淺談電力系統中變壓器的幾種常見故障及保護

戴明科

（河源市道潤電力工程設計咨詢有限公司 廣東河源 517000）

淺談電力系統中變壓器的幾種常見故障及保護

戴明科

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變壓器是電力系統中十分重要的供電設備。它的故障將對供電可靠性和系統的正常運行帶來嚴重的影響。現代生產的變壓器，雖然結構可靠，故障機會較少，但在實際運行中，仍有可能發生各種類型故障，同時大容量的變壓器又是十分重的設備，因此，為了保證電力系統安全連續地運行，并將故障對電力系統的影響限制到最小范圍，必須熟悉變壓器的幾種常見故障及保護。本文主要介紹了變壓器的常見故障，闡述了幾種常見的變壓器保護。

電力系統；變壓器；故障；保護

引言

變壓器的幾種常見故障包括線圈相間短路、接地短路、線圈層間短路、匝間短路以及鐵芯的燒損等，變壓器的幾種常見保護有瓦斯保護、縱聯差動保護、過流保護、過負荷保護、零序電流保護、過勵磁保護等。

1 變壓器的幾種常見故障

變壓器的故障可分為內部故障和外部故障兩種。內部故障即變壓器油箱內部所發生的故障，包括線圈的相間短路、接地短路、線圈層間短路、匝間短路以及鐵芯的燒損等，對變壓器來講，這些故障是十分危險的，因為油箱內故障時產生的電弧，將其絕緣物質劇烈氣化，可以引起爆炸，因此，這些故障應該盡快切除。外部故障即變壓器油箱外所發生的故障，主要是絕緣套管和引出線發生相間短路和接地短路，容易使低壓繞組、高壓繞組、鐵芯和夾件發生變形。

1.1 變壓器的內部故障及危害

指變壓器油箱里面發生的各種主要故障及危害。

（1）變壓器內部故障的主要類型：變壓器內部單相繞組部分線匝之間的匝間短路；變壓器內部各相繞組之間的相間短路；變壓器內部引出線通過外殼或單相繞組之間發生的單相接地故障。

（2）變壓器內部故障的危害：因為變壓器內部的短路電流會產生高溫電弧不僅會使變壓器油和部分絕緣材料受熱分解產生大量的熱氣，使變壓器的外殼產生變形，還會燒壞變壓器內部的鐵芯和繞組絕緣，甚至有可能導致變壓器郵箱爆炸。因此當變壓器內部發生嚴重故障時，必須迅速將變壓器切除。

1.2 變壓器外部的故障及危害

變壓器外部的故障主要是指油箱外部的絕緣套管及其引出線上發生的各種主要故障及危害。

（1）主要故障類型：變壓器的絕緣套管閃絡或破碎而發生的單相接地（通過外殼）短路；變壓器外部的引出線之間發生的相間短路。

（2）變壓器外部故障的危害：容易使低壓繞組、高壓繞組、鐵芯和夾件發生變形。

2 變壓器的幾種常見保護

變壓器的幾種常見保護有瓦斯保護、縱聯差動保護、過流保護、過負荷保護、零序電流保護、過勵磁保護等。

2.1 變壓器瓦斯保護

瓦斯保護是指變壓器發生內部短路（包括匝間短路），但是短路電流達不到電流保護定值時，而使被保護變壓器直接跳閘的一種保護。它屬于變壓器的主保護，正常運行中不能解除。變壓器按照瓦斯繼電器的動作壓力分為輕重兩種情況，重瓦斯動作于跳閘，輕瓦斯根據情況可動作于跳閘，也可動作于信號。

瓦斯保護動作機理是由于內部短路產生電弧，電弧將擊穿絕緣油，產生瓦斯氣體。因此，瓦斯保護對于油浸式變壓器來說是有意義的；對于干式變壓器，根本沒有絕緣油的存在，談不上瓦斯保護。但是對于干式變壓器，需要加強的是溫度保護，以確保變壓器線圈絕緣狀況，因此干式變壓器一般設置了兩個層次的溫度保護：低溫報警、高溫跳閘，具體溫度值的設定可根據變壓器廠家的說明來進行。對于油浸式變壓器，也有溫度保護，但大多數是采用帶電接點的溫度計來實現的，信號也只是動作于報警，精度較差。干式變壓器的溫度保護直接采用埋在線圈內部的測量元件來實現，通過測溫裝置不但可以輸出報警或者跳閘信號，還可以通過數字表指示出當前溫度，精度要高得多。

2.2 變壓器縱聯差動保護

瓦斯保護雖然可以快速而靈敏地反應變壓器的各種故障，但卻不能保護套管和引出線等油箱外部的故障，因此，在容量較大的電力變壓器上，幾乎毫無例外地都裝有縱差動保護。縱差動保護和瓦斯保護均屬于變壓器的主保護，它們配合使用能讓變壓器的性能更加全面、更為完善。

變壓器縱聯差動保護在正常運行和外部故障時，理想情況下，流入差動繼電器的電流等于零。但實際上由于變壓器的勵磁電流、接線方式和電流互感器誤差等因素的影響，變壓器差動保護的不平衡電流遠比發電機差動保護的大，變壓器差動保護需要解決的主要問題是采取各種措施避開不平衡電流的影響，在滿足選擇性的條件下，還要保證在內部故障時有足夠的靈敏系數和速動性。

采用差動繼電器作保護的測量元件，用來比較被保護元件各端電流的大小和相位之差，從而判斷保護區內是否發生短路。

2.3 變壓器過流保護

過電流保護為外部及內部相間故障的后備保護，在高、中、低壓三側分別裝設。35kV側的過流保護有兩套：①帶方向元件的，采用了兩相不完全星形接線，為外部短路的后備保護；②不帶方向元件的，采用兩相三繼電器式接線，為內部短路時的后備保護；它們共用了一套復合電壓起動元件。全部保護由復合電壓元件，電流繼電器、中間繼電器、功率方向繼電器以及時間繼電器和信號繼電器等組成。當在35kV側母線或引出線上發生相間短路時，帶方向元件的過流保護動作，使時間繼電器動作，以較小的時限斷開35kV的母聯短路器。如果故障仍然存在，則以較長的時限斷開35kV側斷路器的2DL。當在變壓器內部發生故障時，帶方向元件的變保護出口繼電器BCJ將三側短路器全部切除。6～10kV側的過流保護采用兩相不完全星形接線，由電流繼電器、時間繼電器及信號繼電器組成。保護設有兩段時限，以較小的時限使6～10kV母線分段斷路器跳閘，以較長時限跳開變壓器6～10kV側斷路器的3DL。

2.4 變壓器過負荷保護

變壓器的過負荷電流，在大多數情況下，都是三相對稱的，故過負荷保護只要接入一相電流，電流繼電器來實現并進過一定的延時作用于信號。對于400kVA及以上的變壓器，當臺數并列運行或單獨運行并作為其他負荷的備用電源時，應根據可能過負荷的情況裝設過負荷保護。在無經常值班人員的變電所，必要時過負荷保護可動作于跳閘或斷開部分負荷。

2.5 變壓器零序電流保護

利用接地時產生的零序電流使保護動作的裝置，叫零序電流保護。將零序電流互感器套地三芯電纜上，電流繼電器接在互感器的二次線圈上，在正常運行或無接地故障時，由于電纜三相電流的向量之和等于零，零序互感器二次線圈的電流也為零（只有很小的不平衡電流），故電流繼電器不動作。當發生接地故障時，零序互感器二次線圈將出現較大的電流，使電流繼電器動作，以便發出信號或切除故障。

2.6 變壓器過勵磁保護

目前在大型變壓器保護設計中，為了減少運輸重量，降低造價，節省材料，鐵心的額定工作磁通密度都設計得較高，約在1.7～1.8T，接近飽和磁密（1.9～2T），因此在過電壓情況下，很容易產生過勵磁。其次由于勵磁電流是非正弦波，含有許多高次諧波分量，而鐵心和其他金屬構件的渦流損耗與頻率的平方成正比，可能使變壓器損壞。因此，高壓側為500kV的變壓器宜裝設過勵磁保護。

3 結語

可以預見，隨著新原理、新技術的不斷發展和應用，變壓器故障的幾率會越來越小，變壓器保護的功能將越來越完善，變壓器運行的可靠性也將越來越可靠。

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1004-7344（2016）21-0055-02

2016-7-9