電力變壓器的故障

電力變壓器是電力系統中大量使用的重要電氣設備，它的安全運行是電力系統可靠工作的必要條件。
電力變壓器有別于發電機，它無旋轉部件，是一種靜止的電氣設備，結構比較簡單，運行可靠性高，發生故障的機會相對較少。但是，變壓器是連續運行的，停電機會很少，而且絕大部分安裝在室外，受自然環境影響較大。另外，變壓器時刻受到外接負荷的影響，特別是受電力系統短路故障的威脅較大。因此，電力變壓器在運行中，仍然可能發生各種類型的故障或出現不正常的工作狀態。它的故障對電力系統的安全連續運行會帶來嚴重影響，特別是大容量變壓器的損壞，對系統的影響更為嚴重。因此，考慮到變壓器在電力系統中的重要地位及其故障和不正常工作狀態可能造成的嚴重后果，必須根據電力變壓器容量和重要程度裝設相應的繼電保護裝置。
電力變壓器的故障通常可分為油箱內部故障和油箱外部故障。油箱內部故障主要是指發生在變壓器油箱內包括高壓側或低壓側繞組的相間短路、匝間短路、中性點直接接地系統側繞組的單相接地短路。變壓器油箱內部故障是很危險的，因為故障點的電弧不僅會損壞繞組絕緣與鐵心，而且會使絕緣物質和變壓器油劇烈汽化，由此可能引起油箱的爆炸。所以，繼電保護應盡可能快地切除這些故障。油箱外部故障最常見的主要是變壓器繞組引出線和套管上發生的相間短路和接地短路（直接接地系統）。
變壓器的不正常工作狀態主要有過負荷、外部短路引起的過電流、外部接地短路引起的中性點過電壓、油箱漏油引起的油面降低或冷卻系統故障引起的溫度升高等。此外，大容量變壓器，由于其額定工作磁通密度較高，工作磁密與電壓頻率比成正比例，在過電壓或低頻率下運行時，可能引起變壓器的過勵磁故障等。
變壓器繼電保護的任務就是反應上述故障或異常運行狀態，并通過斷路器切除故障變壓器，或發出信號告知運行人員采取措施消除異常運行狀態。同時，變壓器保護還應能用作相鄰電器元件的后備保護。
針對上述各種故障與不正常工作狀態，變壓器應裝設下列繼電保護：
1）反應變壓器油箱內部各種故障和油面降低的瓦斯保護。0.8MVA及以上油浸式變壓器和0.4MVA及以上車間內油浸式變壓器，均應裝設瓦斯保護。當油箱內故障產生輕微瓦斯或油面下降時，應瞬時動作于信號；當產生大量瓦斯時，應動作于斷開變壓器各側斷路器。
帶負荷調壓的油浸式變壓器的調壓裝置，亦應裝設瓦斯保護。
2）反應變壓器引出線、套管及內部短路故障的縱聯差動保護或電流速斷保護。保護瞬時動作于斷開變壓器的各側斷路器。
①對 6.3MVA以下廠用變壓器和并列運行的變壓器，以及10MVA以下廠用備用變壓器和單獨運行的變壓器，當后備保護時間大于0.5s時，應裝設電流速斷保護。
②對6.3MVA及以上廠用工作變壓器和并列運行的變壓器，10MVA及以上廠用備用變壓器和單獨運行的變壓器，以及2MVA及以上用電流速斷保護靈敏性不符合要求的變壓器，應裝設縱聯差動保護。
③對高壓側電壓為330kV及以上變壓器，可裝設雙重縱聯差動保護。
④對于發電機變壓器組，當發電機與變壓器之間有斷路器時，發電機裝設單獨的縱聯差動保護。當發電機與變壓器之間沒有斷路器時，100MVA及以下發電機與變壓器組共用縱聯差動保護；100MVA以上發電機。除發電機變壓器共用縱聯差動保護外，發電機還應單獨裝設縱聯差動保護。對 200~300MVA的發電機變壓器組亦可在變壓器上增設單獨的縱聯差動保護，即采用雙重快速保護。
3）反應變壓器外部相間短路并作瓦斯保護和縱聯差動保護（或電流速斷保護）后備的過電流保護、低電壓起動的過電流保護、復合電壓起動的過電流保護、負序電流保護和阻抗保護，保護動作后應帶時限動作于跳閘。
①過電流保護宜用于降壓變壓器。
②復合電壓起動的過電流保護，宜用于升壓變壓器、系統聯絡變壓器和過電流保護不滿足靈敏性要求的降壓變壓器。
③負序電流和單相式低電壓起動過電流保護，可用于63MVA及以上升壓變壓器。
④當采用上述2）、3）的保護不能滿足靈敏性和選擇性要求時，可采用阻抗保護。
4）反應大接地電流系統中變壓器外部接地短路的零序電流保護。110kV及以上大接地電流系統中，如果變壓器中性點可能接地運行，對于兩側或三側電源的升壓變壓器或降壓變壓器應裝設零序電流保護，作變壓器主保護的后備保護，并作為相鄰元件的后備保護。
5）反應變壓器對稱過負荷的過負荷保護。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。對自耦變壓器和多繞組變壓器，保護裝置應能反應公共繞組及各側過負荷的情況。過負荷保護應接于一相電流上，帶時限動作于信號。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。
6）反應變壓器過勵磁的過勵磁保護。現代大型變壓器的額定磁密近于飽和磁密，頻率降低或電壓升高時容易引起變壓器過勵磁，導致鐵心飽和，勵磁電流劇增，鐵心溫度上升，嚴重過熱會使變壓器絕緣劣化，壽命降低，最終造成變壓器損壞。因此，高壓側為500kV的變壓器宜裝設過勵磁保護 。