電力變壓器故障及異常運(yùn)行方式的相應(yīng)保護(hù)

    按GB50062—92《電力裝置的繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定：對(duì)電力變壓器的下列故障及異常運(yùn)行方式，應(yīng)裝設(shè)相應(yīng)的保護(hù)裝置：

    （1）繞組及其引出線的相間短路和在中性點(diǎn)直接接地側(cè)的單相接地短路；

    （2）繞組的匝間短路；

    （3）外部相間短路引過的過電流；

    （4）中性點(diǎn)直接接地電力網(wǎng)中外部接地短路引起的過電流及中性點(diǎn)過電壓；

    （5）過負(fù)荷；

    （6）油面降低；

    （7）變壓器溫度升高或油箱壓力升高或冷卻系統(tǒng)故障。

    對(duì)于高壓側(cè)為6～10KV的車間變電所主變壓器來說，通常裝設(shè)有帶時(shí)限的過電流保護(hù)；如過電流保護(hù)動(dòng)作時(shí)間大于0.5～0.7s時(shí)，還應(yīng)裝設(shè)電流速斷保護(hù)。容量在800KV•A及以上的油浸式變壓器和400KV•A及以上的車間內(nèi)油浸式變壓器，按規(guī)定應(yīng)裝設(shè)瓦斯保護(hù)（又稱氣體繼電保護(hù)）。容量在400KV•A及以上的變壓器，當(dāng)數(shù)臺(tái)并列運(yùn)行或單臺(tái)運(yùn)行并作為其它負(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)。過負(fù)荷保護(hù)及瓦斯保護(hù)在輕微故障時(shí)（通稱“輕瓦斯”），動(dòng)作于信號(hào)，而其它保護(hù)包括瓦斯保護(hù)在嚴(yán)重故障時(shí)（通稱“重瓦斯”），一般均動(dòng)作于跳閘。

    對(duì)于高壓側(cè)為35KV及以上的工廠總降壓變電所主變壓器來說，也應(yīng)裝設(shè)過電流保護(hù)、電流速斷保護(hù)和瓦斯保護(hù)；在有可能過負(fù)荷時(shí)，也需裝設(shè)過負(fù)荷保護(hù)。但是如果單臺(tái)運(yùn)行的變壓器容量在10000KV•A及以上和并列運(yùn)行的變壓器每臺(tái)容量在6300KV•A及以上時(shí)，則要求裝設(shè)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)來取代電流速斷保護(hù)。

    在本設(shè)計(jì)中，根據(jù)要求需裝設(shè)過電流保護(hù)、電流速斷保護(hù)、過負(fù)荷保護(hù)和瓦斯保護(hù)。對(duì)于由外部相間短路引起的過電流，保護(hù)應(yīng)裝于下列各側(cè)：

    1）、對(duì)于雙線圈變壓器，裝于主電源側(cè)

    2）、對(duì)三線圈變壓器，一般裝于主電源的保護(hù)應(yīng)帶兩段時(shí)限，以較小的時(shí)限斷開未裝保護(hù)的斷路器。當(dāng)以上方式滿足靈敏性要求時(shí)，則允許在各側(cè)裝設(shè)保護(hù)。各側(cè)保護(hù)應(yīng)根據(jù)選擇性的要求裝設(shè)方向元件。

    3）、對(duì)于供電給分開運(yùn)行的母線段的降壓變壓器，除在電源側(cè)裝設(shè)保護(hù)外，還應(yīng)在每個(gè)供電支路上裝設(shè)保護(hù)。

    4）、除主電源側(cè)外，其他各側(cè)保護(hù)只要求作為相鄰元件的后備保護(hù)，而不要求作為變壓器內(nèi)部故障的后備保護(hù)。

    5）、保護(hù)裝置對(duì)各側(cè)母線的各類短路應(yīng)具有足夠的靈敏性。相鄰線路由變壓器作遠(yuǎn)后備時(shí)，一般要求對(duì)線路不對(duì)稱短路具有足夠的靈敏性。相鄰線路大量瓦斯時(shí)，一般動(dòng)作于斷開的各側(cè)斷路器。如變壓器高采用遠(yuǎn)后備時(shí)，不作具體規(guī)定。

    6）、對(duì)某些稀有的故障類型（例如110KV及其以上電力網(wǎng)的三相短路）允許保護(hù)裝置無選擇性動(dòng)作。

    差動(dòng)保護(hù)

    變壓器差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作電流應(yīng)滿足以下三個(gè)條件

    應(yīng)躲過變壓器差動(dòng)保護(hù)區(qū)外出現(xiàn)的最大短路不平衡電流

    應(yīng)躲過變壓器的勵(lì)磁涌流

    在電流互感器二次回路端線且變壓器處于最大符合時(shí)，差動(dòng)保護(hù)不應(yīng)動(dòng)作

    變壓器的過電流保護(hù)

    1.過電流保護(hù)動(dòng)作電流的整定

    IL.max =2×5700/(√3×60)A = 109.7A

    取Krel = 1.3 , Ki = 150/5 = 30 , KW = 1 , Kre = 0.8

    因此

    Iop = Krel×KW×IL.max/(Kr×eKi) = 1.3×1×109.7A/(0.8×30) =5.94A

    故動(dòng)作電流整定為6A。

    2．保護(hù)動(dòng)作時(shí)間

    t〈=t1-△t=2-0.5=1.5S

    3.變壓器過電流保護(hù)的靈敏度

    Ik.max = 0.866×7.02×1000× 10/60= 1037A

    則：

    Sp = KW×Ik.min/(Ki×Iop) = 1×1037/(6×30) = 5.761>1.5

    滿足保護(hù)靈敏度的要求

    4．結(jié)線圖

    四、變壓器的過負(fù)荷保護(hù)

    過負(fù)荷保護(hù)動(dòng)作電流的整定

    IOP(OL) = 1.3I1N.T/Ki = 1.3×104/40A = 3A

    動(dòng)作時(shí)間取10～15s

    五、變壓器的瓦斯保護(hù)

    瓦斯保護(hù)，又稱氣體繼電保護(hù)，是保護(hù)油浸式電力變壓器內(nèi)部故障的一種基本的保護(hù)裝置。按GB50062—92規(guī)定，800KV•A及以上的一般油浸式變壓器和400KV•A及以上的車間內(nèi)油浸式變壓器，均應(yīng)裝設(shè)瓦斯保護(hù)。

    瓦斯保護(hù)的主要元件是氣體繼電器。它裝設(shè)在變壓器的油箱與油枕之間的聯(lián)通管上。為了使油箱內(nèi)產(chǎn)生的氣體能夠順暢地通過氣體繼電器排往油枕，變壓器安裝應(yīng)取1%～1.5%的傾斜度；而變壓器在制造時(shí)，聯(lián)通管對(duì)油箱頂蓋也有 2%～4%的傾斜度。

    當(dāng)變壓器油箱內(nèi)部發(fā)生輕微故障時(shí)，由故障產(chǎn)生的少量氣體慢慢升起，進(jìn)入氣體繼電器的容器，并由上而下地排除其中的油，使油面下降，上油杯因其中盛有殘余的油而使其力矩大于另一端平衡錘的力矩而降落。這時(shí)上觸點(diǎn)接通而接通信號(hào)回路，發(fā)出音響和燈光信號(hào)，這稱之為“輕瓦斯動(dòng)作”。

    當(dāng)變壓器油箱內(nèi)部發(fā)生嚴(yán)重故障時(shí)，由故障產(chǎn)生的氣體很多，帶動(dòng)油流迅猛地由變壓器油箱通過聯(lián)通管進(jìn)入油枕。這大量的油氣混合體在經(jīng)過氣體繼電器時(shí)，沖擊擋板，使下油杯下降。這時(shí)下觸點(diǎn)接通跳閘回路（通過中間繼電器），同時(shí)發(fā)出音響和燈光信號(hào)（通過信號(hào)繼電器），這稱之為“重瓦斯動(dòng)作”。

    如果變壓器油箱漏油，使得氣體繼電器內(nèi)的油也慢慢流盡。先是繼電器的上油杯下降，發(fā)出報(bào)警信號(hào)，接著繼電器內(nèi)的下油杯下降，使斷路器跳閘，同時(shí)發(fā)出跳閘信號(hào)。 ■