08.07 變壓器故障類型及差動保護原理

在電力系統中廣泛地用變壓器來升高或降低電壓。變壓器是電力系統不可缺少的重要氣設備。它的故障將對供電可靠性和系統安全運行帶來嚴重的影響,同時大容量的電力變壓器也是十分貴重的設備。因此應根據變壓器容量等級和重要程度裝設性能良好、動作可靠的繼電保護裝置。

變壓器的故障可以分為油箱外和油箱內兩種故障。

油箱外的故障,主要是套管和引出線上發生相間短路以及接地短路。油箱內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燒損等。油箱內故障時產生的電弧,不僅會損壞繞組的絕緣、燒燬鐵芯,而且由於絕緣材料和變壓器油因受熱分解而產生大量的氣體,有可能引起變壓器油箱的爆炸。對於變壓器發生的各種故障,保護裝置應能儘快地將變壓器切除。

實踐表明,變壓器套管和引出線上的相間短路、接地短路、繞組的匝間短路是比較常見的故障形式;而變壓器油箱內發生相間短路的情況比較少。

變壓器的不正常運行狀態主要有:變壓器外部短路引起的過電流、負荷長時間超過額定容量引起的過負荷,風扇故障或漏油等原因引起冷卻能力的下降等。這些不正常運行狀態會使繞組和鐵芯過熱。

此外,對於中性點不接地運行的星形接線變壓器,外部接地短路時有可能造成變壓器中性點過電壓,威脅變壓器的絕緣;大容量變壓器在過電壓或低頻率等異常運行工況下會使變壓器過勵磁,引起鐵芯和其他金屬構件的過熱。變壓器處於不正常運行狀態時,繼電保護應根據其嚴重程度,發出告警信號,使運行人員及時發現並採取相應的措施,以確保變壓器的安全。

一、變壓器裝設的保護

（1）瓦斯保護:防禦油箱內故障及油麵的降低。

（2）差動保護或電流速斷保護:防禦變壓器繞組套管及引出線上的故障(電流速斷保護般用於10000kVA以下的變壓器）。

（3）過電流保護:防禦外部相間短路(作為瓦斯保護和差動保護的後備保護)。

（4）零序電流保護防禦外部接地短路引起的過電流(對中性點直接地的電網內）。

二、變壓器差動保護的原理

為了更形象的瞭解變壓器差動保護原理，就如同下圖，當左F左≠F右時所受的力的和不為零，木塊不平衡，當F左=右木塊所受的力的合力為零，木塊是平衡靜止的。

差動保護是利用基爾霍夫電流定律中“在任意時刻，對電路中的任一節點，流經該節點的電流代數和恆為零”的原理工作的。差動保護把被保護的變壓器看成是一個接點，在變壓器的各側均裝設電流互感器，把變壓器各側電流互感器副邊按差接線法接線，即各側電流互感器的同極性端都朝向母線側，將同極性端子相連，並聯接入差動繼電器。

在繼電器線圈中流過的電流是各側電流互感器的副邊電流之差，也就是說差動繼電器是接在差動迴路的;從理論上講，正常情況下或被保護區域外故障時，流入變壓器的電流和流出的電流(折算後的電流)相等，差動迴路中的電流為零。（要使主變高低壓測電流互感器二次側電流值一致，必須選擇不同變比的電流互感。）但因各種因素流過差動迴路中存在不平衡電流，所以差動保護動作啟動電流值需計算整定。當差動電流大於差動保護裝置的整定值時，保護動作，將被保護變壓器的各側斷路器跳開，使故障變壓器斷開電源。

產生變壓器不平衡電流有以下幾個重要的原因：

1、由變壓器勵磁湧流Ily所產生的不平衡電流；

2、由於變壓器兩側電流相位不同而產生的不平衡電流；

3、由計算變比與實際變比不同而產生的不平衡電流；

4、由兩側電流互感器型號不同而產生的不平衡電流；

5、由變壓器帶負荷調整分接頭而產生的不平衡電流。