電力變壓器非電量保護淺析

陳 浩，張 璐，郭 鐵

（1.國網遼寧省電力有限公司電力科學研究院，遼寧 沈陽 110006；2.遼寧電力建設監理有限公司，遼寧 沈陽 110003）

電力變壓器非電量保護淺析

陳 浩1，張 璐2，郭 鐵1

（1.國網遼寧省電力有限公司電力科學研究院，遼寧 沈陽 110006；2.遼寧電力建設監理有限公司，遼寧 沈陽 110003）

介紹了瓦斯保護裝置、壓力釋放閥保護裝置和速動油壓繼電器保護裝置3種非電量保護裝置的保護原理及保護范圍，3種非電量保護裝置相互配合可將變壓器故障控制在允許的范圍內，有效保護變壓器，避免故障擴大，減少損失。

電力變壓器；非電量瓦斯保護裝置；壓力釋放閥保護裝置；速動油壓繼電器保護裝置

電力變壓器是變電站重要的電氣設備之一，其安全運行直接關系到整個電力系統連續穩定運行。特別是大型變壓器，造價高、結構復雜，因故障損壞，其修復難度大、修復時間長，在經濟上將造成較大損失。因此，必須根據變壓器的容量和重要程度裝設性能良好、動作可靠的保護裝置。為提高設備在運行過程中的可靠性，確保設備具有安全的運行環境，在大型電力變壓器運行過程中設置2種保護，一種是電量保護，另一種是非電量保護。在變壓器發生故障時，保護能及時正確動作，并快速將電源切斷，不僅可防止電能與熱能及化學能間的轉換，還可防止由于溫度過高出現油體積膨脹及絕緣物質分解［1］，減小故障范圍，很好地對變壓器進行保護，使損失降到最低。由于電量保護本身固有的特點，當故障在電量保護靈敏度或故障種類之外時，就必須依靠非電量保護來保證變壓器的安全。

1 瓦斯保護裝置

在變壓器中瓦斯保護裝置非常重要，是其內部故障的主要保護裝置，該裝置能對變壓器匝間短路、層間短路、鐵芯故障等一系列故障做出非常靈敏的反應。當油浸式變壓器出現故障時，將出現大量電弧，該電弧作用在絕緣材料上，會使絕緣材料分解，這個過程會析出許多氣體。瓦斯保護就是利用反應氣體狀態的瓦斯繼電器對變壓器進行保護，瓦斯繼電器裝在變壓器儲油柜和油箱之間的管道內，利用變壓器內部故障使油分解產生氣體或油流涌動時，使氣體繼電器的接點動作，接通指定的控制回路，并及時發出信號告警（輕瓦斯）或啟動保護元件自動切除變壓器（重瓦斯）［2］。

1.1 輕瓦斯保護

當變壓器內部故障較輕或在故障初期，油箱內油被分解、氣化，氣體產生的速度較緩慢，氣體上升至儲油柜途中首先積存于瓦斯繼電器的上部，使油面下降。當氣體量超過整定值時，發出報警信號，提示維護人員進行檢查，防止故障發展。

變壓器輕瓦斯保護動作反映的物理量是氣體體積，其主要作用是作為信號，反映變壓器運行是否正常。出現動作的原因主要有以下幾方面：第一，在對變壓器進行維護過程有氣體進入到油箱中；第二，出現溫度下降或漏油，導致油面下降；第三，油箱出現一些較小故障，產生氣體。當輕瓦斯動作信號報警時，首先應檢查變壓器以下部分：溫度、油面高度、音響、電壓、電流情況，如沒有問題，則應收集繼電器頂部氣體進行故障判別。

1.2 重瓦斯保護

當變壓器內部發生嚴重故障時，油箱內的油被分解、汽化，產生大量強烈的瓦斯氣體，油箱內壓力急劇升高，氣體及油流迅速向油枕流動，流速超過重瓦斯的整定值時，變壓器兩側斷路器跳閘，這就是所謂的“重瓦斯”。重瓦斯動作，立即切斷與變壓器連接的所有電源，避免事故擴大，起到保護變壓器的作用。

油流和氣體是同時產生的，油流從瓦斯繼電器中流過時的速度與產氣速率相對應，而燃弧功率是決定產氣速率的主要因素，因此，為了控制故障范圍，油流從瓦斯繼電器中流過時的速度整定值一定要比產氣速率小。因此，瓦斯繼電器流速的整定值應考慮壓力釋放閥保護與重瓦斯保護的配合。

變壓器重瓦斯保護動作所反映出的物理量是油的流速或油面的高度，其主要作用是跳閘。該保護發生動作的具體原因是變壓器回路出現故障、內部出現較大故障或近區穿越性短路故障。當重瓦斯動作時，首先應檢查以下部分：變壓器外部特征、停電范圍等。如未發現異常，應收集繼電器頂部氣體進行故障判別。

2 壓力釋放閥保護裝置

為提高設備運行可靠性，早期投運的大型變壓器逐步將變壓器的安全氣道（防爆管）更換為壓力釋放閥。壓力釋放閥是變壓器安全裝置，屬于非電量保護，主要作用是對油浸電氣設備進行保護，當變壓器油箱出現故障時，該變壓器油箱內部儲存的油將被氣化或分解，這時油箱內部就會出現很多氣體，其內部的壓力也會快速升高，如果不能將壓力釋放，將給變壓器帶來非常大的危害，甚至會導致變壓器爆炸。

在變壓器上安裝壓力釋放閥是非常必要的，當變壓器油箱內的壓力升高時，壓力釋放閥會快速開啟，用時不超過2 ms，使變壓器油箱內部的壓力以最快的速度下降，確保變壓器的安全。當變壓器油箱的壓力下降到與關閉壓力相等時，該裝置就會快速關閉，始終保持變壓器油箱內的壓力為正壓，并且還能很好地阻止其他物質進入變壓器油箱［3］。

在變壓器安裝壓力釋放閥并對開啟壓力進行設置時，需考慮變壓器的結構，不能盲目對開啟壓力進行設置。盲目提高開啟壓力，會使保護不能正確動作；盲目降低開啟壓力，容易造成壓力釋放閥保護誤動。由于大多數變壓器廠家規定壓力釋放閥接點作用于跳閘，現場運行時也曾多次出現因壓力釋放閥的二次回路絕緣降低而引起跳閘停電的事故。因此，變壓器運行規程（DL／T 572）規定：壓力釋放閥接點宜作用于信號。但當壓力釋放閥動作而變壓器不跳閘時，將引發變壓器缺油運行而導致故障擴大。因此，可采用雙浮子的瓦斯繼電器和速動油壓繼電器與之相配合來保護變壓器。

壓力釋放閥動作反映的物理量是壓力，宜作用于信號。其動作原因是變壓器內部壓力升高、嚴重的匝間短路及對地短路。

3 速動油壓繼電器保護裝置

速動油壓繼電器是感應特定故障下油箱內部壓力的瞬時升高，根據油箱內由于事故造成的動態壓力增長來動作的。當變壓器出現故障，油箱內的壓力快速升高，壓力升高到繼電器的動作值時，繼電器的壓力開關動作，使變壓器停止運行。雖然這種保護動作速度比壓力釋放閥要快很多，但不能將油箱中的壓力全部釋放出來。

在對速動油壓繼電器的保護參數進行設定時，為減少保護參數重復出現而導致誤動，選擇的保護參數是變壓器油箱出現故障時壓力上升的速率（簡稱為壓速率），當壓速率不相同時，速動油壓繼電器的響應時間也不同。如果壓速率較高，則繼電器所需的響應時間較短，反之需要的時間會較長，這樣就實現了動態保護與監測［4］。如變壓器油箱具有的壓速率為15 kPa／ms時，該繼電器檢測到這一速率后動作所需時間不超過1.6 ms；當壓速率為10 kPa／ms時，該繼電器檢測到這一速率后動作所需時間不超過2.5 ms，而壓力釋放閥開啟所需時間為2 ms，比繼電器動作時間快0.5 ms。變壓器發生故障時，如壓速率小于壓力釋放閥保護范圍的臨界值，繼電器動作時間將小于壓力釋放閥開啟的時間，此時由壓力釋放閥動起保護變壓器的作用。如果壓速率達到15 kPa／ms，這時壓速率遠超壓力釋放閥具有的泄壓能力，將對油箱產生威脅［5］。如果在變壓器上安裝速動油壓繼電器，當該繼電器檢測到壓速率后，將在壓力釋放器開啟之前使變壓器退出運行，保護油箱不被破壞。

4 結束語

近年來，大量高電壓大容量的變壓器進入城市中心，由于城市供電的特殊性，對這些變壓器安全性的要求越來越高，為有效解決變壓器因為內部放電、鐵芯多點接地、嚴重的匝間短路、對地短路、內部壓力升高、內部壓力瞬時升高給變壓器安全帶來的損害，可將上述3種非電量保護裝置有效配合，可大大降低變壓器損壞程度。

［1］ 陳洪海.大型電力變壓器的非電量保護簡介［J］.電力系統裝備，2005，49（7）：84－85.

［2］ 陳化鋼，李天元.大型電力變壓器瓦斯保護分析［J］.東北電力技術，1994，15（9）：22－26.

［3］ 戴國友.大型電力變壓器的非電量保護運行的討論［J］.廣西電業，2003，12（5）：72－73.

［4］ 李沛業.變壓器的故障檢測及分析［J］.東北電力技術，2004，25（8）：36－39.

［5］ 周佩娟，霍 光，王 煒.110 kV及以上變壓器的非電量保護及整定原則［J］.河北電力技術，2005，24（2）：29－30.

Analysis on Non－electricity Protection of Power Transformer

CHEN Hao1，ZHANG Lu2，GUO Tie1
（1.Electric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China；2.Liaoning Electric Power Construction Supervision Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110003，China）

In this paper，protection principle and scope of three kinds of non－electricity protection device are introduced.The interac?tion between three kinds of non－electricity protection devices can control transformer fault in the allowed range，it can effectively pro?tect transformer，avoid accident and reduce losses.

Power transformer；Non－electricity protection device；Pressure relief valve protection device；Quick oil pressure relay protection device

TM411

A

1004－7913（2016）04－0053－03

陳 浩（1987—），男，碩士，工程師，從事變壓器技術管理和科研工作。

2016－03－13）