电力变压器非电气量保护和中性点间隙保护的分析与探讨

电力变压器非电气量保护和中性点间隙保护的分析与探讨崔吉峰（山西省电力公司，山西太原030001）办法和居护措施表1变压器瓦斯保护定值推荐值表变压器容量/kVA继电器型号冷却方式重瓦斯保护轻瓦斯保定值/m.s-1护定值/m1000及以下Q-50自冷或风冷0.71.825（-3001000-7500Q-50自冷或风冷0.71.0750010000Q-80自冷或风冷0.70l810000-63000Q-80自冷或风冷0.1.0100000180000Q-80强迫或自然风冷1.（-1.2200000及以上Q-80强迫油循环风冷1.21.3500kV变压器Q-80强迫油循环风冷1.1.4有载调压开关Q-25自冷1.01.3瓦斯保护使用与维护变压器非电气量保护，以其结构简单、反映故障灵敏、动作快速和维护工作量小等特点，在变压器保护中占有重要地位例如，变压器轻瓦斯保护，在发现变压器围屏等局部放电缺陷上具有其它保护不可替代的作甩但在实际使用中，由于缺乏完备、规范的技术标准，再加上运行维护重视不够，暴露出许多问题，不正确动作时有发生现针对实际使用中存在的问题进行初浅的分析，提出一些解决的办法和维护措施，以供生产实践中1变压器瓦斯保护1.1瓦斯继电器的安装瓦斯继电器安装时，继电器的动作方向必须指向变压器油枕，要切记在变压器投入运行前，必须打开管道上的阀门。

变压器安装时，应使变压器顶盖沿瓦斯继电器方向有1~1.5的升高坡度，以保证油箱内产生的瓦斯气体顺畅地流入瓦斯继电器。目前，有些变压器生产厂家在制造时，对变压器箱体结构进行了改造，不再提出坡度要求，所以在现场安置时要严格按照厂家要求进行。

另外，在变压器设计时已经考虑了油箱与油枕连接管道的坡度，要求为2~4的坡度。在变压器投运前，对此应进行检测。

瓦斯继电器型号要与变压器容量及油管管径相配套，要有防水、防渗措施。

1.2瓦斯保护定值的整定学电机系，工程师。

瓦斯保护定值的整定原则：在变压器内部异常和故障时，应可靠动作。在变压器正常运行状态下，负荷在正常范围内变化和经受外部短路电流冲击时，应不误动油流速度和气体体积，作为衡量变压器内部异常和故障程度的量值，与变压器的容量、结构、体积等多种因素有关，受系统短路容量和现场运行环境等影响，目前还没有一个严格的计算方法。我国现行的电力变压器运行规程和继电保护运行规程，根据现场运行经验，规定了各种变压器瓦斯保护的定值整定范围在现场使用时，应根据变压器的容量系统的短路水平，结合变压器的绝缘状况，严格按照规格要求进行整定。建议在安装地点系统短路容量较大和绝缘水平较差（包括老旧变压器）的变压器，应提高瓦斯保护灵敏度，取下限定值大容量变压器和系统短路水平较低的情况下，其瓦斯保护的定值取上限各种变压器瓦斯保护定值的推荐值如表1瓦斯保护作为电力变压器主保护，应严格按照继电保护及安全自动装置校验条例进行定期检验。瓦斯继电器的试验项目应包括：机械性能试验、绝缘耐压试验、密封性能检验定值校验。

变压器正常运行时，本体和有载调压重瓦斯保护应投跳闸，轻瓦斯保护投信号。运行中的变压器在进行放油、放气、滤油、补油、换潜油泵或净油器的吸附剂工作时，重瓦斯保护应投信号，工作结束，必须立即投到跳闸位置新投和大修改造后的变压器，在充电时必须投入瓦斯保护，并且重瓦斯保护要投在跳闸位置轻瓦斯保护动作后，应及时收集瓦斯气体，并进行化验分析，以确定变压器内部缺陷的性质和严重程度重瓦斯保护动作后，应对当时的故障录波图进行认真分析，结合变压器轻瓦斯保护动作情况，以判定是瓦斯保护误动，还是变压器内部故障如确系瓦斯保护误动，应退出瓦斯保护，进行必要的检查试验。

用于瓦斯保护的控制电缆，应尽量减少中间环节，必须转接时，在端子排上要将瓦斯保护的跳闸回路与直流正电源有效隔离，以防运行中因绝缘降低或误碰等原因，造成保护误动2变压器冷却器全停保护2.1技术要求大型电力变压器一般采用强迫油循环风冷冷却方式，为防止冷却器全停造成变压器损坏，现行变压器运行规程和电力技术标准对此类变压器提出以下要求强迫油循环的冷却系统必须有两个独立的工作电源，并能自动切换。当工作电源发生故障时，应自动投入备用电源，并发出音响及灯光信号。

强迫油循环风冷变压器，当冷却系统故障切除全部冷却器时，允许带额定负载运行20min，如20min后顶层油温尚未达到75C，则允许上升到75°C.在这种情况下，运行的长时间不得超过强迫油循环风冷变压（A级绝缘）顶层油温一般不应大于85C，各类负载状态下，变压器顶层油温的限值为105°C.强迫油循环风冷变压器，当切除故障冷却器时，应发出音响及灯光信号，并自动投入备用冷却器油浸式变压器在连续额定容量稳态下顶层油温的温升限值为：油不与大气直接接触的变压器为60K，油与大气直接接触的变压器为55K，绕组的平均温升为65K2.2存在的主要问题保护回路不完善，启动回路未经相关元件把关，变压器在轻载或个别保护元件损坏时，误掉变压器的事故经常发生。

保护动作元件的定值缺乏整定依据，动作元件的试验欠规范现场运行规程不完善，没有明确规定不同情况下，变压器及冷却器具体的运行要求2.3改进建议与方案2.3.1对变压器冷却器全停保护回路的改进建议运行经验表明：变压器在满载或重载情况下，当冷却器全停时，变压器温度将急剧上升，如不加以控制，对变压器内部绝缘将造成威胁变压器在轻载情况下，当冷却器全停时，变压器温度一般上升不会太快，对变压器绝缘影响不大，只要上层油温不超过规程要求值，变压器仍可以继续运行所以，采用强迫油循环方式的变压器，在设计冷却器全停保护时，应将反映变压器所带负载的电源侧电流元件，作为保护启动回路的判别元件接入回路。具体保护回路见所示。

2.3.2电流元件、温度计和时间继电器动作值的整定电流元件应接于变压器电源侧套管CT，定值按变压器80的额定电流整定温度接点应取反映变压器上层油温温度计的接点，考虑传感器及温度计的误差，一般整定为75C.保护回路中用时间元件的终止接点，1S定值整定为20min，2S定值整定为60min2.3.3变压器冷却器控制回路的设计要求冷却器的两个工作电源应从站用电屏I，段母线上取得，并互为备甩控制回路中应分别设置监视有无电源的元件，当工作电源消失时，应自动切换到备用段电源，并可靠发出“冷却器电源故障”预告信号当两段电源同时消失时，应发出“电源消失冷却器全停”信号，并启动冷却器全停保护。

器故障时，备用冷却器应自动投入运行，并发出“冷却器故障备用冷却器投入”信号。

辅助冷却器应在两种情况下启动一是变压器上层油温达65C时启动，55C时返回。二是负载电流大于2/3额定负荷电流情况下启动。

2.3.4现场运行规程中应明确的有关事项在正常周期性负载情况下，变压器在一个周期内（一般指24h）平均相对老化率小于1，当冷却器均正常运转时，变压器可以长期运行。但运行中变压器上层油温不允许超过105C，大型变压器（三相额定容量100MVA以上）负载限值为1.3倍的额定电流，中型变压器（三相额定容量2500kVA~100MVA）负载限值为1.5倍的额定电流。

在长期急救周期性负载状态下，将导致变压器的老化加速，但不直接危及变压器绝缘的安全，变压器在温度与过载倍数不超过规程要求的情况下，可以运行一段时间。在这种情况下，应将全部冷却器投入运行，尽量降低变压器的过载倍数，密切注意变压器的运行状态，并记录好变压器的负荷电流，运行温度和运行时间在短期急救性负载状态下，变压器将严重超负载运行，其绕组的热点温度可能达到危险的程度在出现这种情况时，除及时投入所有冷却器外，应尽量压缩变压器负载减少过载时间，长不得超过0.5h变压器允许短期急救性负载的大小，与变压器经受急救性负载前的负荷系数环境温度、变压器容量及过载时间有关环境温度越高、负荷系数越大、变压器容量越大过载时间越长，变压器承受短时急救性负载的能力越弱。变压器运行规程中，给出了不同变压器在承受Q5h短时急救性负载的负载系数，现场运行中应严格执行。

各类负载状态下，变压器顶层油温限值为105C.在正常运行情况下，强迫油循环风冷变压器顶层油温一般不应高于85C，自冷和风冷变压器顶层油温一般不应高于95C.当变压器顶层油温达到75C时或绕组温度超过95C，应发出“变压器温度过高”预告信号。

在正常情况下，变压器冷却器的工作方式，应根据变压器厂家的要求，结合变压器具体运行情况确定。至少应保留一组备用、一组辅助冷却器当变压器存在严重缺陷（如冷却器不正常严重漏油、有局部过热现象、油样化验异常等）或绝缘有弱点时，变压器不宜超负载运行正常情况下，无人值班变电站的变压器一般不应过载运行。在故障情况下，因负荷转移出现过载现象时，运行人员应尽快采取措施限制变压器负载，防止变压器长期过载运行3变压器突发压力保护当变压器内部发生故障时，为快速释放内部压力，防止变压器爆炸和减轻变压器的损坏程度，一般大型变压器装设了突发压力保护。

变压器突发压力保护的动作过程分两个阶段当变压器内部压力增大到一定程度时，压力释放装置内部的金属薄膜鼓起，触动压力监视是中间继电器动作，发出“变压器压力异常”信号或跳开变压器各侧开关当变压器内部故障时，压力释放装置内部的金属薄膜破裂，有效释放变压器内部压力。

运行实践表明，当系统发生故障变压器经受较大冲击时，压力监视中间继电器经常误动，为此，提出以下建议变压器正常运行时，突发压力保护应投信号当变压器充电时，突发压力保护应投跳闸。

充电结束后，应及时恢复到信号位置压力释放装置应安装在变压器顶部，保证发生事故时变压器喷油畅通，并不致喷入电缆沟、母线及其它设备上，必要时应予以遮挡运行中当发出“变压器压力异常”信号后，运行人员应立即对变压器进行检查当变压器伴随有异常响声、温度急剧上升等故障信息后，应紧急停用变压器。当变压器无其它任何异常情况时，应检查变压器呼吸器是否正常，检查相关阀门是否打开。

运行中当发出“变压器压力异常”信号并喷油时，应立即停运变压器，进行详细检查试验4变压器中性点间隙保护110kV及以上的大型变压器一般分级绝缘设计，其中性点绝缘水平相对较低，为防止系统发生接地短路时，因故障点的间歇性弧光过电压危及系统中不接地变压器中性点的绝缘，在变压器中性点与接地点间安装了放电间隙和中性点过电流电压保护，统称为变压器间隙保护。现就应用中的一些具体问题进行初浅的分柝4.1大接地系统造成变压器中性点过电压的原因分析在大接地系统中，为限制系统接地故障的短路容量和零序电流水平，以及接地保护本身的需要，通常采用部分变压器中性点接地的电网运行方式因此，在发生下列情况下，将引发不接地变压器中性点过电压当局部运行网络因某种原因，失去接地中性点时中性点不接地的变压器（中、低压侧有电源），当高压侧断路器处于断开状态，高压侧发生单相接地时单相短路发生在变压器或母线保护的动作区内，但各断路器不同时跳闸时中性点不接地的变压器并网运行，高压侧发生单相短路时，主保护拒动，后备保护仅跳高压侧断路器时；或主保护动作，但其它侧断路器失灵时。

在不同故障情况下，变压器中性点所承受的过电压数值也各不相同简单分析可知：变压器中性点的过电压数值与故障点弧光放电特性接地系数、网络结构等因素有关4.2对变压器间隙保护的基本要求放电间隙的大小应保证：在正常存在接地中性点的情况下发生单相接地故障时，不击穿。在出现危及中性点绝缘的冲击电压或工频过电压时，可靠动作。

间隙过电流保护：电流定值应保证在中性点间隙击穿放电时可靠动作，一般取放电电流的经验数据100A（?次值）动作时间为变压器可承受过电压的时间。

间隙过电压保护：电压定值应保证在间隙拒动时，可靠动作动作时间一般取0.5s4.3变压器间隙保护的动作状况分析电网中不接地变压器中性点绝缘的安全性，与网络内部接地点的数量和位置密切相关目前，电网中500kV变压器的中性点一般都接地运行，所以不存在中性点过电压问题220kV系统的变压器，在各个站点也均有1台变压器的中性点接地运行，尽管存在中性点过电压问题，但由于220kV系统各元件均装设了快速动作的主保护，所以过电压问题不很严重过电压问题突出的是110kV系统，主要原因有以下2点110kV变电站的变压器除与小型发电厂相联的变压器外，均按不接地方式运行因此，在发生故障时，110kV系统易出现无接地点的运行方式部分110kV终端变电站在低压侧有小容量发电机组，当主供线路故障掉闸后，出现过电压现象较为普遍在110kV较长的线路，当末端发生接地故障时，因保护切除故障时间较长，故障点弧光过电压直接威胁110kV系统中性点不接地变压器的安全4.4变压器间隙保护的运行与维护变压器中性点放电间隙的击穿电压受环境温度、湿度、间隙状况等很多因素影响，动作特性不稳定，击穿电压的离散性很大，现场运行中应做到以下几点。

中性点棒-棒间隙应水平布置，棒端应为半球型，并进行镀锌应定期检测放电间隙的距离尤其在发生击穿后，必须进行详细检查。

为防止变形，便于调整，棒间隙所用圆钢的直径应大于14mm，端部应留有25mmr50mm的标准螺纹，并在固定端安装紧固螺拴放电间隙的距离应依据间隙安装点可能出现的过电压数值，结合变压器中性点耐压水平予以确定当变压器中性点直接接地时，必须退出间隙过电流电压保护，投入变压器中性点零序电流保护。当变压器中性点不接地时，必须退出变压器中性点零序电流保护，投入间隙过电流电压保护。

间隙保护动作跳闸后，当变压器无明显异常时，运行人员应对变压器试送电一次5结束语变压器非电气量保护和中性点间隙保护，虽保护原理比较简单，但涉及继电保护、高电压技术、变压器等专业，为各学科的边沿领域加之影响保护动作判据的因素有着极其丰富的多变性，因而部分保护定值目前还只能采用经验数据。所以，在现场应用中注意运行数据的积累和分析，针对具体的运行环境，结合特定的保护对象，对有关保护定值进行必要的修正，才能充分发挥变压器非电气量保护和间隙保护的作甩