淺談電力變壓器的故障與保護(hù)

淺談電力變壓器的故障與保護(hù)

0影響供電可靠性和系統(tǒng)正常運(yùn)行的因素低壓裝置是工廠能源系統(tǒng)中的一項(xiàng)重要設(shè)備。這種失敗嚴(yán)重影響了供電的可靠性和系統(tǒng)的正常運(yùn)行。同時(shí)大容量的電力變壓器也是十分貴重的元件,因此必須根據(jù)變壓器的容量和重要程度裝設(shè)性能良好、工作可靠的繼電保護(hù)裝置。110油面故障診斷(1)電力變壓器的常見故障可分為變壓器油箱內(nèi)部故障和油箱外部故障兩大類。內(nèi)部故障,指油箱內(nèi)部各種故障,包括相間短路,繞組匝間短路和單相接地故障等,外部故障指引出線絕緣套管間的相間短路和單相接地故障等,具體分為以下四種:1)芯體發(fā)生故障:各部分絕緣老化;繞組層間、匝間發(fā)生短路;銅線質(zhì)量不好形成局部過熱;線圈絕緣受潮;系統(tǒng)短路使繞組造成的機(jī)械損傷;沖擊電流造成的機(jī)械損傷等。2)變壓器油故障:絕緣油因高溫運(yùn)行而氧化,吸收空氣中的水份造成電氣絕緣性能下降;油泥沉積阻塞油道使散熱性能變壞;油絕緣降低造成閃絡(luò)放電等。3)磁路故障:芯體絕緣老化;穿芯螺絲或軛夾件碰接鐵芯;壓鐵松動(dòng)引起電磁鐵振動(dòng)和噪聲;鐵芯接地不良形成間歇性靜電放電;鐵芯安裝不良造成空洞聲;芯片疊裝不良造成鐵損增加等。4)結(jié)構(gòu)方面故障:分接頭接觸不良而局部過熱;分接頭之間因油泥造成相間短路或表面閃絡(luò);油箱漏油;油溫指示失靈;防爆管故障使油受潮等。(2)變壓器的不正常運(yùn)行狀態(tài)1)由于變壓器外部相間短路引起的過電流和外部接地短路引起的過電流和中性點(diǎn)過電壓。2)由于負(fù)荷超過額定容量引起的過負(fù)荷。3)由于漏油等原因引起的油面降低。4)由于變壓器額定工作時(shí)的磁通密度相當(dāng)接近于鐵心的飽和磁通密度,因此在過電壓的作用下,還會(huì)發(fā)生變壓器的過勵(lì)磁故障。210過電流和過瓦斯保護(hù)對(duì)于高壓側(cè)為10kV的車間變電所主變壓器來說,通常裝設(shè)有過電流保護(hù)、電流速斷保護(hù),如過電流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間不大于0.5s,可不裝設(shè)電流速斷保護(hù)。容量在800kVA及以上的油器浸式變壓器如安裝在車間內(nèi)部,容量在400kVA及以上時(shí),還需裝設(shè)氣體保護(hù)即瓦斯保護(hù)。下面僅就變壓器的常見的瓦斯保護(hù)、定時(shí)限過電流保護(hù)、電流速斷保護(hù)做以簡(jiǎn)要介紹。2.1瓦斯繼電器跳閘故障分析變壓器的瓦斯保護(hù)是大中型變壓器不可缺少的安全保護(hù)。變壓器局部發(fā)生擊穿或短路故障時(shí),常常是破壞絕緣或變壓器油產(chǎn)生氣體。監(jiān)視氣體發(fā)生的速度,分析氣體的各種特征及成分,可以間接地推測(cè)故障發(fā)生原因、部位和嚴(yán)重程度,在變壓器出現(xiàn)突然性嚴(yán)重故障時(shí)自動(dòng)報(bào)警或切斷電源。瓦斯保護(hù)分為兩種:一是輕瓦斯保護(hù)動(dòng)作于信號(hào),另一種是重瓦斯保護(hù)動(dòng)作于斷路器跳閘。輕瓦斯保護(hù)動(dòng)作,通常有下列原因:(1)因進(jìn)行濾油、加油和啟動(dòng)強(qiáng)油循環(huán)裝置而使空氣進(jìn)入變壓器。(2)因溫度下降或漏油致使油面緩慢低落。(3)因變壓器輕微故障而產(chǎn)生少量氣體。(4)因直流回路絕緣破壞或接點(diǎn)劣壞引起誤動(dòng)作。引起重瓦斯保護(hù)動(dòng)作跳閘的原因,可能是由于變壓器內(nèi)部發(fā)生嚴(yán)重故障,油面劇烈下降或保護(hù)裝置二次回路故障,在某種情況下,如檢修后油中空氣分離的太快,可能導(dǎo)致瓦斯保護(hù)動(dòng)作于跳閘。發(fā)生瓦斯信號(hào)后,首先應(yīng)檢查瓦斯繼電器動(dòng)作的原因,如不是上述原因造成的,則應(yīng)立即收集瓦斯繼電器的氣體,并根據(jù)氣體的多少、顏色、是否可燃等判斷其故障性質(zhì)。重瓦斯保護(hù)動(dòng)作時(shí),若判明是內(nèi)部故障,應(yīng)向上級(jí)匯報(bào)并取油樣化驗(yàn),進(jìn)行色譜分析檢查油的閃點(diǎn)。若油的閃點(diǎn)比過去降低5度以上,則說明變壓器內(nèi)部有故障,必須停下處理,嚴(yán)禁冒然送電。2.2定時(shí)限過電流保護(hù)動(dòng)作跳閘變壓器的定時(shí)限過電流保護(hù)是指起動(dòng)電流按照躲開最大負(fù)荷電流來整定的一種保護(hù)。它在正常運(yùn)行時(shí)不動(dòng)作,而在有故障時(shí),則反應(yīng)電流的增大而動(dòng)作。當(dāng)變壓器由于定時(shí)限過電流保護(hù)動(dòng)作跳閘時(shí),首先應(yīng)解除音響,然后詳細(xì)檢查有無越級(jí)跳閘的可能,檢查各出線斷路器的保護(hù)裝置的動(dòng)作情況,如查明是因出線故障引起的越級(jí)跳閘,則應(yīng)拉開該出線斷路器,將變壓器投入,并恢復(fù)向其余各線路送電;若查不出明顯故障征象時(shí),則變壓器可在空載的情況下試投一次,正常后再逐路恢復(fù)送電,若檢查發(fā)現(xiàn)變壓器本體有明顯的故障跡象時(shí),在解除故障前嚴(yán)禁合閘送電。2.3簡(jiǎn)單可靠的保護(hù)在滿足供電系統(tǒng)穩(wěn)定性,用戶供電可靠性條件下,總希望在故障發(fā)生瞬間,保護(hù)能迅速動(dòng)作,電流速斷保護(hù)就是反應(yīng)于增大而瞬間動(dòng)作的一種保護(hù)。它的主要優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單可靠,動(dòng)作迅速。當(dāng)變壓器的速斷保動(dòng)作于跳閘時(shí),如有備用變壓器,應(yīng)首先將備用變壓器投入,然后對(duì)速斷保護(hù)范圍內(nèi)各部分進(jìn)行檢查:檢查變壓器套管是否完整,連接變壓器的母線上是否有閃絡(luò)的痕跡。另一方面檢查電纜頭是否有損傷,電纜是否有移動(dòng)的現(xiàn)象。若檢查結(jié)果沒有上述現(xiàn)象,則應(yīng)查明變壓器內(nèi)部是否有故障。當(dāng)變壓器內(nèi)部有損傷時(shí),則不允許將變壓器合閘送電。310保護(hù)繼電器的選擇在工廠供電中變壓器保護(hù)繼電器的選擇和整定值計(jì)算準(zhǔn)確與否,不僅對(duì)電網(wǎng)的安全、可靠運(yùn)行,而且對(duì)企業(yè)的正常生產(chǎn)都有不可忽視的影響。因此,在選擇這些保護(hù)繼電器并在確定其整定值時(shí),除要考慮與電網(wǎng)保護(hù)的選擇性要求和變壓器的正常過負(fù)荷外,還要考慮在最大負(fù)荷情況下,起動(dòng)較大容量電動(dòng)機(jī)時(shí),其起動(dòng)電流不致于引起保護(hù)誤動(dòng)作。關(guān)于定時(shí)限過流保護(hù)已在很多文章中提到,不再贅述,下面主要介紹變壓器的速斷保護(hù)。3.1跳閘的保護(hù)方式變壓器電流速的斷保護(hù)的作用,是防止被保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生金屬性單相或多相短路時(shí)產(chǎn)生過電流長(zhǎng)時(shí)間沖擊而引起故障點(diǎn)故障的擴(kuò)大,并波及故障線路及其設(shè)備。因此,一般都是作用于斷路器跳閘,以便迅速切斷故障點(diǎn)電源。變壓器電流速斷保護(hù)跳閘分為t=0s速斷跳閘和t=0.5s延時(shí)速斷跳閘兩種形式。實(shí)踐證明,采用延時(shí)速斷保護(hù)跳閘具有明顯的優(yōu)越性。常用的繼電器有兩種:一是DL型電磁式電流繼電器;二是GL型感應(yīng)式電流繼電器。如變壓器負(fù)荷中沒有較大容量的電動(dòng)機(jī),此時(shí)可采用延時(shí)速斷過流保護(hù)。為改善動(dòng)作特性,一般多采用DL型電磁式電流繼電器,另增加時(shí)間繼電器以獲得保護(hù)的時(shí)限;反之,如變壓器負(fù)載中具有較大容量的電動(dòng)機(jī)負(fù)荷,此時(shí)宜采用GL型感應(yīng)式電流繼電器,一方面可利用其瞬時(shí)動(dòng)作元件滿足電流速斷保護(hù)要求,另一方面利用其延時(shí)動(dòng)作元件的反時(shí)限部分,以躲過電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流,滿足變壓器過負(fù)荷要求。GL型感應(yīng)式電流繼電器能簡(jiǎn)化線路接線,但卻增加了調(diào)校的難度,并且其動(dòng)作特性不如DL型電磁式繼電器。3.2短路故障的識(shí)別電流速斷保護(hù)的整定值計(jì)算原則是,一方面要滿足系統(tǒng)保護(hù)的選擇性要求,在繼電器保護(hù)區(qū)域內(nèi)發(fā)生短路故障時(shí),能快速、準(zhǔn)確切出故障點(diǎn)元;另一方面要能躲過較大容量電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)的起動(dòng)電流和其他原因引起的瞬間過負(fù)荷。一般情況下,能滿足前者的要求已能滿足后者的要求。為減輕計(jì)算工作量,確保定值的準(zhǔn)確性和實(shí)用性,根據(jù)多年經(jīng)驗(yàn),使用了一種更為簡(jiǎn)單的計(jì)算方法。(1)繼電器idz因?yàn)樽儔浩髫?fù)荷中無大容量電動(dòng)機(jī),負(fù)荷較平穩(wěn),此時(shí)繼電器一次動(dòng)作電流的保護(hù)整定值。Idz=KeKHI1,式中:Ke——可靠系數(shù),取1.2~1.5;KH——繼電器可靠系數(shù),DL型繼電器取1.4~1.6;GL型繼電器取1.8~2.0;I1——變壓器一次測(cè)計(jì)算電流,一般取1.5~2.0倍變壓器額定電流。(2)電動(dòng)擊穿電流ist和擊穿全電流值ke的計(jì)算由于變壓器負(fù)荷具有較大容量電動(dòng)機(jī),因此必須考慮電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)產(chǎn)生較大的起動(dòng)電力對(duì)繼電器運(yùn)行的影響。根據(jù)前面的計(jì)算式,則有:Idz1=KeKH(Imax+Ist),式中:Imax——電動(dòng)機(jī)起動(dòng)前變壓器擁有的最大負(fù)荷電流;Ist——電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流。為此,整定值的計(jì)算則決定于Imax、Ist兩個(gè)電流取值。一般情況下,Ist可以認(rèn)為是變壓器的最大負(fù)荷電流值減去電動(dòng)機(jī)的額定電流值,而變壓器的最大負(fù)荷電流可根據(jù)負(fù)荷計(jì)算或觀察負(fù)荷運(yùn)行結(jié)果取得。對(duì)于Ist則可以這樣近似選取:籠型異步電動(dòng)機(jī):(6~7)IN,繞線型異步電動(dòng)機(jī):(4~5)IN,同步電動(dòng)機(jī):(3.5~4.5)IN,減壓起動(dòng)的籠型異步電動(dòng)機(jī):(3~4)IN。IN為電動(dòng)機(jī)的額定電流。根據(jù)以上方法計(jì)算的保護(hù)整定電流值實(shí)際上是最低的整定電流值。它在正常運(yùn)行情況下保護(hù)不會(huì)動(dòng)作,而在發(fā)生任何一種短路故障情況下,均能可靠保護(hù)動(dòng)作。在整定計(jì)算中,Ke、