变压器是电力系统中十分重要的供电设备, 它的故障将对供电可靠性和系统的正常运行带来严重的影响。同时大容量的电力变压器也是十分贵重的元件, 因此必须根据变压器的容量和重要程度装设性能良好、工作可靠的继电保护装置。
(1) 芯体发生故障:各部分绝缘老化;绕组层间、匝间发生短路;铜线质量不好形成局部过热;线圈绝缘受潮;系统短路使绕组造成的机械损伤;冲击电流造成的机械损伤等。
(2) 变压器油故障:绝缘油因高温运行而氧化, 吸收空气中的水分造成电气绝缘性能下降;油泥沉积阻塞油道使散热性能变坏;油绝缘降低造成闪络放电等。
(3) 磁路故障:芯体绝缘老化;穿芯螺丝或扼夹件碰接铁芯;压铁松动引起电磁铁振动和噪声;铁芯接地不良形成间歇性静电放电;铁芯安装不良造成空洞声;芯片叠装不良造成铁损增加等。
(4) 结构方面故障:分接头接触不良而局部过热;分接头之间因油泥造成相间短路或表面闪络;油箱漏油;油温指示失灵;防爆管故障使油受潮等。
(1) 由于变压器外部相间短路引起的过电流和外部接地短路引起的过电流和中性点过电压。
(2) 由于负荷超过额定容量引起的过负荷。
(3) 由于漏油等原因引起的油面降低。
(4) 由于变压器额定工作时的磁通密度相当接近于铁心的饱和磁通密度, 因此在过电压的作用下, 还会发生变压器的过励磁故障。
对于高压侧为10k V的变电所主变压器来说, 通常装设有过电流保护、电流速断保护, 如过电流保护的动作时间不大于0.5s, 可不装设电流速断保护。容量在800k VA及以上的油器浸式变压器如安装, 容量在400k VA及以上时, 还需装设气体保护即瓦斯保护。下面仅就变压器的常见的瓦斯保护、定时限过电流保护、电流速断保护做以简要介绍。
变压器的瓦斯保护是大中型变压器不可缺少的安全保护。变压器局部发生击穿或短路故障时, 常常是破坏绝缘或变压器油产生气体。监视气体发生的速度, 分析气体的各种特征及成分, 可以间接地推测故障发生原因、部位和严重程度, 在变压器出现突然性严重故障时自动报警或切断电源。瓦斯保护分为两种:一是轻瓦斯保护动作于信号, 另一种是重瓦斯保护动作于断路器跳闸。
轻瓦斯保护动作, 通常有下列原因:
(1) 因进行滤油、加油和启动强油循环装置而使空气进入变压器。
(2) 因温度下降或漏油致使油面缓慢低落。
(3) 因变压器轻微故障而产生少量气体。
(4) 因直流回路绝缘破坏或接点劣坏引起误动作。
引起重瓦斯保护动作跳闸的原因, 可能是由于变压器内部发生严重故障, 油面别烈下降或保护装置二次回路故障, 在某种情况下, 如检修后油中空气分离的太快, 可能导致瓦斯保护动作于跳闸。发生瓦斯信号后, 首先应检查瓦斯继电器动作的原因, 如不是上述原因造成的, 则应立即收集瓦斯继电器的气体, 并根据气体的多少、颜色、是否可燃等判断其故障性质。重瓦斯保护动作时, 若判明是内部故障, 应向上级汇报并取油样化验, 进行色谱分析检查油的闪点。若油的闪点比过去降低Ⅴ度以上, 则说明变压器内部有故障, 必须停下处理, 严禁冒燃送电。
变压器的定时限过电流保护是指起动电流按照躲开最大负荷电流来整定的一种保护。它在正常运行时不动作, 而在有故障时, 则反应电流的增大而动作。
当变压器由于定时限过电流保护动作跳闸时, 首先应解除音响, 然后详细检查有无越级跳闸的可能, 检查各出线断路器的保护装置的动作情况, 如查明是因出线故障引起的越级跳闸, 则应拉开该出线断路器, 将变压器投入, 并恢复向其余各线路送电;若查不出明显故障征象时, 则变压器可在空载的情况下试投一次, 正常后再逐路恢复送电, 若检查发现变压器本体有明显的故障迹象时, 在解除故障前严禁合闸送电。
在满足供电系统稳定性, 用户供电可靠性条件下, 总希望在故障发生瞬间, 保护能迅速动作, 电流速断保护就是反应于增大而瞬间动作的一种保护。它的主要优点是简单可靠, 动作迅速。当变压器的速断保护动作于跳闸时, 如有备用变压器, 应首先将备用变压器投入, 然后对速断保护范围内各部分进行检查:检查变压器套管是否完整, 连接变压器的母线上是否有闪络的痕迹。另一方面检查电缆头是否有损伤, 电缆是否有移动的现象。若检查结果没有上述现象, 则应查明变压器内部是否有故障。当变压器内部有损伤时, 则不允许将变压器合闸送电。
在供电中变压器保护继电器的选择和整定值计算准确与否, 不仅对电网的安全、可靠运行, 而且对如企业的正常生产都有不可忽视的影响。因此, 在选择这些保护继电器并在确定其整定值时, 除要考虑与电网保护的选择性要求和变压器的正常过负荷外, 还要考虑在最大负荷情况下, 起动较大容量电动机时, 其起动电流不至于引起保护误动作。下面主要介绍变压器的速断保护。
变压器电流速断保护的作用, 是防止被保护范围内发生金属性单相或多相短路时产生过电流长时间冲击而引起故障点故障的扩大, 并波及故障线路及其设备。因此, 一般都是作用于断路器跳闸, 以便迅速切断故障点电源。变压器电流速断保护跳闸分为t=0s速断跳闸和t=0.5s延时速断跳闸两种形式。实践证明, 采用延时速断保护跳闸具有明显的优越性。
常用的继电器有两种: (1) DL型电磁式电流继电器; (2) GL型感应式电流继电器。如变压器负荷中没有较大容量的电动机, 此时可采用延时速断过流保护。为改善动作特性, 一般多采用DL型电磁式电流继电器, 另增加时间继电器以获得保护的时限;反之, 如变压器负载中具有较大容量的电动机负荷, 此时宜采用GL型感应式电流继电器, 一方面可利用其瞬时动作元件满足电流速断保护要求, 另一方面利用其延时动作元件的反时限部分, 以躲过电动机的起动电流, 满足变压器过负荷要求。机型感应式电流继电器能简化线路接线, 但却增加了调校的难度, 并且其动作特性不如DL型电磁式继电器。
电流速断保护的整定值计算原则是, 一方面要满足系统保护的选择性要求, 在继电器保护区域内发生短路故障时, 能快速、准确切出故障点元;另一方面要能躲过较大容量电动机起动时的起动电流和其他原因引起的瞬间过负荷。一般情况下, 能满足前者的要求已能满足后者的要求。为减轻计算工作量, 确保定值的准确性和实用性, 根据多年经验, 使用了一种更为简单的计算方法。
因为变压器负荷中无大容量电动机, 负荷较平稳, 此时继电器一次动作电流的保护整定值。
式中:Ke——可靠系数, 取1.2~1.5;
KH——继电器可靠系数, DL型继电器取1.4~1.6;GL型继电器取1.8~2.0;
I1——变压器一次测计算电流, 一般取1.5~2.0倍变压器额定电流。
由于变压器负荷具有较大容量电动机, 因此必须考虑电动机起动时产生较大的起动电力对继电器运行的影响。根据前面的计算式, 则有:
式中:Imax——电动机起动前变压器拥有的最大负荷电流;
Ist——电动机起动电流。
为此, 整定值的计算则决定于Imax、Ist两个电流取值。一般情况下, Ist可以认为是变压器的最大负荷电流值减去电动机的额定电流值, 而变压器的最大负荷电流可根据负荷计算或观察负荷运行结果取得。对于Ist则可以这样近似选取:
笼型异步电动机: (6~7) IN,
绕线型异步电动机: (4~5) IN,
同步电动机: (3.5~4.5) IN,
减压起动的笼型异步电动机: (3~4) IN。
IN为电动机的额定电流。
根据以上方法计算的保护整定电流值实际上是最低的整定电流值。它在正常运行情况下保护不会动作, 而在发生任何一种短路故障情况下, 均能可靠保护动作。
在整定计算中, Ke/KH和起动电流倍数可按以下原则确定:
Ke是综合考虑的一个安全系数。如较大容量电动机起动次数频繁, 变 (配) 电站系统阻抗较小时应取大值;反之, 取小值。
KH是由继电器特性确定的一个可靠系数, 如变压器经常过负荷, 且较大容量电动机起动时间较长应取大值;反之, 取小值。
电动机起动电流倍数是整定计算中的一个重要因素。一般重载起动电动机取大值;轻载起动电动机取小值。
摘要：本文阐述了10kV供电系统中变压器常见故障、变压器继电器保护类型及其数值的整定。
关键词：10kV变压器,常见的故障,保护措施
[1] 贺家李电力系统继电保护原理M北京:水利电力出版社, 1985.
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