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浅谈10kV供电系统中电力变压器的继电保护

第 16 卷   1 期 第
2006 年 2 月













JOURNAL OF CHANGCHUN UNIVERSITY

   文章编号 : 1009 - 3907 (2006) 01 - 0010 - 03

浅谈 10kV 供电系统中电力变压器的继电保护
冯丽萍 , 董艳萍
( 长春轨道客车股份有限公司 动力厂 , 吉林 长春   130062)

摘   : 简要阐述了 10kV 供电系统中变压器常见故障 、变压器继电器保护类型及其数值的整定 。 要 关键词 : 10kV 变压器 ; 继电器保护 ; 供电系统 中图分类号 : TM588     文献标识码 : B

0    引 言
变压器是工厂电力系统中十分重要的供电设 备 , 它的故障将对供电可靠性和系统的正常运行带 [1 ] 来严重的影响 。同时大容量的电力变压器也是十 分贵重的元件 , 因此必须根据变压器的容量和重要 程度装设性能良好 、工作可靠的继电保护装置 。

热 ; 分接头之间因油泥造成相间短路或表面闪络 ; 油箱漏油 ; 油温指示失灵 ; 防爆管故障使油受潮 等。
( 2) 变压器的不正常运行状态

1) 由于变压器外部相间短路引起的过电流和

外部接地短路引起的过电流和中性点过电压 。 2) 由于负荷超过额定容量引起的过负荷 。
3) 由于漏油等原因引起的油面降低 。

1  10kV 电力变压器的常见故障及非

正常运行状态
( 1) 电力变压器的常见故障可分为变压器油箱

4) 由于变压器额定工作时的磁通密度相当接

近于铁心的饱和磁通密度 , 因此在过电压的作用 下 , 还会发生变压器的过励磁故障 。

内部故障和油箱外部故障两大类 。内部故障 , 指油 箱内部各种故障 , 包括相间短路 , 绕组匝间短路和 单相接地故障等 , 外部故障指引出线绝缘套管间的 相间短路和单相接地故障等 , 具体分为以下四种 : 1) 芯体发生故障 : 各部分绝缘老化 ; 绕组层 间 、匝间发生短路 ; 铜线质量不好形成局部过热 ; 线圈绝缘受潮 ; 系统短路使绕组造成的机械损伤 ; 冲击电流造成的机械损伤等 。 2) 变压器油故障 : 绝缘油因高温运行而氧化 , 吸收空气中的水份造成电气绝缘性能下降 ; 油泥沉 积阻塞油道使散热性能变坏 ; 油绝缘降低造成闪络 放电等 。 3) 磁路故障 : 芯体绝缘老化 ; 穿芯螺丝或轭 夹件碰接铁芯 ; 压铁松动引起电磁铁振动和噪声 ; 铁芯接地不良形成间歇性静电放电 ; 铁芯安装不良 造成空洞声 ; 芯片叠装不良造成铁损增加等 。 4) 结构方面故障 : 分接头接触不良而局部过
收稿日期 : 2005211218 研究 。

2  10kV 电力变压器的继电器保护种

类及动作处理

对于高压侧为 10kV 的车间变电所主变压器来 说 , 通常装设有过电流保护 、电流速断保护 , 如过 电流保护的动作时间不大于 015s , 可不装设电流速 断保护
[2 ]

。容量在 800kVA 及以上的油器浸式变压

器如安装在车间内部 , 容量在 400kVA 及以上时 , 还需装设气体保护即瓦斯保护 。下面仅就变压器的 常见的瓦斯保护 、定时限过电流保护 、电流速断保 护做以简要介绍 。
211   瓦斯保护

Vol116   11 No Feb. 2006

变压器的瓦斯保护是大中型变压器不可缺少的

安全保护 。变压器局部发生击穿或短路故障时 , 常 常是破坏绝缘或变压器油产生气体 。监视气体发生

的速度 , 分析气体的各种特征及成分 , 可以间接地

作者简介 : 冯丽萍 (1971 - ) , 女 , 吉林省舒兰市人 , 长春轨道客车股份有限公司工程师 , 主要从事工厂变配电技术方面的

  第1期

  冯丽萍 , 等 : 浅谈 10kV 供电系统中电力变压器的继电保护

 
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推测故障发生原因 、部位和严重程度 , 在变压器出 现突然性严重故障时自动报警或切断电源 。瓦斯保 护分为两种 : 一是轻瓦斯保护动作于信号 , 另一种 是重瓦斯保护动作于断路器跳闸 。 轻瓦斯保护动作 , 通常有下列原因 : ( 1) 因进行滤油 、加油和启动强油循环装置而 使空气进入变压器 。 ( 2) 因温度下降或漏油致使油面缓慢低落 。 ( 3) 因变压器轻微故障而产生少量气体 。 ( 4) 因直流回路绝缘破坏或接点劣坏引起误动 作。 引起重瓦斯保护动作跳闸的原因 , 可能是由于 变压器内部发生严重故障 , 油面剧烈下降或保护装 置二次回路故障 , 在某种情况下 , 如检修后油中空 气分离的太快 , 可能导致瓦斯保护动作于跳闸 。发 生瓦斯信号后 , 首先应检查瓦斯继电器动作的原 因 , 如不是上述原因造成的 , 则应立即收集瓦斯继 电器的气体 , 并根据气体的多少 、颜色 、是否可燃 等判断其故障性质 。重瓦斯保护动作时 , 若判明是 内部故障 , 应向上级汇报并取油样化验 , 进行色谱 分析检查油的闪点 。若油的闪点比过去降低 5 度以 上 , 则说明变压器内部有故障 , 必须停下处理 , 严 禁冒然送电 。
212   定时限过电流保护

范围内各部分进行检查 : 检查变压器套管是否完 整 , 连接变压器的母线上是否有闪络的痕迹 。另一 方面检查电缆头是否有损伤 , 电缆是否有移动的现 象 。若检查结果没有上述现象 , 则应查明变压器内 部是否有故障 。当变压器内部有损伤时 , 则不允许 将变压器合闸送电 。

3  10kV 电力变压器继电保护装置选

择及数值整定
在工厂供电中变压器保护继电器的选择和整定 值计算准确与否 , 不仅对电网的安全 、可靠运行 , 而且对企业的正常生产都有不可忽视的影响 。因 此 , 在选择这些保护继电器并在确定其整定值时 , 除要考虑与电网保护的选择性要求和变压器的正常 过负荷外 , 还要考虑在最大负荷情况下 , 起动较大 容量电动机时 , 其起动电流不致于引起保护误动 作 。关于定时限过流保护已在很多文章中提到 , 不 再赘述 , 下面主要介绍变压器的速断保护 。 311   保护继电器的选择 变压器电流速的断保护的作用 , 是防止被保护 范围内发生金属性单相或多相短路时产生过电流长 时间冲击而引起故障点故障的扩大 , 并波及故障线 路及其设备 。因此 , 一般都是作用于断路器跳闸 , 以便迅速切断故障点电源 。变压器电流速断保护跳 一方面可利用其瞬时动作元件满足电流速断保护要 求 , 另一方面利用其延时动作元件的反时限部分 , 以躲过电动机的起动电流 , 满足变压器过负荷要 求 。G 型感应式电流继电器能简化线路接线 , 但 L 却增加了调校的难度 , 并且其动作特性不如 DL 型 电磁式继电器 。 312   保护继电器的整定值计算 电流速断保护的整定值计算原则是 , 一方面要 满足系统保护的选择性要求 , 在继电器保护区域内 发生短路故障时 , 能快速 、准确切出故障点元 ; 另 闸分为 t = 0s 速断跳闸和 t = 015s 延时速断跳闸两 种形式 。实践证明 , 采用延时速断保护跳闸具有明 显的优越性 。 常用的继电器有两种 : 一是 DL 型电磁式电流 继电器 ; 二是 G 型感应式电流继电器 。如变压器 L 负荷中没有较大容量的电动机 , 此时可采用延时速 断过流保护 。为改善动作特性 , 一般多采用 DL 型 电磁式电流继电器 , 另增加时间继电器以获得保护 的时限 ; 反之 , 如变压器负载中具有较大容量的电 动机负荷 , 此时宜采用 G 型感应式电流继电器 , L

变压器的定时限过电流保护是指起动电流按照 躲开最大负荷电流来整定的一种保护。它在正常运 行时不动作 , 而在有故障时 , 则反应电流的增大而 动作 。 当变压器由于定时限过电流保护动作跳闸时 , 首先应解除音响 , 然后详细检查有无越级跳闸的可 能 , 检查各出线断路器的保护装置的动作情况 , 如 查明是因出线故障引起的越级跳闸 , 则应拉开该出 线断路器 , 将变压器投入 , 并恢复向其余各线路送

电 ; 若查不出明显故障征象时 , 则变压器可在空载 的情况下试投一次 , 正常后再逐路恢复送电 , 若检 查发现变压器本体有明显的故障迹象时 , 在解除故 [5 ] 障前严禁合闸送电 。 213   速断保护 压器 , 应首先将备用变压器投入 , 然后对速断保护

在满足供电系统稳定性 , 用户供电可靠性条件 下 , 总希望在故障发生瞬间 , 保护能迅速动作 , 电 流速断保护就是反应于增大而瞬间动作的一种保 护 。它的主要优点是简单可靠 , 动作迅速 。 当变压器的速断保动作于跳闸时 , 如有备用变

 
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  长 春 大 学 学 报

  第 16 卷

一方面要能躲过较大容量电动机起动时的起动电流 和其他原因引起的瞬间过负荷 。一般情况下 , 能满 足前者的要求已能满足后者的要求 。为减轻计算工 作量 , 确保定值的准确性和实用性 , 根据多年经 验 , 使用了一种更为简单的计算方法 。 ( 1) 变压器负荷中无大容量电动机 因为变压器负荷中无大容量电动机 , 负荷较平 稳 , 此时继电器一次动作电流的保护整定值 。
I d z = Ke KH I1 ,

根据以上方法计算的保护整定电流值实际上是 最低的整定电流值 。它在正常运行情况下保护不会 动作 , 而在发生任何一种短路故障情况下 , 均能可 靠保护动作 。 在整定计算中 , Ke 、 KH 和起动电流倍数可按 以下原则确定 : Ke 是综合考虑的一个安全系数。如较大容量 电动机起动次数频繁 , 变 ( 配) 电站系统阻抗较小 时应取大值 ; 反之 , 取小值 。
KH 是由继电器特性确定的一个可靠系数 , 如

114~116 ; G 型继电器取 118~210 ; L 115~210倍变压器额定电流 。
briefly elaborated.

式中 : Ke —— — 可靠系数 , 取 112~115 ; 绕线型异步电动机 : ( 4~5) IN ,

KH —— 电 器 可 靠 系 数 , DL 型 继 电 器 取 —继

I1 —— 压 器 一 次 测 计 算 电 流 , 一 般 取 —变

( 2) 变压器负荷中具有较大容量电动机

由于变压器负荷具有较大容量电动机 , 因此必 须考虑电动机起动时产生较大的起动电力对继电器 运行的影响 。根据前面的计算式 , 则有 : I d z1 = Ke KH ( Imax + Ist ) , 式中 : Imax —— — 电动机起动前变压器拥有的最大负 荷电流 ; Ist —— — 电动机起动电流 。 为此 , 整定值的计算则决定于 Imax 、 Ist 两个电 流取值 。一般情况下 , Ist 可以认为是变压器的最 大负荷电流值减去电动机的额定电流值 , 而变压器 的最大负荷电流可根据负荷计算或观察负荷运行结 果取得 。对于 Ist 则可以这样近似选取 : 笼型异步电动机 : ( 6~7) IN ,

变压器经常过负荷 , 且较大容量电动机起动时间较 长应取大值 ; 反之 , 取小值 。 电动机起动电流倍数是整定计算中的一个重要 因素 。一般重载起动电动机取大值 ; 轻载起动电动 机取小值 。

参考文献 :
1984.

[ 1 ]  刘介才 . 工厂供电 [ M] . 北京 : 机械工业出版社 , [ 2 ]  贺家李 . 电力系统继电保护原理 [ M] . 北京 : 水利

[ 3 ]  郭仲礼 , 于曰浩 . 高压电工实用技术 [ M] . 北京 :

[ 4 ]  刘光源 . 实用维护电工手册 [ M] . 上海 : 上海科学

[ 5 ]  韩延臣 . 工厂供电 [M] . 北京 : 北京出版社 , 1992.

On relay protection of power transformer in 10kV power supply system
FENG Li2ping , DONG Yan2ping

( Power Plant , Changchun Limited Liability Company of Track Passenger Train , Changchun 130062 , China)

Abstract : In the 10kV power supply system , common breakdown of transformer , relay protection type of transformer and its value setting are Key words : 10kV transformer ; replay protection ; power supply system

同步电动机 : ( 315~415) IN ,
IN 为电动机的额定电流 。
电力出版社 , 1985. 北京出版社 , 1992. 技术出版社 , 1993.

减压起动的笼型异步电动机 : (3~4) IN 。

责任编辑 : 钟   声


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