探析10KV电力变压器常见故障及继电保护

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 探析 10KV 电力变压器常见故障及继 电保护 摘要: 本文主要分析了 10kV 电 力变压器的常见故障及非正常运行状态、 并对 10kV 电力变压器的继电器保护种 类及动作处理、继电保护装置选择及数 值整定进行了探讨。 中国论文网 /2/view-12903249.htm 关键词: 常见故障；继电器保护； 整定值计算 Abstract: this paper mainly analyzes the 10 kV power transformer faults and the common operation state, and abnormal of 10 kV power transformer protection relay types and action process, relay protection device choice and -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 numerical setting is discussed. Keywords: common fault; Relay protection; Setting value calculation 中图分类号：TM58 文献标识码： A 文章编号： 0 引言 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。 1 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 10kV 电力变压器的常见故障 及非正常运行状态 11 电力变压器的常见故障可 分为变压器油箱内部故障和油箱外部故 障两大类。内部故障, 指油箱内部各种 故障, 包括相间短路, 绕组匝间短路和 单相接地故障等, 外部故障指引出线绝 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 缘套管间的相间短路和单相接地故障等, 具体分为以下四种: 111 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。 112 变压器油故障 : 绝缘油 因高温运行而氧化,吸收空气中的水份造 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。 113 磁路故障: 芯体绝缘老 化； 穿芯螺丝或轭夹件碰接铁芯； 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。 114 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 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 受潮等。 12 些变压器的不正常运行状 态 121 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。 122 由于负荷超过额定容量 引起的过负荷。 123 由于漏油等原因引起的 油面降低。 124 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。 2 10kV 电力变压器的继电器保 护种类及动作处理 对于高压侧为 10kV 的车间变电 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。 2容量在 800kVA 及以上的油 器浸式变压器如安装在车间内部, 容量 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 在 400kVA 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。 21 瓦斯保护 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: 211 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。 212 因温度下降或漏油致使 油面缓慢低落。 213 因变压器轻微故障而产 生少量气体。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 214 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, 油面剧烈下降或保护 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 5 度以上, 则说明变压器内部有故 障, 必须停下处理, 严禁冒然送电。 22 定时限过电流保护 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 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 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。 5 23 速断保护 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 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 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。 3 10kV 电力变压器继电保护装 置选择及数值整定 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 起动电流不致于引起保护误动作。关于 定时限过流保护已在很多文章中提到, 不再赘述, 下面主要介绍变压器的速断 保护。 31 保护继电器的选择 变压器电流速的断保护的作用, 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 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 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: 一是 DL 型电磁式电流继电器； 二是 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。GL 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 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 10 且其动作特性不如 DL 型电磁式继电器。 32 保护继电器的整定值计算 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。 321 变压器负荷中无大容量 电动机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。 Idz = Ke KHI1 , 式中: Ke 可靠系数, 取 1.21.5 ； KH继电器可靠系数, DL 型继电器取 1.41.6 ；GL 型继电器取 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 11 1.82.0 ； I1变压器一次测计算电流, 一般取 1.52.0 倍变压器额定电流。 322 变压器负荷中具有较大 容量电动机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: Idz1 =Ke KH ( Imax + Ist) , 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: (67) IN , 绕线型异步电动机: (45) IN , 同步电动机: (315415) IN, -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 12 减压起动的笼型异步电动机: (34) 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