变压器保护（非电量）

1、课程要点提纲要点一何为非电量保护？要点二变压器非电量保护的类型有哪些？要点三非电量保护的测量、启动、元件及动作原理？重点讲述瓦斯保护及动作原理温度保护及动作原理冷却器全停保护回路 变压器保护（非电量） 变压器是变电站重要的电气设备之一，它的安全运行直接关系到整个电力系统连续稳定运行。特别是大型变压器，造价高，价格复杂，因故障损坏，其修复难度大，时间长，在经济上必然要遭受较大损失。因此必须根据变压器的容量和重要程度装设性能良好，动作可靠的保护装置。 一、变压器故障分为：油箱故障、油箱外故障。针对故障情况，变压器保护分为非电量保护和电量保护。1、油箱故障：包括绕组相间短路，绕组匝间短路及中性点接地

2、系统绕组的接地短路等。这些故障危害性很大，因为短路电流产生的高温电弧不仅会烧坏绕组绝缘和铁芯，还会使绝缘材料和变压器油分解而产生大量气体，可能使外壳变形、破裂，甚至发生油箱爆炸事故。因此变压器油箱故障时，必须迅速将变压器切除。2、油箱外故障：主要是变压器套管和引出线上发生的相间短路和接地短路。发生这类故障时，也应迅速切除变压器，尽量减小和消除短路电流造成的危害。1、变压器的非电量保护包括：变压器的瓦斯、油温度、油位、绕组温度、压力释放、冷却装置故障保护和报警等。二、变压器非电量保护2、定义：指由非电气量反映故障动作或发信的保护。非电量保护瓦斯继电器压力释放阀/防爆膜冷却器全停跳闸回路1、温度继

3、电器2、温度闭锁回路速动油压继电器瓦斯保护温度保护防爆保护冷却器全停保护油压超速保护3、变压器非电量保护概况 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 非电量保护的种类保护名称反应的物理量

4、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、过低二、瓦斯保护原理及运行维护注意事项 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。变压器内部故障的主保护是瓦斯保护，它能瞬间切除故

5、障设备，但气体继电器的灵敏度却取决于整定值（流速）。 瓦斯保护：是变压器的主要保护，可以反映油箱内的一切故障(反应气体数量和油流速度的保护）。 瓦斯保护的分类： 瓦斯保护本体瓦斯调压瓦斯本体重瓦斯本体轻瓦斯有载调压重瓦斯有载调压轻瓦斯动作迅速、灵敏可靠、结构简单特点瓦斯继电器外形图浮子（开口杯）接线柱挡板磁铁干簧接点保护原理利用反应气体和油流速度状态的原理来实现保护变压器内部故障。瓦斯继电器外形图浮子（开口杯）接线柱阻尼弹簧挡板磁铁干簧接点轻瓦斯积聚气体数量250mL350mL发信号重瓦斯油流冲向油枕的速度 1.01.2m/s跳 闸有载调压瓦斯：只是保护的对象和安装位置不同，原理与本体瓦斯一致

6、。二、瓦斯保护原理及运行维护注意事项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250300mL，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

7、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。 3、气体继电器 以双浮子气体继电器为例说明 其工作原理。 气体集聚：当局部过热引起液

8、体和固体绝缘逐渐分解而生成气体:上浮子落下达其整定位置 ,发出报警信号 ;下浮子位置保持不动。 绝缘液体流失：当渗漏造成绝缘液体流失 ;上浮子下降达其整定位置 ,发出报警信号 ;液面下降造成下浮子位置下降直至达其整定位置时 ,发出跳闸信号。气体集聚油流涌动绝缘液体涌流：内部高能量放电产生快速甚至强烈的分解气体。由此产生的压力波引起液体冲向储油柜的强力涌流:强力涌流冲向油路中的挡板,将浮子强力的推到整定位置致使接点动作。跳闸信号被释放。通常当变压器100MVA,ONAN,ONAF整定值为1.0M/S ;对于OFAF,整定值为1.2M/S 绝缘油泄漏4、气体继电器运行维护中的注意事项： （1）继电

9、器应通过气塞反复排出变压器本体内的气体。 （2）变压器运行时瓦斯保护装置应接信号和跳闸，有载分接开关的重瓦斯保护应接跳闸。同时应确保信号和跳闸回路的绝缘性能良好。 （3）气体继电器应结合变压器停电进行二次回路电气绝缘试验及轻瓦斯动作准确度校验，在变压器检修时或有条件时应拆下继电器进行动作特性校验，并做好记录。 （4）继电器应具备防振、防雨和防潮功能。 （5）变压器在运行时，继电器应根据不同的运行、检修方式及时调整继电器的保护方式，并尽快恢复原状。 （6）变压器在运行中滤油、补油、换潜油泵或更换净油器的吸附剂时，应将其重瓦斯改接信号，此时其它保护装置仍应接跳闸。 （7）当油位计的油面异常升高或呼

10、吸系统有异常现象，需要打开放气或放油阀门时，应先将重瓦斯改接信号。 （8）在地震预报期间，应根据变压器的具体情况和气体继电器的抗震性能，确定重瓦斯保护的运行方式。地震引起重瓦斯动作停运的变压器，在投运前应对变压器及瓦斯保护进行检查试验，确认无异常后方可投入。 （9）当气体继电器发信或动作跳闸时，应进行相应电气试验，并取气样进行必要的分析，综合判断变压器故障性质，决定是否投运。 （10）有载分接开关气体继电器出现积气现象时应及时检查分析。重视继电器内游离炭的积累，将引起接线端子的绝缘下降或接地现象，应及时排出。 （11）在继电器内有气体需要进行取气样或排气时，先拧松导气盒底部的放油塞，放出部分变

11、压器油，继电器内的气体随油面下降通过铜管进入导气盒，就可以通过导气盒上的放气塞进行放气或取气。 （12）运行时必须注意导气盒各接头的密封情况。5、瓦斯保护的优缺点：优点：结构简单、灵敏、经济，能全面反应变压器油箱内部的各种故障。特别是匝间短路且被短接的匝数很少时，故障回路的电流虽然很大，可能造成严重的局部过热，但反应在外部电路的电流变化很小，甚至连灵敏度较高的差动保护也可能不会动作。因此，瓦斯保护反应这一类故障具有特别重要的意义。此外，瓦斯保护是铁芯烧坏的唯一保护。400KVA以上的室内变压器均应装设瓦斯保护，800KVA以上的室外变压器应装设瓦斯保护。缺点：不能反应变压器套管及引出线的故障。

12、所以瓦斯保护不能作为变压器的唯一主保护，它与差动保护或电流速断保护共同作为变压器的主保护。6、QJ2-40B瓦斯继电器工作原理 变压器正常运行时，气体继电器内部充满变压器油，当变压器内部出现故障，变压器油分解而产生的气体聚集在继电器的气室内，气压使油面下降，浮子随油面下降，并联动磁性开关C或D吸合。磁性开关C吸合，接通信号回路，发出报警信号。信号。QJ2-40B若其他原因（如渗漏油）导致油箱内油面下降，同样作用于信号回路，发出报警信号。当变压器内部发生严重故障，将会产生大量气体，导致油面严重下降，此时，磁性开关D吸合，将变压器从电网中切除，发出跳闸。三、压力释放阀的保护原理及运行维护注意事项1

13、、保护原理： 为提高设备运行可靠性，早期投运的大型变压器，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

14、，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(DLT 57295)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

15、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。3、压力释放阀运行维护应注意的事项：（1）变压器的压力释放阀接点宜作用于信号。（2）定期检查压力释放阀的阀芯、阀盖是否有渗漏油等异常现象。（3）定期检查释放阀微动开关的电气性能是否良好，连接是否可靠，避免误发信。（4）采取有效措施防潮、防积水、防小鸟做窝。（5）结合变压器大修应做好压力释放阀的校验工作。（6）释放阀的导向装置安装和朝向正确，确保油的释放通道畅通并避免释放出的油喷到周围其他设备及带电部位。（7）运行中的压力释放阀动作后，应将释放阀的机械电气信号手动复位。四、压力

16、突变保护原理及运行维护注意事项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。3、运行维护中应注意的事项：（1）速动油压（压力突变）继电器通过一蝶阀安装在变压器油箱侧壁上，与储油柜中油面的距离为13m。装有强油循环的变压器，继电器不应装在靠近出油管的区域，以免在启

17、动和停止油泵时，继电器出现误动作。（2）速动油压继电器必须垂直安装，放气塞在上端。继电器安装正确后，将放气塞打开，直到少量油流出，然后将放气塞拧紧。 （3）速动油压继电器动作压力整定值应参考JB 10430-2004变压器用速动油压继电器5.3节速动油压继电器动作特性，一般为25kPa/s20%。（4）应选用质量稳定、具有良好运行业绩的速动油压继电器，变压器投运前需对保护回路进行传动试验，传动信号直接来自速动油压继电器的内部接点。由于目前对速动油压继电器的动作情况尚缺乏足够运行经验，因此宜投信号。五、温控器保护原理及运行维护注意事项 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

18、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。主要功能：1、根据变压器温度的变化控制变压器冷却器工作状态；2、当变压器温度较高时，发出报警信号或跳闸；温度计主要结构：温包、PT100电阻、毛细管、波纹管、表头、压力式继电器。主要测量和启动元件：变压器温度继电器（油温表）问题1：上层油温计与绕组温度计有何异同呢？热模拟：用一个流经电热元件的加热电流Ih所产生的附加温升Ih2R（R为电热元件电阻值），即Ih2R=Two，当附加温升Ih2R在数值上完全等同铜油温差Two时，就可以间接

19、获得变压器绕组温度 Tw=To+ Two CT额定电流Ict的大小与变压器铭牌额定负荷电流、电流互感器变比有关；而加热电流Ih是对Ict进行调整后并根据变压器铜油温差人为给出的一个工作电流。强调：IctIh问题2：为什么监控后台显示的温度与本体温度计上显示的温度有差异呢？温度值动作情况上层油温85“油温高”报警信号上层油温80“油温高”报警信号返回绕组温度105“绕组温度高”报警信号绕组温度100“绕组温度高”报警信号返回上层油温95跳闸/信号绕组温度115跳闸/信号油面温度65“风扇启动”信号，启动辅助冷却器油面温度55“风扇启动”信号返回，辅助冷却器停运绕组温度80“风扇启动”信号1、测温

20、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(

21、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420mA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 变压器应配备油面温度控制器及绕组温度控制器，并有温

22、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

23、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。3、温控器运行维护中应注意的事项：（1）变压器应装设温度保护，如有指示曾经到过的最高温度的指针，安装时，必须将该指针放在与显示实时温度重叠的位置。（2）变压器必须定期检查、记录变压器油温及曾经到过的最高

24、温度值。应按照顶层油温来控制冷却装置的投切、温度过高发信。（3）变压器投入运行后现场温度计指示的温度、控制室温度显示装置、监控系统的温度三者基本保持一致，相差一般不超过5。（4）温度计座内应注有适量的变压器油。（5）绕组温度计变送器的电流值必须与变压器用来测量绕组温度的套管型电流互感器电流相匹配。由于绕组温度是通过间接测量换算而来，故宜投信号，在运行中仅作参考。（6）应结合停电，定期校验温度计。4、变压器的几种常见冷却方式：（1）ONAN：散热片中油和空气均自然循环。（2）ONAF：散热片中油自然循环，风扇强迫空气循环。（3）OFAF：在散热片或冷却器中，油通过泵强迫循环；空气通过风扇强迫循环

25、。（4）ODAF：在散热片或冷却器中，油流通过油箱内部的集油腔盒导向孔流入绕组，油流通过油泵强迫循环，空气通过风扇强 迫循环。5、冷却装置运行中应注意的事项：（1）自然油循环风冷、强迫油循环冷却变压器，应装设冷却系统故障保护，当冷却系统部分故障时应发信号。（2）对强迫油循环冷却的变压器，应装设冷却器全停保护，当冷却系统全停时应按下述要求整定出口跳闸。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75，则允许上升到75，但在这种状态下运行的最长时间不得超过1h。（3）变压器冷却系统必须有两个相互独立的系统电源，并装有自动/手动切换装置。（4）对有两台

26、或多台冷却油泵的变压器，应具备自动逐台延时启停功能。（5）用油面温度计和负荷电流两个参数控制风扇和油泵的启停，任何一个参数大于整定值时启动风扇或油泵，二个参数均小于整定值时方停用风扇或油泵。对无人值班变电所，冷却装置起停应结合油温、负荷、冷却方式来确定。（6）油流继电器宜投信号。 运行规程的规定：强油循环变压器，当冷却器系统故障切除全部冷却器时，允许带额定负载运行20分钟。如20分钟后顶层油温尚未达到设定的跳闸值（75），则在这种状态下运行的最长时间不得超过l小时。五、油位计的保护原理及运行维护注意事项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

27、位。2、运行维护中应注意的事项：（1）变压器本体应设置油面过高和过低信号，有载调压开关宜设置油面过高和过低信号。 （2）高、低油位通常整定值为10、0。由于设计原因，当指针在02.5范围内时，容易出现卡涩，此时指示的油位是不准确的。（3）新变压器投运前需进行油位过高和过低保护的模拟传动试验和接点绝缘电阻测试。六、非电量保护问题及措施：（1）二次信号连接电缆若有破损，易引发事故。现变压器采用专用引出接头及不锈钢桥架至端子箱的全封闭措施可杜绝事故隐患。（2）压力释放阀的接线柱受雨水浇淋锈蚀易误动作，现采用防雨导向罩可防止此类现象发生。（3）在气体继电器及油流继电器上装置防雨罩。（4）注意所有二次线连接可靠无破损。（5）注意变压器运行时电流互感器二次侧不得开路。变压器非电量保护内部故障温度过高冷却器故障全停轻瓦斯动作（信号）重瓦斯动作（跳闸）突发压力继电器动作（信号）释压阀动作（信号）启动辅助冷却器油温高（报警）油温高（跳闸）轻微故障严重故障1min报警（信号）运行20min60min后（跳闸）七、 YW管式油位计 YW管式油位计/顶装式油标管 ：1、主要适用于油浸式全密封变压器，安装在变压器油箱盖上