電力變壓器的故障

電力變壓器是電力系統(tǒng)中大量使用的重要電氣設(shè)備，它的安全運(yùn)行是電力系統(tǒng)可靠工作的必要條件。
電力變壓器有別于發(fā)電機(jī)，它無旋轉(zhuǎn)部件，是一種靜止的電氣設(shè)備，結(jié)構(gòu)比較簡單，運(yùn)行可靠性高，發(fā)生故障的機(jī)會相對較少。但是，變壓器是連續(xù)運(yùn)行的，停電機(jī)會很少，而且絕大部分安裝在室外，受自然環(huán)境影響較大。另外，變壓器時(shí)刻受到外接負(fù)荷的影響，特別是受電力系統(tǒng)短路故障的威脅較大。因此，電力變壓器在運(yùn)行中，仍然可能發(fā)生各種類型的故障或出現(xiàn)不正常的工作狀態(tài)。它的故障對電力系統(tǒng)的安全連續(xù)運(yùn)行會帶來嚴(yán)重影響，特別是大容量變壓器的損壞，對系統(tǒng)的影響更為嚴(yán)重。因此，考慮到變壓器在電力系統(tǒng)中的重要地位及其故障和不正常工作狀態(tài)可能造成的嚴(yán)重后果，必須根據(jù)電力變壓器容量和重要程度裝設(shè)相應(yīng)的繼電保護(hù)裝置。
電力變壓器的故障通�？煞譃橛拖鋬�(nèi)部故障和油箱外部故障。油箱內(nèi)部故障主要是指發(fā)生在變壓器油箱內(nèi)包括高壓側(cè)或低壓側(cè)繞組的相間短路、匝間短路、中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)側(cè)繞組的單相接地短路。變壓器油箱內(nèi)部故障是很危險(xiǎn)的，因?yàn)楣收宵c(diǎn)的電弧不僅會損壞繞組絕緣與鐵心，而且會使絕緣物質(zhì)和變壓器油劇烈汽化，由此可能引起油箱的爆炸。所以，繼電保護(hù)應(yīng)盡可能快地切除這些故障。油箱外部故障最常見的主要是變壓器繞組引出線和套管上發(fā)生的相間短路和接地短路（直接接地系統(tǒng)）。
變壓器的不正常工作狀態(tài)主要有過負(fù)荷、外部短路引起的過電流、外部接地短路引起的中性點(diǎn)過電壓、油箱漏油引起的油面降低或冷卻系統(tǒng)故障引起的溫度升高等。此外，大容量變壓器，由于其額定工作磁通密度較高，工作磁密與電壓頻率比成正比例，在過電壓或低頻率下運(yùn)行時(shí)，可能引起變壓器的過勵(lì)磁故障等。
變壓器繼電保護(hù)的任務(wù)就是反應(yīng)上述故障或異常運(yùn)行狀態(tài)，并通過斷路器切除故障變壓器，或發(fā)出信號告知運(yùn)行人員采取措施消除異常運(yùn)行狀態(tài)。同時(shí)，變壓器保護(hù)還應(yīng)能用作相鄰電器元件的后備保護(hù)。
針對上述各種故障與不正常工作狀態(tài)，變壓器應(yīng)裝設(shè)下列繼電保護(hù)：
1）反應(yīng)變壓器油箱內(nèi)部各種故障和油面降低的瓦斯保護(hù)。0.8MVA及以上油浸式變壓器和0.4MVA及以上車間內(nèi)油浸式變壓器，均應(yīng)裝設(shè)瓦斯保護(hù)。當(dāng)油箱內(nèi)故障產(chǎn)生輕微瓦斯或油面下降時(shí)，應(yīng)瞬時(shí)動(dòng)作于信號；當(dāng)產(chǎn)生大量瓦斯時(shí)，應(yīng)動(dòng)作于斷開變壓器各側(cè)斷路器。
帶負(fù)荷調(diào)壓的油浸式變壓器的調(diào)壓裝置，亦應(yīng)裝設(shè)瓦斯保護(hù)。
2）反應(yīng)變壓器引出線、套管及內(nèi)部短路故障的縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)或電流速斷保護(hù)。保護(hù)瞬時(shí)動(dòng)作于斷開變壓器的各側(cè)斷路器。
①對 6.3MVA以下廠用變壓器和并列運(yùn)行的變壓器，以及10MVA以下廠用備用變壓器和單獨(dú)運(yùn)行的變壓器，當(dāng)后備保護(hù)時(shí)間大于0.5s時(shí)，應(yīng)裝設(shè)電流速斷保護(hù)。
②對6.3MVA及以上廠用工作變壓器和并列運(yùn)行的變壓器，10MVA及以上廠用備用變壓器和單獨(dú)運(yùn)行的變壓器，以及2MVA及以上用電流速斷保護(hù)靈敏性不符合要求的變壓器，應(yīng)裝設(shè)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)。
③對高壓側(cè)電壓為330kV及以上變壓器，可裝設(shè)雙重縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)。
④對于發(fā)電機(jī)變壓器組，當(dāng)發(fā)電機(jī)與變壓器之間有斷路器時(shí)，發(fā)電機(jī)裝設(shè)單獨(dú)的縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)。當(dāng)發(fā)電機(jī)與變壓器之間沒有斷路器時(shí)，100MVA及以下發(fā)電機(jī)與變壓器組共用縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)；100MVA以上發(fā)電機(jī)。除發(fā)電機(jī)變壓器共用縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)外，發(fā)電機(jī)還應(yīng)單獨(dú)裝設(shè)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)。對 200~300MVA的發(fā)電機(jī)變壓器組亦可在變壓器上增設(shè)單獨(dú)的縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)，即采用雙重快速保護(hù)。
3）反應(yīng)變壓器外部相間短路并作瓦斯保護(hù)和縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)（或電流速斷保護(hù)）后備的過電流保護(hù)、低電壓起動(dòng)的過電流保護(hù)、復(fù)合電壓起動(dòng)的過電流保護(hù)、負(fù)序電流保護(hù)和阻抗保護(hù)，保護(hù)動(dòng)作后應(yīng)帶時(shí)限動(dòng)作于跳閘。
①過電流保護(hù)宜用于降壓變壓器。
②復(fù)合電壓起動(dòng)的過電流保護(hù)，宜用于升壓變壓器、系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)變壓器和過電流保護(hù)不滿足靈敏性要求的降壓變壓器。
③負(fù)序電流和單相式低電壓起動(dòng)過電流保護(hù)，可用于63MVA及以上升壓變壓器。
④當(dāng)采用上述2）、3）的保護(hù)不能滿足靈敏性和選擇性要求時(shí)，可采用阻抗保護(hù)。
4）反應(yīng)大接地電流系統(tǒng)中變壓器外部接地短路的零序電流保護(hù)。110kV及以上大接地電流系統(tǒng)中，如果變壓器中性點(diǎn)可能接地運(yùn)行，對于兩側(cè)或三側(cè)電源的升壓變壓器或降壓變壓器應(yīng)裝設(shè)零序電流保護(hù)，作變壓器主保護(hù)的后備保護(hù)，并作為相鄰元件的后備保護(hù)。
5）反應(yīng)變壓器對稱過負(fù)荷的過負(fù)荷保護(hù)。對于400kVA及以上的變壓器，當(dāng)臺數(shù)并列運(yùn)行或單獨(dú)運(yùn)行并作為其他負(fù)荷的備用電源時(shí)，應(yīng)根據(jù)可能過負(fù)荷的情況裝設(shè)過負(fù)荷保護(hù)。對自耦變壓器和多繞組變壓器，保護(hù)裝置應(yīng)能反應(yīng)公共繞組及各側(cè)過負(fù)荷的情況。過負(fù)荷保護(hù)應(yīng)接于一相電流上，帶時(shí)限動(dòng)作于信號。在無經(jīng)常值班人員的變電所，必要時(shí)過負(fù)荷保護(hù)可動(dòng)作于跳閘或斷開部分負(fù)荷。
6）反應(yīng)變壓器過勵(lì)磁的過勵(lì)磁保護(hù)�，F(xiàn)代大型變壓器的額定磁密近于飽和磁密，頻率降低或電壓升高時(shí)容易引起變壓器過勵(lì)磁，導(dǎo)致鐵心飽和，勵(lì)磁電流劇增，鐵心溫度上升，嚴(yán)重過熱會使變壓器絕緣劣化，壽命降低，最終造成變壓器損壞。因此，高壓側(cè)為500kV的變壓器宜裝設(shè)過勵(lì)磁保護(hù) 。