電力變壓器是電力系統中的重要電氣設備，其廣泛應用於不同電壓等級的變電站中。電力變壓器屬於連續運行的靜止設備，相對於輸電線路和發電機來說，雖然運行比較可靠，發生故障機會較少，但是大部分變壓器安裝在戶外，受自然條件影響大，還受到連接負荷和電力系統故障影響，特別是現代電力系統，越來越多的採用大容量電力變壓器，電壓等級高，造價昂貴，結構複雜，如果因故障而遭到損壞，將造成很大的經濟損失。另外，變壓器故障不僅影響供電可靠性，對電力系統穩定運行擾動也很大，影響範圍大。
1、變壓器的常見故障和異常
變壓器的故障可分為內部故障和外部故障。
內部故障指的是本體內部故障是變壓器油箱內發生的故障，它包括繞組間的相間短路、繞組或引線的單相接地短路及繞組的匝間短路，還有由於各種原因在變壓器油中產生的間歇性電弧或局部過熱，在發展過程中也可能引起各種故障。
外部故障指的是油箱外部引出線的各種相間短路或單相接地短路。變壓器的故障，特別是內部故障電弧，不僅會損壞繞組絕緣、燒壞鐵芯，還可能產生大量汽化氣體，引起油箱爆炸。因此變壓器發生故障時，保護裝置應迅速將故障變壓器切除。
變壓器故障統計表
從上表看出變壓器內部故障出現的概率佔多數，變壓器不正常工作狀態主要包括：由於變壓器外部相間短路引起的過電流，外部接地短路引起的過電流和中性點過電壓，冷卻系統故障和過負荷，大容量變壓器在過電壓和低頻率等異常工況下的過勵磁。變壓器長時間不正常運行會造成繞組和鐵芯過熱以及絕緣損壞，保護應及時發出告警信號，並採取相應措施。故需要對變壓器採取相應的保護措施規避一系列問題。
2、變壓器保護的配置原則
（1）瓦斯保護：瓦斯保護用於反映並消除變壓器油箱內部各種短路及油麵降低。對於0.4MVA及以上車間內油浸式變壓器和0.8MVA及以上油浸式變壓器，均應裝設瓦斯保護。帶負荷調壓變壓器充油調壓開關，亦應裝設瓦斯保護。
（2）縱差動保護或電流速斷保護： 縱差動保護或電流速斷保護作為變壓器內部、套管及引出線短路故障的主保護。對於電壓在10kV及以下、容量在10MVA及以下變壓器採用電流速斷保護。電壓在10kV以上、容量在10MVA及以上變壓器採用縱差動保護。對於10kV重要變壓器，也可採用縱差動保護。而電壓為220kV及以上變壓器採用數字式保護時，應採用雙重化保護配置（非電量保護除外）。
（3) 相間短路後備保護：反映外部相間短路引起的變壓器過電流，並作為瓦斯保護和縱差動保護的後備，35kV~66kV及以下中小容量降壓變壓器宜採用過電流保護，110kV~500kV降壓、升壓和系統聯絡變壓器宜採用複合電壓起動的過電流保護或複合電流保護。
（4）接地短路後備保護：對110kV及以上中性點直接接地電網中各種變壓器，當變壓器中性點可能接地運行或不接地運行時，為反映外部單相接地短路引起的過電流，以及因失去接地中性點引起的變壓器中性點升高，應裝設相應的零序過電流保護和零序過電壓保護。
（5）過負荷保護 ：應裝設反映變壓器各側繞組過負荷情況的過負荷保護
（6）過勵磁保護：對於高壓側為330kV及以上電壓等級的變壓器，應裝設過勵磁保護。
（7）其它保護：應裝設能夠反映變壓器油溫、繞組溫度及油箱內壓力升高，或冷卻系統故障的保護。
3.保護原理
（1）.瓦斯保護：當變壓器內部發生故障時，由於短路電流和短路點電弧的作用，變壓器內部會產生大量氣體，同時變壓器油流速度加快，利用氣體和油流來實現的保護稱為瓦斯保護。
輕瓦斯保護：當變壓器內部發生輕微故障或異常時，故障點局部過熱，引起部分油膨脹，油內氣體形成氣泡進入氣體繼電器，輕瓦斯保護動作，發出輕瓦斯信號。
重瓦斯保護：當變壓器油箱內發生嚴重故障時，故障電流較大，電弧使變壓器油大量分解，產生大量氣體和油流，衝擊檔板使重瓦斯繼保護動作，發出重瓦斯信號並出口跳閘，切除變壓器。
重瓦斯保護:是油箱內部故障的主保護，他能反映變壓器內部的各種故障。當變壓器發生少數匝間短路，雖然故障電流很大，但在差動保護中產生的差流可能並不大，差動保護可能拒動。因此對於變壓器內部故障，需要依靠重瓦斯保護切除故障。
（2）.變壓器差動保護：變壓器差動保護是變壓器的主保護之一。通常其保護範圍包括了各側電流互感器以內區域，可以保護變壓器繞組的相間短路、匝間短路、各側引出線短路和中性點接地側變壓器繞組和引出線上的單相接地短路。然而與線路、發電機差動保護不同，變壓器一般具有兩個或更多個電壓等級，變壓器原副邊電氣量反映的是變壓器各側磁耦合關係，因此變壓器差動保護不平衡電流產生的因素更多，特別是變壓器勵磁湧流、過勵磁均對保護有影響，需要採取相應措施防止保護誤動。
差動保護的動作量為差動電流，差動電流為變壓器各側電流相量和，變壓器區內故障時，差動電流為流入故障點的電流，當差動電流大於保護的動作電流時，差動保護動作。在變壓器正常運行和外部故障時，變壓器各側流入和流出的一次電流之和為零，保護不會動作。但變壓器差動保護在實際正常運行和外部短路時，由於變壓器各側電流幅值和相位不同，以及勵磁電流的存在，使得差動迴路中穩態、暫態不平衡電流顯著增加，從而造成影響差動保護動作行為的特殊問題。
(3).相間短路後備保護:作為電氣主設備的繼電保護，其基本功能是保證主設備的運行安全。變壓器繞組的過電流是影響變壓器安全的一個重要因素，當變壓器外部短路故障長期未被切除（例如低壓母線故障），變壓器將因較長時間通過短路大電流導致嚴重內部故障，甚至造成變壓器的損壞。因此相間後備保護在每一側配置一段不帶方向元件的過電流保護，斷開變壓器各側斷路器，其定值獨立整定，可以作為設備自身對內部及外部故障保護的最後一道防線，能夠最終切除故障，從而保證設備和系統的安全。
(4). 接地短路後備保護:接地故障是電力系統的主要故障形式，對110kV及以上中性點直接接地電網連接的各種變壓器，對外部單相接地短路引起的過電流，應裝設接地短路後備保護。變壓器接地故障的零序保護由零序過電流保護，零序過電壓保護、間隙零序過電流保護構成。按照變壓器中性點接地方式的不同，接地後備保護分別考慮如下:
1）變壓器中性點直接接地的零序保護由兩段式零序過電流保護構成，通常以較短時限動作於縮小故障範圍，以較長時限動作於斷開變壓器各側斷路器。對自耦變壓器和高、中壓側均接地的三繞組變壓器，為滿足選擇性要求，可增設零序方向元件，方向指向各側母線。
2）對於中性點可能接地運行或不接地運行的變壓器，應配置兩種接地保護。一種接地保護用於變壓器中性點接地運行狀態，通常設置兩段式零序過流保護。另一種接地保護用於變壓器中性點不接地運行狀態，需按照變壓器的不同情況分別考慮。
a) 全絕緣變壓器。除了裝設兩段式零序過電流保護，以滿足變壓器中性點直接接地運行要求，還應增設零序過電壓保護，以適應變壓器所連接電力網失去接地中性點時出現中性點過電壓的保護。
b) 分級絕緣變壓器。中性點應裝設放電間隙，可以對中性點絕緣薄弱部分起到過電壓保護作用。此時，除了用於中性點直接接地運行變壓器的兩段式零序過電流保護外，還要增設反應間隙放電的零序電流保護和零序過電壓保護，當變壓器所接電力網失去接地中性點，又發生單相接地故障時，反應間隙放電的零序過電流保護和零序過電壓保護動作，經短延時跳開變壓器各側斷路器。兩段式零序過流保護、零序過電壓保護的整定同上。根據經驗，間隙零序過電流保護其一次動作電流可取為100 。保護動作延時取0.3s。
(5). 過勵磁保護:按照變壓器的工作原理，變壓器的工作磁密B與變壓器外加電壓U及其頻率f具有以下關係：B=k(U/f)，式中k為常數。相對於額定值的電壓升高和頻率降低，將造成磁密超過額定工作磁密，出現過勵磁現象。過勵磁導致變壓器鐵芯的嚴重飽和，伴隨產生過量的渦流損耗，使鐵芯及附近的金屬構件發熱、絕緣老化，甚至損傷變壓器。與系統並列運行的變壓器在系統解列突然甩負荷時使變壓器電壓升高，或由鐵磁諧振引起過電壓，或由於誤操作或變壓器分接頭調整不當，而大型變壓器工作磁密較低，在這些情況下，均可造成變壓器的過勵磁，發電機變壓器組中升壓變壓器，由於發電機低速運行或轉速下降，導致頻率較低，也會使變壓器過勵磁。
（6）.其他保護
1）壓力保護：壓力保護也是變壓器油箱內部故障的主保護。含壓力釋放和壓力突變保護，用於反應變壓器油的壓力。
2 ）溫度及油位保護：當變壓器溫度升高達到預警值，溫度保護髮出告警信號，並投入起動備用冷卻器，當變壓器漏油或由於其他原因使得油位降低是，油位保護動作，發出告警信號。
3）冷卻器全停保護：當運行中的變壓器冷卻器全停時，變壓器溫度會升高，若不及時處理，可能會導致變壓器繞組絕緣損壞。因此在變壓器運行中冷卻器全停時，該保護髮出告警信號並經長延時切除變壓器。
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