变压器的非电量保护

变压器的非电量保护为提高设备运行可靠性，保证设备的安全，大型电力变压器均设置了电量和非电量保护。变压器内部故障时如果这些保护能正确运作，及时切断电源，便限制了电能转化为热能和化学能，也限制了油体积的剧烈膨胀及绝缘纸和绝缘油分解成气体。这样就可以将故障控制在允许的范围内，有效保护主变，避免故障扩大，减少损失。由于电量保护本身固有的特点，当故障在电量保护的灵敏度或故障种类之外时，就必须依靠非电量保护来保证主变的安全。表1是根据所反应的物理量不同划分的几种非电量保护。表1非电量保护的种类一、瓦斯保护原理及设置原则电力变压器的电量型继电保护，如差动保护、电流速断保护、零序电流保护等对变压器内部故障是不灵敏的，这主要是内部故障从匝间短路开始的，短路匝内部的故障电流虽然很大，但反映到线电流却不大，只有故障发展到多匝短路或对地短路时才能切断电源。变压器保护名称反应的物理量对应的变压器故障瓦斯保护轻瓦斯保护气体体积内部放电、铁心多点接地、内部过热、空气进入油箱等重瓦斯保护流速、油面高度严重的匝间短路、对地短路压力释放阀压力内部压力升高、严重的匝间短路及对地短路压力突变保护压力内部压力瞬时升高温度控制器保护温度冷却系统失效、温度升高油位计油位油位过高、过低内部故障的主保护是瓦斯保护，它能瞬间切除故障设备，但气体继电器的灵敏度却取决于整定值（流速）。1、轻瓦斯保护(1)保护原理内部故障比较轻微或在故障的初期，油箱内的油被分解、汽化，产生少量气体积聚在瓦斯继电器的顶部，当气体量超过整定值时，发出报警信号，提示维护人员进行检查，防止故障的发展。(2)设置原则气体容积动作整定值一般为250～300mL，其动作接点应接入报警信号。2、重瓦斯保护(1)保护原理变压器油箱内部发生故障时，油箱内的油被分解、汽化，产生大量气体，油箱内压力急剧升高，气体及油流迅速向油枕流动，流速超过重瓦斯的整定值时，瞬间动作切除主变。(2)设置原则由于变压器内部故障产生电弧时，故障点附近的油将被高温分解，由液态的高分子电离分解为气态的氢气及烃类气体。少量气体首先溶于变压器油中，当产气速率大于溶解速率时，就在故障区域产生气泡。分解的气体占了变压器油的空间，必定有同体积的变压器油被挤向储油柜。油流和气体是同时发生的，一定的产气速率必定有一定的油流速通过瓦斯继电器，而产气的速率则取决于燃弧功率：因此为把故障范围限制在尽可能小的区域内，通过变压器瓦斯继电器油的流速整定值就应该小于最小故障功率的产气速率。所以，瓦斯继电器流速的整定应考虑最小的故障功率以及地震和强迫油循环变压器油泵同时全部启动的影响，并考虑压力释放阀保护与重瓦斯保护的配合。二、压力释放阀的保护原理及设置原则1、保护原理：为提高设备运行可靠性，早期投运的大型电力变压器，逐步将变压器的安全气道（防爆管）更换为压力释放阀。作为变压器非电量保护的安全装置，压力释放阀是用来保护油浸电气设备的装置，即在变压器油箱内部发生故障时，油箱内的油被分解、气化，产生大量气体，油箱内压力急剧升高，此压力如不及时释放，将造成变压器油箱变形、甚至爆裂。安装压力释放阀可使变压器在油箱内部发生故障、压力升高至压力释放阀的开启压力时，压力释放阀在2ms内迅速开启，使变压器油箱内的压力很快降低。当压力降到关闭压力值时，压力释放阀便可靠关闭，使变压器油箱内永远保持正压，有效地防止外部空气、水分及其他杂质进入油箱，且具有动作后无元件损坏，无需更换等优点，目前已被广泛应用。2、设置原则及运行要求：压力释放阀的开启压力设置应结合变压器的结构考虑，应区分有升高座和直接装在油箱顶上的差异及心式变压器和壳式变压器的差异等，盲目地降低开启压力，容易造成压力释放阀保护误动，压力释放阀的微动开关因受潮或振动短路，会引起跳闸，必须尽量避免非电量保护误动作引起的跳闸事故。由于大多数变压器厂家规定压力释放阀接点作用于跳闸，曾多次因压力释放阀的二次回路绝缘降低引起跳闸停电事故。为此，变压器运行规程(DL／T572—95)规定“压力释放阀接点宜作用于信号”。但当压力释放阀动作而变压器不跳闸时，可能会引发变压器的缺油运行而导致故障扩大。为此，可采用双浮子的瓦斯继电器与之相配合来保护变压器：当压力释放阀动作导致油位过低时，瓦斯继电器的下部浮子下沉导通，发出跳闸信号。四、压力突变保护原理及设置原则1、保护原理感应特定故障下油箱内部压力的瞬时升高，根据油箱内由于事故造成的动态压力增长来动作的。当变压器内部发生故障，油室内压力突然上升，当上升速度超过一定数值，压力达到动作值时，压力开关动作，发出信号报警或切断电源使变压器退出运行。该保护比压力释放阀动作速度更快，但不释放内部压力。2、设置原则其动作接点应接入主变的报警或跳闸信号，动作值应根据变压器厂家提供的值进行整定和校验。五、温控器保护原理及设置原则为保护变压器的安全运行，其冷却介质及绕组的温度要控制在规定的范围内，这就需要温度控制器来提供温度的测量、冷却控制等功能。当温度超过允许范围时，提供报警或跳闸信号，确保设备的寿命。温度控制器包括油面温度控制器和绕组温度控制器。1、测温原理（1）油面温控器的测温原理：温控器主要由弹性元件、毛细管和温包组成，在这三个部分组成的密闭系统内充满了感温液体，当被测温度变化时，由于液体的“热胀冷缩”效应，温包内的感温液体的体积也随之线性变化，这一体积变化量通过毛细管远传至表内的弹性元件，使之发生相应位移，该位移经齿轮机构放大后便可指示该被测温度，同时触发微动开关，输出电信号驱动冷却系统，达到控制变压器温升的目的。（2）绕组温度控制器的测温原理。变压器油面温度是可以直接测量出来的，但绕组由于处于高压下而无法直接测量其温度，其温度的测量是通过间接测量和模拟而成的。绕组和冷却介质之间的温差是绕组实际电流的函数，电流互感器的二次电流(一般用套管的电流互感器)和变压器绕组电流成正比。电流互感器二次电流供给温度计的加热电阻，产生一个显示变压器负载的读数，它相当于实测的铜一油温差(温度增量)。这种间接测量方法提供一个平均或最大绕组温度的显示即所谓的热像。（3）测量值的远程显示原理为了将测量值传送到控制室作远程指示，温度控制器将铜或铂电阻传感器阻值的变化或温度变化产生的机械位移变为滑线变阻的阻值变化，模拟输出为4～20mA电信号，在远方转化为数字或模拟显示。使用滑线变阻的形式，其优点是接线比较简单，对于较长的传输途径不需要补偿线路，电流信号对杂散磁场和温度干扰不敏感。2、设置原则大型电力变压器应配备油面温度控制器及绕组温度控制器，并有温度远传的功能，为能全面反映变压器的温度变化情况，一般还将油面温度控制器配置双重化，即在主变的两侧均设置油面温度控制器。为防止非电量保护误动作引起跳闸事故，许多单位规定温度控制器的接点不接入跳闸：但实际上是否接入跳闸应考虑变压器的结构形式及变电站的值班方式，如由于壳式变压器结构的特殊性，当变电站为无人值班时，其油面温度控制器的跳闸接点应严格按厂家的规定接入跳闸。而对于冷却方式为强迫油循环风冷的变压器一般应接入跳闸，对于冷却方式为自然油浸风冷的变压器则可仅发信号。变压器温度高跳闸信号必须采用温度控制器的硬接点，不能使用远传到控制室的温度来启动跳闸：在某220kV变电站中，由于采用远传的温度来启动跳闸，在电阻温度计回路断线或接触电阻增大时，反映到控制室的温度急剧升高，超过150％则引起误动跳闸。要发挥温度控制器对变压器的保护作用，关键在于保证控制器的准确性。某220kV变电站因将油温启动冷却器接点与跳闸接点的回路对调，导致变压器运行中油温升高，达到启动冷却器的温度值时引起变压器误跳闸。所以温度控制器必须按规程进行定期校验，并保证接点回路接线的正确，防止因接线错误导致变压器的误跳闸。五、油位计的保护原理及设置原则1、油位计原理：指针式油位表通过连杆将油面的上下线位移变成角位移信号使指针转动，间接显示油位。2、设置原则油位是反映油箱内油位异常的保护。运行时，因变压器漏油或其他原因使油位降低时动作，发出告警信号。