電力變壓器故障及異常運行方式的相應保護

    按GB50062—92《電力裝置的繼電保護和自動裝置設計規范》規定：對電力變壓器的下列故障及異常運行方式，應裝設相應的保護裝置：

    （1）繞組及其引出線的相間短路和在中性點直接接地側的單相接地短路；

    （2）繞組的匝間短路；

    （3）外部相間短路引過的過電流；

    （4）中性點直接接地電力網中外部接地短路引起的過電流及中性點過電壓；

    （5）過負荷；

    （6）油面降低；

    （7）變壓器溫度升高或油箱壓力升高或冷卻系統故障。

    對于高壓側為6～10KV的車間變電所主變壓器來說，通常裝設有帶時限的過電流保護；如過電流保護動作時間大于0.5～0.7s時，還應裝設電流速斷保護。容量在800KV•A及以上的油浸式變壓器和400KV•A及以上的車間內油浸式變壓器，按規定應裝設瓦斯保護（又稱氣體繼電保護）。容量在400KV•A及以上的變壓器，當數臺并列運行或單臺運行并作為其它負荷的備用電源時，應根據可能過負荷的情況裝設過負荷保護。過負荷保護及瓦斯保護在輕微故障時（通稱“輕瓦斯”），動作于信號，而其它保護包括瓦斯保護在嚴重故障時（通稱“重瓦斯”），一般均動作于跳閘。

    對于高壓側為35KV及以上的工廠總降壓變電所主變壓器來說，也應裝設過電流保護、電流速斷保護和瓦斯保護；在有可能過負荷時，也需裝設過負荷保護。但是如果單臺運行的變壓器容量在10000KV•A及以上和并列運行的變壓器每臺容量在6300KV•A及以上時，則要求裝設縱聯差動保護來取代電流速斷保護。

    在本設計中，根據要求需裝設過電流保護、電流速斷保護、過負荷保護和瓦斯保護。對于由外部相間短路引起的過電流，保護應裝于下列各側：

    1）、對于雙線圈變壓器，裝于主電源側

    2）、對三線圈變壓器，一般裝于主電源的保護應帶兩段時限，以較小的時限斷開未裝保護的斷路器。當以上方式滿足靈敏性要求時，則允許在各側裝設保護。各側保護應根據選擇性的要求裝設方向元件。

    3）、對于供電給分開運行的母線段的降壓變壓器，除在電源側裝設保護外，還應在每個供電支路上裝設保護。

    4）、除主電源側外，其他各側保護只要求作為相鄰元件的后備保護，而不要求作為變壓器內部故障的后備保護。

    5）、保護裝置對各側母線的各類短路應具有足夠的靈敏性。相鄰線路由變壓器作遠后備時，一般要求對線路不對稱短路具有足夠的靈敏性。相鄰線路大量瓦斯時，一般動作于斷開的各側斷路器。如變壓器高采用遠后備時，不作具體規定。

    6）、對某些稀有的故障類型（例如110KV及其以上電力網的三相短路）允許保護裝置無選擇性動作。

    差動保護

    變壓器差動保護動作電流應滿足以下三個條件

    應躲過變壓器差動保護區外出現的最大短路不平衡電流

    應躲過變壓器的勵磁涌流

    在電流互感器二次回路端線且變壓器處于最大符合時，差動保護不應動作

    變壓器的過電流保護

    1.過電流保護動作電流的整定

    IL.max =2×5700/(√3×60)A = 109.7A

    取Krel = 1.3 , Ki = 150/5 = 30 , KW = 1 , Kre = 0.8

    因此

    Iop = Krel×KW×IL.max/(Kr×eKi) = 1.3×1×109.7A/(0.8×30) =5.94A

    故動作電流整定為6A。

    2．保護動作時間

    t〈=t1-△t=2-0.5=1.5S

    3.變壓器過電流保護的靈敏度

    Ik.max = 0.866×7.02×1000× 10/60= 1037A

    則：

    Sp = KW×Ik.min/(Ki×Iop) = 1×1037/(6×30) = 5.761>1.5

    滿足保護靈敏度的要求

    4．結線圖

    四、變壓器的過負荷保護

    過負荷保護動作電流的整定

    IOP(OL) = 1.3I1N.T/Ki = 1.3×104/40A = 3A

    動作時間取10～15s

    五、變壓器的瓦斯保護

    瓦斯保護，又稱氣體繼電保護，是保護油浸式電力變壓器內部故障的一種基本的保護裝置。按GB50062—92規定，800KV•A及以上的一般油浸式變壓器和400KV•A及以上的車間內油浸式變壓器，均應裝設瓦斯保護。

    瓦斯保護的主要元件是氣體繼電器。它裝設在變壓器的油箱與油枕之間的聯通管上。為了使油箱內產生的氣體能夠順暢地通過氣體繼電器排往油枕，變壓器安裝應取1%～1.5%的傾斜度；而變壓器在制造時，聯通管對油箱頂蓋也有 2%～4%的傾斜度。

    當變壓器油箱內部發生輕微故障時，由故障產生的少量氣體慢慢升起，進入氣體繼電器的容器，并由上而下地排除其中的油，使油面下降，上油杯因其中盛有殘余的油而使其力矩大于另一端平衡錘的力矩而降落。這時上觸點接通而接通信號回路，發出音響和燈光信號，這稱之為“輕瓦斯動作”。

    當變壓器油箱內部發生嚴重故障時，由故障產生的氣體很多，帶動油流迅猛地由變壓器油箱通過聯通管進入油枕。這大量的油氣混合體在經過氣體繼電器時，沖擊擋板，使下油杯下降。這時下觸點接通跳閘回路（通過中間繼電器），同時發出音響和燈光信號（通過信號繼電器），這稱之為“重瓦斯動作”。

    如果變壓器油箱漏油，使得氣體繼電器內的油也慢慢流盡。先是繼電器的上油杯下降，發出報警信號，接著繼電器內的下油杯下降，使斷路器跳閘，同時發出跳閘信號。 ■