源侧的引出线套管上的各种故障。它是外部短路的主保护。当电源侧为大接地电流系统时，采用三相完全星形接线；电源侧为小接地电流系统时，采用两相不完全星形接线。
4、 过电流保护
主要作为外部短路引起的过电流的保护，也作为变压器本身故障的后备保护。变压器内部发生故障时，如果差动、速断等保护装置拒动时，过电流保护经过整定时限后，应使变压器各侧断路器跳闸。当保护灵敏度不能满足要求时，可以采用带低电压闭锁的过电流保护。一般降压变压器均应装设过电流保护。
5、过负荷保护
根据继电保护与安全自动装置的运行条例，接地故障常常也是故障的主要形式，因此，大电流接地系统中的变压器，一般要求在变压器上装设接地（零序）保护。作为变压器本身主保护的后备保护和相邻元件接地短路的后备保护。
现今，微机型保护装置已经取代了传统的继电保护，被更多的利用在电力保护中来。传统继电保护装置，采用继电器组合而成的，比如：过流继电器、时间继电器、中间继电器、等通过复杂的组合，来实现保护功能；微机保护装置，采用单片机原来，系统具备采集、监视、控制、自检查功能、通过一台设备可以发现：输电线路的故障、输电线路的负荷、自身的运行情况（当设备自身某种故障，微机保护通过自检功能，把故障进行呈现），采用计算机原理进行远程控制和监视。新型的变压器微机保护软件采用了工频变化量比率差动元件，提高了变压器内部小电流故障的检测灵敏度。微机保护还解决了变压器空投内部故障，因健全相涌流制动而拒绝动作的问题，使保护的可靠性进一步提高。多CPU微机保护的采用，使得变压器的后备保护按侧独立配置并与变压器主保护、人机接口管理相互独立运行，改善了保护运行和维护条件也提高了保护的可靠性。
电力变压器是电力系统中重要的设备，保障它的安全、可靠运行，很大程度上就是保障了国家电力的安全、可靠运行。是电力行业一代代人的责任，也是一代代科研人员努力和前进的动力。
参考文献
[1] 李义山.变配电实用技术.北京：机械工业出版社，2002：1-2.
[2] 许建安 连晶晶.继电保护技术.北京：中国水力水电出版社，2011：3-9.