任务7 变压器保护柜安装与调试

任务7变压器保护柜安装与调试任务7

变压器保护柜安装与调试1.知识目称（1)明确运行中变压器易出现的故障。（2)明确变压器的几种保护电路。（3)能够分析变压器保护柜速断、定时限、过负行、瓦斯等保护原理2.能力目标（1)能够现场认识变压器保护柜所装设的高压器件。（2)具有识读变压器保护柜过流保护、瓦斯保护等电路图的能力。（3)具有看图接线、排查故障的能力。课程前导1.

瓦斯保护？2.

变压器电流速断、带时限保护？3.变压器零序电流保护？6.1电力变压器常见故障6.2电力变压器保护柜器件认识6.3电力变压器保护柜过流定时限、速断保护6.4电力变压器瓦斯保护原理分析任务7

变压器保护柜安装与调试

故障现象与任务导入：

变压器是工厂变电所供配电系统重要的一次设备，其故障将严重影响到的供电的可靠性，导致生产无法进行。变压器的故障一般分为内部故障和外部故障两种。变压器的内部故障主要有绕组的相间短路、绕组匝间短路、单相接地短路、漏油、冷却系统等，因为短路电流产生的电弧不仅会破坏绕组绝缘，还可能使绝缘材料和变压器油受热而产生大量气体，进而引起变压器油箱爆炸。变压器常见的外部故障是引出线上绝缘套管的故障，这可能导致引出线的相间短路或接地短路，过负荷引起的过流。以上变压器的故障是由工厂变电所变压器保护柜所装设的各种过流、瓦斯保护来实现的。对于严重的故障，保护装置应动作于跳间；而对于过负荷、油面降低、油温开高等不正常状态。保护装置应动作于信号。通过本任务的学习，既要明确变压器运行中易出现的故障、还要掌握变压器保护柜的电路组成，重点分析变压器瓦斯保护，速断、定时限、过负荷保护等电路原理，具备识读电路图、二次回路的接线能力。任务

变压器保护柜安装与调试6.1电力变压器常见故障一、变压器装设保护装置的条件按照GB/T50062-2008规定，电压为3~110kV.容量为63MV∙A及以下的电力变压器，应装设相应的保护装置，具体有：(1)气体保护（瓦斯保护）：它能反映（油浸式）变压器油箱内部故障和油面降低，瞬时动作于信号或跳间。容量为800kV·A及以上的油浸式变压器，或容量在400kV.A及以上的车间内油浸式变压器，按规定应装设气体保护（瓦斯保护），轻瓦斯动作于信号，重瓦斯动作于跳闸。(2)纵差保护：它能反映变压器内部匝间短路和绕组相间短路，变压器引出线的相间短路、接地（相与外壳）短路，瞬时动作于跳刚。对于高压侧为35kV及以上的工厂总降变电所主变压器。当容量在10000kV·A及以上单台运行，或容量在6300kV·A及以上并列运行时。应装设纵差保护。(3)电流速断、带时限保护：它能反映变压器内部故障和引出线的相间短路，瞬时动作于跳闸。对于高压侧为6~10kV的车间变电所主变压器，一般装设带时限过流保护，当动作时间超过0.7时，还应装设电流速断保护。对于高压侧35kV及以上的工厂总降变电所主变压器，应装设电流速断保护、带时限过流保护和瓦斯保护。(4)过负荷保护：它能反映过负荷而引起的过电流，一般作用于信号，对可能过负荷的变压器还应装设过负荷保护。(5)零序电流保护：110kV及以上中性点直接接地系统，需装设零序电流保护。二、工厂变电所变压器保护柜一次接线

变压器保护柜一次接线如图所示，图(a)中有高压断路器QF2、电流互感器TA1,实现变压器高压侧相间短路保护；避雷器FV实现过电压保护；接地刀D实现检修时接地保护；零序电流互感器TA0实现单相接地保护；带电显示器CG。图(b)电路保护设置与图(a)均一样，只是多了个上隔离开关QS1。变压器保护柜一次接线图(a)手车式变压器保护柜一次接线图(b)固定式变压器保护柜一次接线图1.变压器的过电流保护与动作参数的整定变压器过电流保护的组成和原理与电力线路的过电流保护完全相同。如图所示变压器的定时限、电流速断和过负荷保护电路图，图中继电器均为电磁式继电器，原理分析同高压线路过电流保护电路。变压器过电流保护的动作电流整定计算公式，也与电力线路过电流保护基本相同，最大负荷电流IL.max应取为（1.5~3)IT.N1，这里的IT.N1为变压器的一次侧额定电流。变压器过电流保护的动作时间，也按“阶梯原则”整定。但对车间变电所来说，由于它属于电力系统的终端变电所。因此其动作时间可整定为最小值0.5s。三、变压器的过电流保护、电流速断保护和过负荷保护

当变压器的过电流保护动作时限大于0.5s时，必须装设电流速断保护。变压器电流速断保护的组成、原理分析也与电力线路的电流速断保护完全相同。变压器电流速断保护的动作电流（速断电流）的整定计算公式，也与电力线路的电流速断保护基本相同，只是IL.max

应取低压母线三相短路电流周期分量的有效值换算到高压侧的电流值，即变压器电流速断保护的动作电流按躲过低压母线三相短路电流来整定。变压器速断保护的灵敏度，按变压器高压侧在系统最小运行方式时发生两相短路的短路电流Ik(2)来校验，要求Sp≥1.5。变压器的电流速断保护，与电力线路的电流速断保护一样也有死区。弥补死的措施，也是配备带时限的过电流保护。考虑到变压器在空载投人或突然恢复电压时将出现一个冲击性的励磁涌流，为避免速断保护误动作，可在速断保护整定后，将变压器空载试运行若干次，以检验速断保护是否会误动作。根据经验。当速断保护的一次动作电流比变压器的额定一次电流大2~3倍时，速断保护一般能躲过励磁涌流，不会误动作。2.变压器的电流速断保护变压器的定时限、电流速断和过负荷保护电路图

变压器的过负荷保护是用来反映变压器正常运行时出现的过负荷情况，只在变压器确有过负荷可能的情说下才予以装设，一般动作于信号。若运行中的变压器过负荷，则过负荷继电器KA5动作，常开触点闭合，时间继电器KT2的线圈得电。经过延时。其常开延时触点闭合，使得信号继电器KS3上的线圈得电。接通过负荷报警电路。发过负荷报警信号。变压器过负荷保护的动作电流按照躲过变压器一次侧额定电流IT.N1来整定，其计算公式为式中：Ki为电流互感器的电流比；动作时间一般取10~15s。3.变压器的过负荷保护Iop=(1.2～1.5)IT.N1Ki变压器的定时限、电流速断和过负荷保护电路图四、变压器气体保护（瓦斯保护）变压器油箱内部故障有：（1)绕组故障：绕组匝间短路、相间短路、相与外壳短路（变压器油不绝缘）。（2)铁芯故障：硅钢片之间短路。（3)油箱故障：漏油、油不绝缘。2.气体保护

变压器油箱内部故障，会使变压器温度升高，其内油膨胀，甚至沸腾，油分解会产生气体，该气体为瓦斯气体；短路产生的电弧也将使绝缘材料分解，产生大量的气体，这种气体也称为瓦斯气体。故障程度越严重，产生的瓦斯气体越多，气体的流速也就越快，且气流中还夹杂着变压器油冲向油枕上部。气体保护就是利用变压器油受热分解所产生的气流和油流动来动作的一种保护装置。气体保护（瓦斯保护）就是油浸式变压器内部故障的一种基本、灵敏的保护，气体保护的主要元件是气体继电器，它装在变压器的油箱和油枕之间的连通管上，如图所示。1.变压器油箱内部故障1-变压器油箱2-联通管3-瓦斯继电器4-油枕图示瓦斯继电器在油浸式电力变压器上的安装为了使油箱内产生的气体顺利通过气体继电器排往油枕，变压器安装时应取1%~1.5%的倾斜度；变压器制造时，连通管与油箱顶盖之间也有2%~4%的倾斜度，注意，当变压器发生外部故障，如变压器外部出线端子发生相间短路时，气体保护不起作用，气体保护只能保护变压器油箱内部故障。由于变压器三相绕组浸在变压器油中，当变压器油箱内部发生短路故障，如变压器绕组匝间短路、相间短路、相与外壳短路（变压器油不绝缘）时，短路电流使得变压器油温升高，油分解或短路产生的电弧使得绝缘材料分解，均要产生挥发气体（瓦斯气体）。这些气体从油箱上浮至油枕，造成油流涌动，使得气体继电器动作，接通信号或跳闸电路。气体保护包括轻瓦斯和重瓦斯保护，它是用来反映变压器油箱内部各种短路及油面降低等故障的。轻瓦斯动作于信号，重瓦斯动作于高压断路器跳闸。气体保护的主要元件是瓦斯继电器，其型号和种类较多。现以EMB德国生产的双浮子瓦斯继电器来说明其动作原理。其外形图如图1所示，结构图如图2所示。3.气体保护原理342(a)(b)1—螺纹连接；2—玻璃视窗（监视开关系统功能，通过玻璃视窗上刻度值，反映聚集气体的体积量）；3—玻璃视窗盖板；4—法兰盘连接图1法兰盘和螺纹连接的双浮子瓦斯继电器外形图(b)螺纹连接外形图(a)法兰盘外形图1-上浮子；1a-下浮子；2-上浮子恒磁磁铁；2a-下浮子恒磁磁铁；3-上开关系统磁开关管；3a-下开关系统磁开关管；4-框架；5-测试机械；6-挡板图2双浮子瓦斯继电器结构体

在正常工作状态时，瓦斯继电器内部充满绝缘油，上浮子1和下浮子1a利用自身浮力漂浮于顶部终端位置，上、下浮子不下降，上、下开关系统磁开关管触点不闭合，即不动作。当变压器油箱内部发生故障时，油箱内部温度上升，油膨胀，甚至沸腾，油分解产生气体；同时，若有局部放电或者电弧现象发生，会将变压器油分解产生瓦斯气体。当故障比较轻微时，故障产生的气体比较少，这些气体上升并汇集在瓦斯继电器内挤压变压器油，迫使瓦斯继电器内部的油位下降，导致漂浮于油面的上浮子1也随之下降，通过浮子的运动，带动上开关系统磁开关管3闭合，接通轻瓦斯报警回路。此时，下浮子不受影响，一定量的气体可以通过连通管向油枕流动。这就是轻瓦斯动作情况，如图(a)所示。图(a)

轻瓦斯动作

当变压器油箱内部发生严重故障时，会在短时间内产生大量气体，形成快速而猛烈的上升气流，变压器油箱内部的气压、油压产生巨变，同时产生的强大油流会冲击瓦斯继电器的挡板6，挡板顺着压力气流波的方向运动，带动下开关系统磁开关管3a闭合，接通跳闸回路。这就是重瓦斯动作情况，如图(b)所示。图(b)

重瓦斯动作

当变压器油箱内部漏油时，先是上浮子1随着油面下降、并通过上浮子的运动，带动上开关系统磁开关管3闭合，接通轻瓦斯报警电路；接着油面继续下降，下浮子1a也随之下降，通过下浮子的运动、带动下开关系统磁开关管3a闭合，接通跳闸回路。这就是漏油时的情况，如图(c)所示。图(c)漏油时瓦斯保护原理电路如图所示。若为轻瓦斯故障，则瓦斯继电器KG的上面触点闭合，接通轻瓦斯信号电路，发出轻瓦斯报警信号。若为重瓦斯故障。则瓦斯继电器KG的下面触点闭合，控制回路为：直流控制电源的正极“十”——信号继电器KS——连接片XB—中间继电器KM——负极“－”，这样信号继电器KS得电，其常开触点闭合，接通重瓦斯报警电路，发出重瓦斯报警信号；同时中间继电器KM的两对常开触点闭合，接通跳闸线圈YR1、YR2.使得变压器两侧的高压断路器QF1、QF2跳闸。图示瓦斯保护原理电路图

低压侧装设三相均带过电流脱扣器的低压断路器，既作低压侧的主开关，又用来保护低压侧的相间短路和单相短路。这种措施在低压配电保护电路中得到广泛的应用。4.变压器低压侧的单相短路保护

大电流接地系统零序电流保护电路，如图所示。正常情况下、三相电流平衡、零序电流继电器TA没有电流通过，零序电流保护不动作。当出现零序电流，且它大于保护的动作电流时，电流继电器TA动作，经时间继申器KT延时后、使变压器两侧的高压断路器断开。5.大电流接地系统零序电流保护图示

大电流接地系统零序电流保护电路

前面主要介绍了变压器的过电流保护、电流速断保护、瓦斯保护。过电流保护的动作时限较长；电流速断保护由于“死区”的影响使保护范围受到限制；瓦斯保护只能反映变压器内部故障，不能反映变压器绝缘套管和引出线的故障。变压器的纵差保护反映的是一、二次电流之差，它是一种动作迅速、灵敏性高的保护装置，可作为大容量变压器内部发生绕组相间短路、绕组匝间短路、或高低压引出线和绝缘套管相间短路时最有效的保护措施。6.变压器的纵差保护变压器纵差保护单相电路图如图所示、其纵差保护范围为变压器一、二次侧所装设的两个电流互感器TA1、TA2之间的区域。如图所示，将变压器一、二次侧的两个电流互感器TA1、TA2的同极性串联起来，使差动继电器KD跨接在两连线之间，于是流入差动继电器的电流ikD=i”1—i”2，即为变压器一、二次侧电流互感器的二次电流之差。(1)在变压器正常运行或纵差保护的保护区外k-1点发生短路时，电流互感器TA1、TA2的二次测电流分别为i”1、