電力變壓器是電力系統中十分重要的供電元件, 為了供電的可靠性和系統正常運行,就必須視其容量的大小、電壓的高低和重要程度, 設置相應的繼電保護裝置。
變壓器的內部故障可以分油箱內部和油箱外部故障兩種。油箱內部的故障包括繞組的相間短路、接地短路、匝間短路以及鐵芯的繞損等, 對變壓器來講, 這些故障都是十分危險的, 因為油箱內故障時產生的電弧, 將引起絕緣物質的劇烈氣化, 從而可能引起爆炸, 因此, 這些故障應該盡快加以切除。油箱外的故障, 主要 是絕緣套管和引出線上發生相間短路和接地短路。變壓器的不正常運行狀態主要有: 由于變壓器外部相間短路引起的過電流和外部接地短路引起的過電流和中性點過電壓; 由于負荷超過額定容量引起的過負荷以及由于漏油等原因引起的油面降低。
此外, 對大容量變壓器, 由于其額定工作時的磁通密度接近于鐵芯的飽和磁通密度,因此, 在過電壓或低頻率等異常運行方式下,還會發生變壓器的過勵磁故障。
針對電力變壓器的上述故障類型及不正常運行狀態, 應對變壓器裝設相應的繼電保護裝置。
電力變壓器的主保護
1、0.8M V A 及以上的油浸式變壓器和0.4M V A 及以上的車間內油浸式變壓器, 均應裝設瓦斯保護。當殼內故障產生輕微瓦斯或油面下降時, 應瞬時動作于信號; 當產生大量瓦斯時,應動作于斷開變壓器各側斷路器。帶負荷調壓的油浸式變壓器的調壓裝置, 亦應裝設瓦斯保護。
2、6.3M V A 以下廠用工作變壓器和并列運行的變壓器, 以及10M V A 以下廠用備用變壓器和單獨運行的變壓器, 當后備保護時限大于0.5s時, 應裝設電流速斷保護。
3、對6.3M V A 及以上的廠用工作變壓器和并列運行的變壓器, 10M V A 及以上廠用備用變壓器和單獨運行的變壓器, 應裝設縱聯差動保護(以下簡稱縱差保護)。
4、對高壓側電壓為330kV 及以上的變壓器, 可裝設雙重縱差保護。
5、縱差保護應能躲過勵磁涌流和外部短路產生的不平衡電流, 應在變壓器過勵磁時不誤動。差動保護的范圍應包括變壓器繞組、套管及其引出線。
6、對ll0kV 及以上中性點直接接地電網中的變壓器, 應在變壓器中性點接地線上裝設反應接地故障的零序電流保護。對于只有部分變壓器中性點接地運行的變電所, 當變壓器為分級絕緣時, 零序保護動作時應首先切除中性點不接地運行的變壓器, 如果故障未消失再切除中性點接地的變壓器, 以防止中性點不接地運行變壓器出現危害的過電壓。
7、對高壓側電壓為500kV 或容量在240M V A 及以上的變壓器, 當頻率降低和電壓升高引起的變壓器工作磁密過高, 應裝設過勵磁保護。保護由兩段組成, 低定值段動作于信號, 高定值段動作于跳閘。
8、對變壓器溫度及油箱內壓力升高和冷卻系統故障, 應按電力變壓器標準要求, 裝設作用于信號或動作于跳閘的裝置。
電力變壓器的后備保護
1、變壓器的相間短路后備保護首先考慮采用過電流保護, 當過電流保護滿足不了靈敏度要求時,可選用復合電壓起動的過電流保護,若仍滿足不了靈敏度的要求。則可選擇阻抗保護。
2、雙繞組變壓器, 后備保護應裝在主電源側,根據主接線情況, 保護可帶一段或兩段時限, 以較短的時限縮小故障影響范圍,跳母聯或分段斷路器; 較長的時限斷開變壓器各側的斷路器。
3、三繞組變壓器和自耦變壓器, 后備保護要分別裝在主電源側和主負荷側。主電源側的保護帶兩段時限, 以較短的時限斷開未裝保護側的斷路器, 主負荷側的保護動作于本側斷路器。當上述方式不符合靈敏性要求時, 可在各側裝設后備保護。各側保護應根據選擇性的要求考慮加裝方向元件。
4、0.4M V A 及以上的變壓器應設置過負荷保護, 其動作時間應大于電動機的自啟動時間, -般動作于信號。
電力變壓器的電流和電壓保護
為反應變壓器外部故障而引起的變壓器繞組過電流, 以及在變壓器內部故障時, 作為差動保護和瓦斯保護的后備, 變壓器應裝設過電流保護。根據變壓器容量和系統短路電流水平的不同, 實現保護的方式有: 過電流保護、低電壓啟動的過電流保護、復合電壓啟動的過電流保護以及負序過電流保護等。
1、變壓器的過電流保護
保護裝置的啟動電流應按照躲開變壓器可能出現的最大負荷電流來整定。保護動作后, 應跳開變壓器兩側的斷路器。①按躲開變壓器可能的最大負荷電流整定; ②按躲過負荷自啟動的最大工作電流整定; ③按躲過變壓器低壓母線自動投入負荷整定; ④按于相鄰保護配合整定。
2、復合電壓啟動的變壓器過電流保護
是由一個負序電壓繼電器( 由過電壓繼電器接于負序電壓過濾器上構成) 和一個接于線電壓上的低電壓繼電器組成電壓閉鎖回路, 只當電壓和電流元件同時動作后, 才能經過延時動作于跳閘。
電力變壓器的瓦斯保護
當在變壓器油箱內部發生故障( 包括輕微的匝間短路和絕緣破壞引起的經電弧電阻的接地短路) 時, 由于故障點電流和電弧的作用, 將使變壓器油及其它絕緣材料因局部受熱而分解產生氣體, 因氣體比較輕, 它們將從油箱流向油枕的上部。當故障嚴重時, 油會迅速膨脹并產生大量的氣體, 此時將有劇烈的氣體夾雜著油流沖向油枕的上部。利用油箱內部故障時的這一特點, 構成反應于上述氣體而動作的瓦斯保護裝置。
瓦斯保護的主要優點是動作迅速、靈敏度高、安裝接線簡單、能反應油箱內發生的各種故障。缺點是不能反應油箱以外的套管以及引出線等部位上發身的故障。
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