变压器的运行监测与保护

1、变压器的运行监测与保护变压器正常运行监测项目1.1电压的变动和示值及有载调压开关的档位指示。1.2电流（无功、有功）的变动和示值。1.3变压器顶层油温的变动和示值，及温度计本身是否正常。1.4变压器绕组温度的变动和示值，及绕组温度计是否正常。1.5变压器主体及冷却装置上的温度分布（下低上高），注意箱壳及箱沿上有无局部过热的异常现象。1.6变压器油位应与温度相对应：储油柜油面线表示的是在未投运前环境温度下的油位；变压器投运后的油位指示是油升温后的油位。1.7变压器呼吸是否正常：吸湿器油杯内油位正常，经常有气泡产生。吸湿器内的吸潮剂变色否。1.8气体继电器内有无气体。1.9套管油位（指油质电容式套

2、管，套管有自己油系统）正常。1.10变压器套管表面无放电痕迹、污迹。1.11变压器的噪声音响正常，无异音和杂音。1.12风扇、油泵、水泵（采用水冷器冷却的变压器）、油流继电器等在变压器运行中运转的附件运转是否正常。1.13水冷却器的油压应大于水压（对采用水冷器冷却的电炉，整流变压器等）。1.14高、中、低压套管的电源线接头处有无过热现象（在空气中的温升不超过55K,油中不超过15K）。1.15压力释放阀有无渗油现象。1.16各控制箱和二次端子箱有无受潮、渗雨水现象。变压器运行监视中的报警项目32.1瓦斯报警：250-300cm；2.2压力释放阀报警：5069kPa；2.3顶层变压器油温报警：自

3、然油循环为80C，强迫油循环为70C；2.4绕组温度报警：90-95C（国家电网公司建议105C报警）；2.5强迫油循环油流方向报警：油流方向反向或油流继电器指针不到位；2.6油位报警：最低、最高油位报警；2.7冷却器故障报警：冷却器电源故障报警（I、n工作电源故障信号）；工作冷却器故障报警；备用工作冷却器故障报警；冷却器全停故障报警。变压器的在线监测3.1在线监测的由来变压器的检测几十年来一直沿用的是定期进行预防性试验的检测方式，主要依靠定期停电进行绝缘预防性试验（按DL/T596-1996电力设备预防性试验规程），这对于运行中的变压器来说很不适应，近年来发展起来的在线监测装置，可以克服这种

4、不足，利用带电测量和在线监测技术，可以达到停电检测试验的效果，其简便易行，故障监测及时。3.2在线监测的内容a、油中气体含量利用化学方法的在线监测包括：油色谱在线监测，油中氢气浓度在线监测。b、铁心多点接地利用电气方法的在线监测。c、变压器局部放电的在线监测。d、变压器油箱箱体的温度分布和瓷套管接头过热利用红外线测温方法的在线监测。3.3在线监测装置a、变压器油色谱在线监测装置：分监测三种气体（H2、COCH）、四种气体（、CH4、C2H6、C2H4）及七种气体（C2H2、CH4、C2H6、C2H4、Hb、COCQ）等多种油气体色谱分析装置。各种装置对运行中无故障变压器油中各种气体的浓度允许上

5、限值可参考下表中的数值设限。气体成分运行3年运行7年C2H21535CH100200C2H6100200C2H4150300H2200750CO5001000CO600011000b、变压器油氢气浓度在线监测装置由于碳氢化合物中氢键的结合能最低，易析出氢气，因此氢气是各种故障特征气体的主要成份，氢气予报警信号设定值为1000卩L/L（相当于油中H2浓度60卩L/L），报警信号设为2000卩L/L，产气速率超过200卩L/月。c、变压器油氢和一氧化碳在线监测装置H2增大往往表明油裂解，CO增大表明固体绝缘材料可能裂解，目前国内较普遍采用加拿大的产品HYDRA型监测装置，报警设置值为100卩L/L

6、;d、变压器油中乙炔在线监测装置；e、变压器油的红外光谱在线监测装置；f、变压器铁心多点接地在线监测装置；g、变压器局部放电在线监测装置；h、变压器故障红外监测装置：现场不停电的条件下进行温度测量的装置。红外监测装置有红外监测仪（即红外温度计，它是单点测量装置也称红外测温枪）及红外热像仪（它可以通过仪器上电视屏或监测器上直接显示红外热像图）。变压器主体上的保护措施项目4.1瓦斯继电器的轻瓦斯报警和重瓦斯跳闸保护3轻瓦斯报警的产气体积数值为250300Cm。重瓦斯跳闸的油流速整定值，自然循环为0.81米/秒，强迫油循环为1.01.2米/秒，12万KvA以上为1.3米/秒。114.2压力释放阀的压

7、力释放保护开启压力整定在55kPa，或35kPa（小变压器），波纹油箱小变压器为25kPa。4.3变压器活门：阀门和放气塞的保护：油样监测、主体注放油、排气。4.4储油4.2压力释放阀的压力释放保护开启压力整定在55kPa，或35kPa（小变压器），波纹油箱小变压器为25kPa。4.3变压器活门：阀门和放气塞的保护：油样监测、主体注放油、排气。4.4储油柜:承担油体积的膨缩，防护大气对油的氧化。4.5油位计:油位升、降指示和最高、最低油位报警保护。4.6吸湿器:变压器呼吸过滤用，内装蓝色硅胶（吸潮剂），防止潮气和灰尘进入变压器储4.7净油4.7净油器:内装活性氧化铝（吸潮剂），通过油的热虹吸现

8、象，自动净化油中的潮气和灰尘。4.8油在线滤油装置：保护油质，对主体内或有载开关油室内的变压器油进行在线滤油（在正常运行情况下的不停电滤油），具有手动、自动、定时设置功能。4.9油顶层温度过热保护：105C时跳闸保护。4.10绕组温度计过热保护：105C时跳闸保护（国家电网公司建议绕组温度不宜设跳闸保护）变压器运行中的继电保护配置项目变压器继电保护项目包括瓦斯保护、差动保护（电流速断保护）、过电流保护、零序电流保护、过负荷保护、过励磁保护，以及后备保护。5.1变压器瓦斯保护：在油浸变压器油箱内发生电气故障，而使变压器油及其它绝缘材料分解，产生气体和油瓦斯保护的主要内流，瓦斯继电器利用这些产生的

9、气体和油流实现的继电保护叫瓦斯保护。瓦斯保护的主要内容是为了防御变压器油箱内部的各种短路故障，绝缘击穿故障以及油面严重降低（大量失油）。瓦斯保护是变压器的主保护。按国家标准GB/T6451-1999规定，800kVA及以上容量的油浸变压器均要装设瓦斯保护。瓦斯保护的整定值：气体体积达250300mL报警；跳闸整定油流速：对油自然循环变压器为0.81m/s，对强迫油循环变压器为1.01.2m/s,12万kVA及以上变压器为1.21.3m/s，有载开关油流速整定为1m/s。5.2变压器差动保护（纵差保护）电力系统中10000kVA及以上容量的单独运行的变压器,6300kVA及以上容量的并联运行变压

10、器，或工业企业中的重要变压器1.3m/s，有载开关油流速整定为1m/s。5.2变压器差动保护（纵差保护）电力系统中10000kVA及以上容量的单独运行的变压器,6300kVA及以上容量的并联运行变压器，或工业企业中的重要变压器,通常装设纵差动保护。2000kVA及以上容量变压器,如电流速断保护灵敏度不满足要求时，要装设纵差动保护。5.2.1差动保护的定义变压器纵差保护是比较变压器两侧的电流数值及相位之差的变化设定的保护,俗称差动保护。差动保护也是变压器的主保护。5.2.2差动保护内容差动保护的内容主要是防御变压器内部短路，大接地系统侧的绕组和引出线的单相接地短路、相间短路。5.2.3差动保护的

11、不平衡电流差动保护的不平衡电流的产生：变压器正常运行时，流入差动回路的电流为零，保护不会误动，而非故障引起的不平衡电流不应引起差动动作，这些不平衡电流包括稳态情况下的不平衡电流和暂态情况下的不平衡电流。稳态电流包括：a、电流互感器型号、饱和特性、励磁电流不满足电流互感器的保护级允差的要求(俗称10%误差曲线要求)引起的电流；b、电流互感器的实际变比，计算变比不同引起的电流；c、变压器调压分接头引起的电流。暂态电流包括：a、短路电流非周期分量作为互感器励磁电流，使其铁心饱和，误差增大而引起的电流；b、空载合闸的励磁涌流。以上这些不平衡电流均不应驱使差动保护动作，在五次冲击合闸时进行验证和对整定值

12、调整。524差动保护的构成方式为了克服励磁涌流和不平衡电流对差动保护的影响，提高保护灵敏度，差动保护装置根据前述励磁涌流的波形特性及变压器运行条件，有如下各种设置方式。差动电流速断保护：增加速断以提高灵敏度。带短路线圈的助磁式差动继电器构成的差动保护：利用波形对称原理有效躲过励磁涌流。鉴别涌流间断角的差动保护：利用波形间断特性躲过励磁涌流，要求间断角为60-65。二次谐波制动原理的差动保护：利用二次谐波的存在躲过励磁涌流，制动比为15%-20%。带制动特性的助磁式差动继电器构成的差动保护：用以躲过外部故障电流的不平衡电流。带多侧制动特性的助磁式差动继电器构成的差动保护：用以躲过外部故障电流的不

13、平衡电流。其中第、项比率制动式保护原理是：对变压器外部短路故障，流过差动继电器的不平衡电流很大，据此整定的不平衡电流起动值很大，因而直接影响差动的灵敏度，为此必须采用比率制动式的差动继电器构成差动保护，这种差动继电器利用外部故障时的短路电流来实现制动，其动作电流随制动电流按照一定比例增大，故称比率制动式差动继电器。它可以降低保护动作电流值，提高保护的灵敏度，并能保证在保护区外故障时保护可靠制动，不误动作。此时差动继电器需要采用带制动特性的助磁式差动继电器或带多侧制动特性的助磁式差动继电器。5.2.5差动保护投入前的校验差动保护投入运行前必须进行带负荷测相位和差电压(差电流)，保证电流回路接线正

14、确。具体做法是，带负荷前将差动保护停用，测量各侧各相电流有效值和相位，测各相的差电压（或差电流）；变压器充电时，差动要投入，变压器充电合闸五次，以检查差动保护躲开励磁涌流的性能。526变压器差动保护动作的检查判断和处理a、变压器差动保护动作的原因：（1）主变内部故障及其套管引出线故障。（2）保护的二次线故障。（3）电流互感器的开路或短路。b、差动保护动作后的检查：（1）首先检查主变及其套管引出线有无故障痕迹和异常现象，如：瓦斯的轻重保护动作如何，压力释放阀动作否，油温、油位有无变化，油箱等有无变形，套管及引出线有无炸裂及变形等。（2）检查站内直流系统是否有两点双重接地而引起误动，检查方法是先查

15、一下差动动作后的继电器触点是否打开，如果打开，测量出口中间继电器线圈两端有无电压，有电压说明直流系统两点双重接地，引起误动。（3）如果直流系统好，查差动保护跳闸回路和保护二次线有无短路，而形成差动的保护误动。（此情况时中间继电器线圈两端有电压，同时差动保护触点均已返回）。（4）检查电流互感器是否开路或端子接触不良。c、差动保护动作后的处理：（1）如明显是变压器内部故障，应停止运行。（2）如果是引出线故障应及时更换。（3）如果出口中间继电器线圈两端没有电压，应是变压器内部故障，应停止运行。（4）如果是直流系统两点重复接地，要及时清除接地点。（5）如果是二次侧线路的短路应及时清除短路点。5.2.7

16、差动保护与瓦斯保护的比较差动保护和瓦斯保护都是变压器的主保护。从设计原理上看是不同的：差动保护是按循环电流原理设计的，瓦斯保护是根据变压器内部故障产气和油流设计的。瓦斯保护是变压器独有的保护方式，而差动保护还可以应用到发电机、线路上。从它们的保护作用和保护范围上看：差动保护的作用是高低压两侧之间的电气部分的故障保护，包括：引线、绕组、大电流接地系统的故障。瓦斯保护主要是保护变压器内部的故障：包括绕组的匝间、铁心、开关等变压器内部所有部位的过热性故障和放电性故障，其保护的灵敏度比差动高，不严重的匝间故障差动反映不出来。但瓦斯不能反映套管和引出线上的故障，瓦斯的抗干扰性要差。差动保护不能代替瓦斯保

17、护，因为瓦斯保护能反应变压器内部的任何故障，包括铁心故障、油位降低等非电路部分的故障，而差动保护对这些故障不会产生反应。另外即使电路部分发生故障，但故障轻微或属过热性故障，在相电流上其量值表现不大的情况，差动都不会有反应，也就是说在灵敏度方向，差动保护也不如瓦斯保护灵敏。瓦斯和差动二者相配合，严重内部故障时两种同时启动，先后看故障的性质和状况。5.3变压器过电流保护5.3.1过电流保护装置的设置及整定为防止变压器纵差保护区外部相间短路引起的过电流，并作为变压器主保护的后备保护，这种保护装于电源侧，当变压器内部发生故障时，作为后备保护，当主保护拒动时断开变压器各侧断路器。保护的动作电流整定值应躲

18、过最大负荷电流及负荷电动机自启动最大电流。过流保护整定电流的大小，具体确定的依据如下：a、对容量较小的降压变压器，不带低电压启动，过流保护的动作电流，按避越可能流过变压器的最大负荷电流来整定，可如下计算：I=（KK）*lmaxKk可靠系数1.21.3;Kf返回系数0.85;Imax变压器最大负荷电流（A）;I过流保护动作电流（A）。b、对并列运行的变压器，变压器的最大负荷电流Imax，按切除一台变压器时产生的过负荷电流计算，当各台变压器容量相等时，上式中的Imax可如下计算：Imax=m/（m-1）*leIe变压器的额定电流（A）;m并列运行变压器的台数。c、对降压变压器，当考虑负荷电动机启动

19、时的最大电流时，变压器的最大负荷电流Imax可如下计算：Imax=K*IImax考虑电动机启动时的最大负荷电流（A）;I变压器的正常运行最大负荷电流（A）;K自启动系数（对110kV降压变电所，610kV侧取1.52.5;35kV侧取1.52）。5.3.2过电流保护的接线方式过电流保护接线方式可以采用两相式或三相式，对小接地电流系统，一般采用两相式，如变压器Y、d联结，为提高后面发生短路时的保护灵敏度，可采用两相三继电器的接线方式；对大接地电流系统，过电流保护一般采用三相式接线方式。5.3.3常用的几种过电流保护装置为了提高过电流保护装置的灵敏度，根据变压器的运行方式和容量大小，常采用如下几种

20、过电流保护装置。（1）带低电压启动的过电流保护装置：通常用于升压变和大容量降压变；11（2）复合电压启动的过电流保护装置：通常用于升压变和灵敏度达不到要求的降压变;（3）负序过电流保护装置：通常用于大容量升压变和系统联络变。5.4变压器零序电流保护主变中性点直接接地时，均应投入零序保护。零序保护主要是防御大接地电流系统中变用来保护接地短压器外部对地短路的保护，主变零序保护安装在变压器中性点直接接地侧,路，可作为防止相应母线和线路接地的后备保护。用来保护接地短5.5变压器过负荷保护主要是防御变压器在对称负荷运行中的过负荷保护,过负荷保护主要用于400kVA及以上的配电变压器，其只需用一相电流，延

21、时作用于信号。5.6变压器的过励磁保护当变压器电压升高或频率降低时都将造成磁密增加,和称变压器的过激磁，变压器过激磁时造成铁心过热,导致变压器铁心饱和，这种铁心饱严重时烧毁铁心。过激磁保护的设置是根据变压器的特性曲线和不同的允许过激磁倍数发出报警或切除。过励磁保护只有在超高压变压器上才装设，其具有反时限特性，以充分发挥变压器的过励磁能力。5.7后备保护为了保护变压器外部短路故障（如相间短路）对变压器的影响，以及作为瓦斯、差动主保护的后备，可根据变压器容量大小和在系统中的作用，分别采用过流保护、复合电压启动的过流保护、负序电流保护、阻抗保护、零序电流保护作为后备保护。6.变压器的户外保护措施（熔

22、断器、避雷器保护）6.1主要是防御变压器在对称负荷运行中的过负荷保护,过负荷保护主要用于400kVA及以上的配电变压器，其只需用一相电流，延时作用于信号。5.6变压器的过励磁保护当变压器电压升高或频率降低时都将造成磁密增加,和称变压器的过激磁，变压器过激磁时造成铁心过热,导致变压器铁心饱和，这种铁心饱严重时烧毁铁心。过激磁保护的设置是根据变压器的特性曲线和不同的允许过激磁倍数发出报警或切除。过励磁保护只有在超高压变压器上才装设，其具有反时限特性，以充分发挥变压器的过励磁能力。5.7后备保护为了保护变压器外部短路故障（如相间短路）对变压器的影响，以及作为瓦斯、差动主保护的后备，可根据变压器容量大

23、小和在系统中的作用，分别采用过流保护、复合电压启动的过流保护、负序电流保护、阻抗保护、零序电流保护作为后备保护。6.变压器的户外保护措施（熔断器、避雷器保护）6.1配电变压器的高、低压侧短路与过负荷保护6.1.1高压侧的跌落式熔断器保护对10kV配电变压器高压侧通常设跌落式熔断器作为短路和过负荷保护。跌落式熔断器,亦称跌落保险，当发生故障时，通过熔丝的电流超过额定数值，熔丝立即熔断，熔丝管靠自重而自动跌落下来，从而切断电源。跌落式熔断器RW型有多种规格型式，但各种型式熔断器熔管内的熔丝的额定电流，从小到大（从1A到200A）有多种规格，其大小的选定应按变压器高压侧额定电流确定，通常125kVA

24、及以下按23倍选取，125400kVA变压器按1.52.0倍选取，大于400kVA变压器按1.5倍选取即可，若计算出熔丝额定电流小于5A的，考虑机械强度均选5A熔丝。6.1.2低压侧的熔断器保护对小型配电变压器的低压侧，多采用低压熔断器，作为低压侧出线发生短路和过负荷的保护，熔片容量通常按变压器低压侧的额定电流值选取，最大不得超过30%,低压熔断器熔片额定电流有15500A多种规格。6.2配电变压器的防雷保护雷害对电力系统的危害是常见且较严重的，由于配电系统的遭雷害事故占电力系统全部雷害事故绝大部分（有80%以上），对配电系统的防雷保护必不可少，是重要的外部过电压保护措施。6.2.1高压侧避雷

25、器保护避雷器应装设在跌落式熔断器内侧，同时其接地端点应与变压器外壳及变压器低压侧中性点三点联合接地，为防止变压器低压侧中性点电位瞬间升高对用户安全的影响，可以在靠近用户的地方加装辅助接地线（重复接地）。6.2.2低压侧避雷器保护为了防止变压器低压侧线路的落雷和反变换波击穿高压绕组的影响，可在低压出线侧安装一组低压避雷器。安装距离越近越好，不应超过5m一般安装在变压器低压出线总开关或总保险的外侧，或吊装于低压出口处的变压器旁边，与变压器共用接地装置。6.2.3配电变压器防雷保护措施的应用a、平原少雷区，可只采用高压侧装设避雷器的方式。b、一般雷电日地区，推荐高、低压侧均设避雷器方式。c、在多雷区

26、，宜采用综合防雷保护措施，（即安装架空地线及耦合地线；高压侧装避雷器；加电抗线圈；低压侧装避雷器）。d、在重雷区，采用防雷变压器或在变压器内部装金属氧化物避雷器。6.3大型电力变压器的防雷保护变电站（所）内大型电力变压器的防雷保护，是对变压器很重要的外部过电压保护措施，包括在变电站（所）总体防雷设施保护范围之内，变电站（所）的雷害来源主要有三个原因：直击雷落于所内导线或设备上；避雷针上落雷产生的感应过电压；沿线路传来的雷电波。对变压器而言，主要按以下几个方面设置避雷保护。6.3.1变压器首端的避雷器保护母线上安排接避雷器时，总是尽可能地把避雷器布置在各被保护设备较近的中心位置。由于避雷器有一定

27、的保护距离，其对变压器而言，应尽量靠近变压器安装，一般最大距离不超过10m,当避雷器离开变压器较远时，雷电在连线上的波过程，会使过电压超过避雷器的残压，直接危害变压器的安全。所以，如果避雷器至主变压器之间距离超过最大允许范围时，应在变压器的进线处装一组避雷器专门用来保护变压器。6.3.2对变压器的中性点的避雷器保护对110kV及以上中性点直接接地系统，如果中性点直接接地运行是不需要装避雷器保护，如果中性点不直接接地，必须安装中性点保护避雷器，通常采取棒间隙并联避雷器作为其对中性点绝缘进行过电压保护。其保护作用是：当出现工频和谐振过电压时棒间隙动作，单相接地时棒间隙不动作，当雷电波在中性点产生过电压时，避雷器与棒间隙联合对中性点绝缘实现保护。对中性