電力變壓器非電氣量保護和中性點間隙保護的分析與探討崔吉峰（山西省電力公司，山西太原030001）辦法和居護措施表1變壓器瓦斯保護定值推薦值表變壓器容量/kVA繼電器型號冷卻方式重瓦斯保護輕瓦斯保定值/m.s-1護定值/m1000及以下Q-50自冷或風(fēng)冷0.71.825（-3001000-7500Q-50自冷或風(fēng)冷0.71.0750010000Q-80自冷或風(fēng)冷0.70l810000-63000Q-80自冷或風(fēng)冷0.1.0100000180000Q-80強迫或自然風(fēng)冷1.（-1.2200000及以上Q-80強迫油循環(huán)風(fēng)冷1.21.3500kV變壓器Q-80強迫油循環(huán)風(fēng)冷1.1.4有載調(diào)壓開關(guān)Q-25自冷1.01.3瓦斯保護使用與維護變壓器非電氣量保護，以其結(jié)構(gòu)簡單、反映故障靈敏、動作快速和維護工作量小等特點，在變壓器保護中占有重要地位例如，變壓器輕瓦斯保護，在發(fā)現(xiàn)變壓器圍屏等局部放電缺陷上具有其它保護不可替代的作甩但在實際使用中，由于缺乏完備、規(guī)范的技術(shù)標準，再加上運行維護重視不夠，暴露出許多問題，不正確動作時有發(fā)生現(xiàn)針對實際使用中存在的問題進行初淺的分析，提出一些解決的辦法和維護措施，以供生產(chǎn)實踐中1變壓器瓦斯保護1.1瓦斯繼電器的安裝瓦斯繼電器安裝時，繼電器的動作方向必須指向變壓器油枕，要切記在變壓器投入運行前，必須打開管道上的閥門。

　　變壓器安裝時，應(yīng)使變壓器頂蓋沿瓦斯繼電器方向有1%~1.5%的升高坡度，以保證油箱內(nèi)產(chǎn)生的瓦斯氣體順暢地流入瓦斯繼電器。目前，有些變壓器生產(chǎn)廠家在制造時，對變壓器箱體結(jié)構(gòu)進行了改造，不再提出坡度要求，所以在現(xiàn)場安置時要嚴格按照廠家要求進行。

　　另外，在變壓器設(shè)計時已經(jīng)考慮了油箱與油枕連接管道的坡度，要求為2%~4%的坡度。在變壓器投運前，對此應(yīng)進行檢測。

　　瓦斯繼電器型號要與變壓器容量及油管管徑相配套，要有防水、防滲措施。

　　1.2瓦斯保護定值的整定學(xué)電機系，高級工程師。

　　瓦斯保護定值的整定原則：在變壓器內(nèi)部異常和故障時，應(yīng)可靠動作。在變壓器正常運行狀態(tài)下，負荷在正常范圍內(nèi)變化和經(jīng)受外部短路電流沖擊時，應(yīng)不誤動油流速度和氣體體積，作為衡量變壓器內(nèi)部異常和故障程度的量值，與變壓器的容量、結(jié)構(gòu)、體積等多種因素有關(guān)，受系統(tǒng)短路容量和現(xiàn)場運行環(huán)境等影響，目前還沒有一個嚴格的計算方法。我國現(xiàn)行的電力變壓器運行規(guī)程和繼電保護運行規(guī)程，根據(jù)現(xiàn)場運行經(jīng)驗，規(guī)定了各種變壓器瓦斯保護的定值整定范圍在現(xiàn)場使用時，應(yīng)根據(jù)變壓器的容量系統(tǒng)的短路水平，結(jié)合變壓器的絕緣狀況，嚴格按照規(guī)格要求進行整定。建議在安裝地點系統(tǒng)短路容量較大和絕緣水平較差（包括老舊變壓器）的變壓器，應(yīng)提高瓦斯保護靈敏度，取下限定值大容量變壓器和系統(tǒng)短路水平較低的情況下，其瓦斯保護的定值取上限各種變壓器瓦斯保護定值的推薦值如表1瓦斯保護作為電力變壓器主保護，應(yīng)嚴格按照繼電保護及安全自動裝置校驗條例進行定期檢驗。瓦斯繼電器的試驗項目應(yīng)包括：機械性能試驗、絕緣耐壓試驗、密封性能檢驗定值校驗。

　　變壓器正常運行時，本體和有載調(diào)壓重瓦斯保護應(yīng)投跳閘，輕瓦斯保護投信號。運行中的變壓器在進行放油、放氣、濾油、補油、換潛油泵或凈油器的吸附劑工作時，重瓦斯保護應(yīng)投信號，工作結(jié)束，必須立即投到跳閘位置新投和大修改造后的變壓器，在充電時必須投入瓦斯保護，并且重瓦斯保護要投在跳閘位置輕瓦斯保護動作后，應(yīng)及時收集瓦斯氣體，并進行化驗分析，以確定變壓器內(nèi)部缺陷的性質(zhì)和嚴重程度重瓦斯保護動作后，應(yīng)對當時的故障錄波圖進行認真分析，結(jié)合變壓器輕瓦斯保護動作情況，以判定是瓦斯保護誤動，還是變壓器內(nèi)部故障如確系瓦斯保護誤動，應(yīng)退出瓦斯保護，進行必要的檢查試驗。

　　用于瓦斯保護的控制電纜，應(yīng)盡量減少中間環(huán)節(jié)，必須轉(zhuǎn)接時，在端子排上要將瓦斯保護的跳閘回路與直流正電源有效隔離，以防運行中因絕緣降低或誤碰等原因，造成保護誤動2變壓器冷卻器全停保護2.1技術(shù)要求大型電力變壓器一般采用強迫油循環(huán)風(fēng)冷冷卻方式，為防止冷卻器全停造成變壓器損壞，現(xiàn)行變壓器運行規(guī)程和電力技術(shù)標準對此類變壓器提出以下要求強迫油循環(huán)的冷卻系統(tǒng)必須有兩個獨立的工作電源，并能自動切換。當工作電源發(fā)生故障時，應(yīng)自動投入備用電源，并發(fā)出音響及燈光信號。

　　強迫油循環(huán)風(fēng)冷變壓器，當冷卻系統(tǒng)故障切除全部冷卻器時，允許帶額定負載運行20min，如20min后頂層油溫尚未達到75C，則允許上升到75°C.在這種情況下，運行的比較長時間不得超過強迫油循環(huán)風(fēng)冷變壓（A級絕緣）頂層油溫一般不應(yīng)大于85C，各類負載狀態(tài)下，變壓器頂層油溫的限值為105°C.強迫油循環(huán)風(fēng)冷變壓器，當切除故障冷卻器時，應(yīng)發(fā)出音響及燈光信號，并自動投入備用冷卻器油浸式變壓器在連續(xù)額定容量穩(wěn)態(tài)下頂層油溫的溫升限值為：油不與大氣直接接觸的變壓器為60K，油與大氣直接接觸的變壓器為55K，繞組的平均溫升為65K 2.2存在的主要問題保護回路不完善，啟動回路未經(jīng)相關(guān)元件把關(guān)，變壓器在輕載或個別保護元件損壞時，誤掉變壓器的事故經(jīng)常發(fā)生。

　　保護動作元件的定值缺乏整定依據(jù)，動作元件的試驗欠規(guī)范現(xiàn)場運行規(guī)程不完善，沒有明確規(guī)定不同情況下，變壓器及冷卻器具體的運行要求2.3改進建議與方案2.3.1對變壓器冷卻器全停保護回路的改進建議運行經(jīng)驗表明：變壓器在滿載或重載情況下，當冷卻器全停時，變壓器溫度將急劇上升，如不加以控制，對變壓器內(nèi)部絕緣將造成威脅變壓器在輕載情況下，當冷卻器全停時，變壓器溫度一般上升不會太快，對變壓器絕緣影響不大，只要上層油溫不超過規(guī)程要求值，變壓器仍可以繼續(xù)運行所以，采用強迫油循環(huán)方式的變壓器，在設(shè)計冷卻器全停保護時，應(yīng)將反映變壓器所帶負載的電源側(cè)電流元件，作為保護啟動回路的判別元件接入回路。具體保護回路見所示。

　　2.3.2電流元件、溫度計和時間繼電器動作值的整定電流元件應(yīng)接于變壓器電源側(cè)套管CT，定值按變壓器80%的額定電流整定溫度接點應(yīng)取反映變壓器上層油溫溫度計的接點，考慮傳感器及溫度計的誤差，一般整定為75C.保護回路中用時間元件的終止接點，1S定值整定為20min，2S定值整定為60min 2.3.3變壓器冷卻器控制回路的設(shè)計要求冷卻器的兩個工作電源應(yīng)從站用電屏I，段母線上取得，并互為備甩控制回路中應(yīng)分別設(shè)置監(jiān)視有無電源的元件，當工作電源消失時，應(yīng)自動切換到備用段電源，并可靠發(fā)出“冷卻器電源故障”預(yù)告信號當兩段電源同時消失時，應(yīng)發(fā)出“電源消失冷卻器全停”信號，并啟動冷卻器全停保護。

　　器故障時，備用冷卻器應(yīng)自動投入運行，并發(fā)出“冷卻器故障備用冷卻器投入”信號。

　　輔助冷卻器應(yīng)在兩種情況下啟動一是變壓器上層油溫達65C時啟動，55C時返回。二是負載電流大于2/3額定負荷電流情況下啟動。

　　2.3.4現(xiàn)場運行規(guī)程中應(yīng)明確的有關(guān)事項在正常周期性負載情況下，變壓器在一個周期內(nèi)（一般指24h）平均相對老化率小于1，當冷卻器均正常運轉(zhuǎn)時，變壓器可以長期運行。但運行中變壓器上層油溫不允許超過105C，大型變壓器（三相額定容量100MVA以上）負載限值為1. 3倍的額定電流，中型變壓器（三相額定容量2500kVA~ 100MVA）負載限值為1.5倍的額定電流。

　　在長期急救周期性負載狀態(tài)下，將導(dǎo)致變壓器的老化加速，但不直接危及變壓器絕緣的安全，變壓器在溫度與過載倍數(shù)不超過規(guī)程要求的情況下，可以運行一段時間。在這種情況下，應(yīng)將全部冷卻器投入運行，盡量降低變壓器的過載倍數(shù)，密切注意變壓器的運行狀態(tài)，并記錄好變壓器的負荷電流，運行溫度和運行時間在短期急救性負載狀態(tài)下，變壓器將嚴重超負載運行，其繞組的熱點溫度可能達到危險的程度在出現(xiàn)這種情況時，除及時投入所有冷卻器外，應(yīng)盡量壓縮變壓器負載減少過載時間，比較長不得超過0. 5h變壓器允許短期急救性負載的大小，與變壓器經(jīng)受急救性負載前的負荷系數(shù)環(huán)境溫度、變壓器容量及過載時間有關(guān)環(huán)境溫度越高、負荷系數(shù)越大、變壓器容量越大過載時間越長，變壓器承受短時急救性負載的能力越弱。變壓器運行規(guī)程中，給出了不同變壓器在承受Q5h短時急救性負載的負載系數(shù)，現(xiàn)場運行中應(yīng)嚴格執(zhí)行。

　　各類負載狀態(tài)下，變壓器頂層油溫限值為105C.在正常運行情況下，強迫油循環(huán)風(fēng)冷變壓器頂層油溫一般不應(yīng)高于85C，自冷和風(fēng)冷變壓器頂層油溫一般不應(yīng)高于95C.當變壓器頂層油溫達到75C時或繞組溫度超過95C，應(yīng)發(fā)出“變壓器溫度過高”預(yù)告信號。

　　在正常情況下，變壓器冷卻器的工作方式，應(yīng)根據(jù)變壓器廠家的要求，結(jié)合變壓器具體運行情況確定。至少應(yīng)保留一組備用、一組輔助冷卻器當變壓器存在嚴重缺陷（如冷卻器不正常嚴重漏油、有局部過熱現(xiàn)象、油樣化驗異常等）或絕緣有弱點時，變壓器不宜超負載運行正常情況下，無人值班變電站的變壓器一般不應(yīng)過載運行。在故障情況下，因負荷轉(zhuǎn)移出現(xiàn)過載現(xiàn)象時，運行人員應(yīng)盡快采取措施限制變壓器負載，防止變壓器長期過載運行3變壓器突發(fā)壓力保護當變壓器內(nèi)部發(fā)生故障時，為快速釋放內(nèi)部壓力，防止變壓器爆炸和減輕變壓器的損壞程度，一般大型變壓器裝設(shè)了突發(fā)壓力保護。

　　變壓器突發(fā)壓力保護的動作過程分兩個階段當變壓器內(nèi)部壓力增大到一定程度時，壓力釋放裝置內(nèi)部的金屬薄膜鼓起，觸動壓力監(jiān)視是中間繼電器動作，發(fā)出“變壓器壓力異常”信號或跳開變壓器各側(cè)開關(guān)當變壓器內(nèi)部故障時，壓力釋放裝置內(nèi)部的金屬薄膜破裂，有效釋放變壓器內(nèi)部壓力。

　　運行實踐表明，當系統(tǒng)發(fā)生故障變壓器經(jīng)受較大沖擊時，壓力監(jiān)視中間繼電器經(jīng)常誤動，為此，提出以下建議變壓器正常運行時，突發(fā)壓力保護應(yīng)投信號當變壓器充電時，突發(fā)壓力保護應(yīng)投跳閘。

　　充電結(jié)束后，應(yīng)及時恢復(fù)到信號位置壓力釋放裝置應(yīng)安裝在變壓器頂部，保證發(fā)生事故時變壓器噴油暢通，并不致噴入電纜溝、母線及其它設(shè)備上，必要時應(yīng)予以遮擋運行中當發(fā)出“變壓器壓力異常”信號后，運行人員應(yīng)立即對變壓器進行檢查當變壓器伴隨有異常響聲、溫度急劇上升等故障信息后，應(yīng)緊急停用變壓器。當變壓器無其它任何異常情況時，應(yīng)檢查變壓器呼吸器是否正常，檢查相關(guān)閥門是否打開。

　　運行中當發(fā)出“變壓器壓力異常”信號并噴油時，應(yīng)立即停運變壓器，進行詳細檢查試驗4變壓器中性點間隙保護110kV及以上的大型變壓器一般分級絕緣設(shè)計，其中性點絕緣水平相對較低，為防止系統(tǒng)發(fā)生接地短路時，因故障點的間歇性弧光過電壓危及系統(tǒng)中不接地變壓器中性點的絕緣，在變壓器中性點與接地點間安裝了放電間隙和中性點過電流電壓保護，統(tǒng)稱為變壓器間隙保護。現(xiàn)就應(yīng)用中的一些具體問題進行初淺的分柝4.1大接地系統(tǒng)造成變壓器中性點過電壓的原因分析在大接地系統(tǒng)中，為限制系統(tǒng)接地故障的短路容量和零序電流水平，以及接地保護本身的需要，通常采用部分變壓器中性點接地的電網(wǎng)運行方式因此，在發(fā)生下列情況下，將引發(fā)不接地變壓器中性點過電壓當局部運行網(wǎng)絡(luò)因某種原因，失去接地中性點時中性點不接地的變壓器（中、低壓側(cè)有電源），當高壓側(cè)斷路器處于斷開狀態(tài)，高壓側(cè)發(fā)生單相接地時單相短路發(fā)生在變壓器或母線保護的動作區(qū)內(nèi)，但各斷路器不同時跳閘時中性點不接地的變壓器并網(wǎng)運行，高壓側(cè)發(fā)生單相短路時，主保護拒動，后備保護僅跳高壓側(cè)斷路器時；或主保護動作，但其它側(cè)斷路器失靈時。

　　在不同故障情況下，變壓器中性點所承受的過電壓數(shù)值也各不相同簡單分析可知：變壓器中性點的過電壓數(shù)值與故障點弧光放電特性接地系數(shù)、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等因素有關(guān)4.2對變壓器間隙保護的基本要求放電間隙的大小應(yīng)保證：在正常存在接地中性點的情況下發(fā)生單相接地故障時，不擊穿。在出現(xiàn)危及中性點絕緣的沖擊電壓或工頻過電壓時，可靠動作。

　　間隙過電流保護：電流定值應(yīng)保證在中性點間隙擊穿放電時可靠動作，一般取放電電流的經(jīng)驗數(shù)據(jù)100A（?次值）動作時間為變壓器可承受過電壓的時間。

　　間隙過電壓保護：電壓定值應(yīng)保證在間隙拒動時，可靠動作動作時間一般取0.5s 4.3變壓器間隙保護的動作狀況分析電網(wǎng)中不接地變壓器中性點絕緣的安全性，與網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部接地點的數(shù)量和位置密切相關(guān)目前，電網(wǎng)中500kV變壓器的中性點一般都接地運行，所以不存在中性點過電壓問題220kV系統(tǒng)的變壓器，在各個站點也均有1臺變壓器的中性點接地運行，盡管存在中性點過電壓問題，但由于220kV系統(tǒng)各元件均裝設(shè)了快速動作的主保護，所以過電壓問題不很嚴重過電壓問題比較突出的是110kV系統(tǒng)，主要原因有以下2點110kV變電站的變壓器除與小型發(fā)電廠相聯(lián)的變壓器外，均按不接地方式運行因此，在發(fā)生故障時，110kV系統(tǒng)易出現(xiàn)無接地點的運行方式部分110kV終端變電站在低壓側(cè)有小容量發(fā)電機組，當主供線路故障掉閘后，出現(xiàn)過電壓現(xiàn)象較為普遍在110kV較長的線路，當末端發(fā)生接地故障時，因保護切除故障時間較長，故障點弧光過電壓直接威脅110kV系統(tǒng)中性點不接地變壓器的安全4.4變壓器間隙保護的運行與維護變壓器中性點放電間隙的擊穿電壓受環(huán)境溫度、濕度、間隙狀況等很多因素影響，動作特性不穩(wěn)定，擊穿電壓的離散性很大，現(xiàn)場運行中應(yīng)做到以下幾點。

　　中性點棒-棒間隙應(yīng)水平布置，棒端應(yīng)為半球型，并進行鍍鋅應(yīng)定期檢測放電間隙的距離尤其在發(fā)生擊穿后，必須進行詳細檢查。

　　為防止變形，便于調(diào)整，棒間隙所用圓鋼的直徑應(yīng)大于14mm，端部應(yīng)留有25mmr50mm的標準螺紋，并在固定端安裝緊固螺拴放電間隙的距離應(yīng)依據(jù)間隙安裝點可能出現(xiàn)的過電壓數(shù)值，結(jié)合變壓器中性點耐壓水平予以確定當變壓器中性點直接接地時，必須退出間隙過電流電壓保護，投入變壓器中性點零序電流保護。當變壓器中性點不接地時，必須退出變壓器中性點零序電流保護，投入間隙過電流電壓保護。

　　間隙保護動作跳閘后，當變壓器無明顯異常時，運行人員應(yīng)對變壓器試送電一次5結(jié)束語變壓器非電氣量保護和中性點間隙保護，雖保護原理比較簡單，但涉及繼電保護、高電壓技術(shù)、變壓器等專業(yè)，為各學(xué)科的邊沿領(lǐng)域加之影響保護動作判據(jù)的因素有著極其豐富的多變性，因而部分保護定值目前還只能采用經(jīng)驗數(shù)據(jù)。所以，在現(xiàn)場應(yīng)用中注意運行數(shù)據(jù)的積累和分析，針對具體的運行環(huán)境，結(jié)合特定的保護對象，對有關(guān)保護定值進行必要的修正，才能充分發(fā)揮變壓器非電氣量保護和間隙保護的作甩