■ 变压(ya)器的常见故障和异常
　　变压器(qi)的故(gu)障可分为内部故障和外部故(gu)障。
　　内部故障指的是箱壳(ke)内部发生的(de)故障(zhang)，有绕(rao)组(zu)的相间短路故障、一相绕组的匝间短路故障(zhang)、绕组与铁芯间的(de)短路故障、绕组的断线故障等。
　　外部故障指的是变压器(qi)外部引出线间(jian)的各种相间短路(lu)故障、引出线绝缘套管闪络通过箱壳发生的单相接地故障。
　　变压器发生故障危害很大。特(te)别是发生内(nei)部故障时(shi)，短路电流(liu)所产生的高温(wen)电弧不(bu)仅会烧坏变压器绕组的绝缘和(he)铁(tie)芯，而(er)且会使变压器(qi)油受热(re)分解(jie)产生大量气体，引起变(bian)压器外壳变(bian)形甚至爆炸。因此变(bian)压器故障时必须将其切除(chu)。
　　变压器的异常情况主要有过负荷、油面降低、外部短路引起的过电流，运行中的变压器油温(wen)过(guo)高、绕组温度过高、变压器压力过高、以及冷却系统故障(zhang)等。当变压器处于异常运行状态时，应给出告警信号。
　　■ 变压器保护的配置
　　短路故障的主保护：主要有纵差保护、重瓦斯保护等。
　　短路故(gu)障的后备保护：主要(yao)有复合电压闭锁过(guo)流保(bao)护、零序（方向）过流保护、低阻抗保护等。
　　异常运行保护：主要有过负荷保护、过励(li)磁保护(hu)、轻瓦斯(si)保护、中性点间隙保护、温度油位及冷却系统故(gu)障保护(hu)等。
　　■ 非电量保护
　　利用变压器的油、气、温度等非电气量构成的变压器保护(hu)称为非电量保护。主要有瓦斯(si)保护、压(ya)力保护、温度保护、油位保(bao)护及冷却器全(quan)停保护(hu)。非电量保护根(gen)据现场需要动作于跳闸或发信(xin)。
　　（1）瓦斯保护
　　当变压器内部发生故障时，由于短路电流和短路点电(dian)弧的作用，变压器内部(bu)会(hui)产生大量气体(ti)，同时变(bian)压器油流速度加快，利用气(qi)体和油流来实现的保护称为瓦斯保护。
　　轻瓦斯保护：当(dang)变压器内部发生轻微故障或异常时，故障点局部过热，引起(qi)部分油膨胀，油内气体(ti)形成气泡进入气体继电器，轻瓦斯保护动作，发出轻瓦斯信(xin)号。
　　重瓦斯保护：当变压(ya)器油箱内(nei)发生严(yan)重故障时，故障电(dian)流较大，电弧使(shi)变压器油大量分解，产生大量气体(ti)和油流，冲击档板使重瓦(wa)斯继保护动作，发出重瓦斯信号并(bing)出口跳(tiao)闸，切除变(bian)压器。
　　重瓦斯保护是油箱内部故障的主保护，他能反映(ying)变压器内部的各种故障(zhang)。当变压器发(fa)生(sheng)少(shao)数匝间短路，虽然故障电流很(hen)大，但在差(cha)动保护中产(chan)生的差流可能(neng)并(bing)不大，差动保(bao)护可能拒动。因此对于变压(ya)器内部故障，需要依靠重瓦斯保护切除故障。
　　（2）压力保护
　　压力保护也是变压器油箱内部故障的主保护。含压力释放(fang)和压力突变(bian)保护，用于反应变压器油的压力。
　　（3）温度(du)及油位保护(hu)
　　当(dang)变压器温度升高达到预警值(zhi)，温度保护发出告警信号，并投入起动备用冷却器。
　　当变(bian)压器(qi)漏油或由于其他原因使得油位降低(di)是，油位保护动作，发出告警信号。
　　（4）冷却器全停保护(hu)
　　当运行中的变压器冷却器全停时，变压器温度会升高，若不(bu)及时处理，可能会(hui)导致变压器(qi)绕组绝缘损坏。因此在变压器(qi)运行中冷却器全(quan)停时，该保护(hu)发出告警信号并经长延时切(qie)除变压(ya)器。
　　■ 差动保护(hu)
　　变压器差动保护是变压(ya)器电气量的主(zhu)保护，其保护范围是各侧电流互感器所包(bao)围的部分。在这范围内发生的绕(rao)组相间短路、匝间短路等故障时，差动保护均要动(dong)作(zuo)。
　　关于变压器差动保护的原理，之前我们之前已经(jing)进(jin)行了详细的讨论(lun)，需要的朋友可以在(zai)历史记录(lu)6、7、8期中回看相(xiang)关内容。对此就不做赘述了，这里再简单补充一些关于励磁(ci)涌流的概念。
　　（1）变(bian)压器的励(li)磁涌流
　　空投变压器时产生的励磁电流称作励(li)磁涌流。励(li)磁涌流的大小与变压器的(de)结构、合(he)闸角(jiao)、容量、合闸前剩磁等因素有关。测量表明：空投变压器时由(you)于铁芯饱和励磁涌流很大(da)，通常为额定电流的2~6倍(bei)，最大可达8倍以上。由于励磁涌(yong)流只在(zai)充电侧(ce)流入(ru)变压器，因此会在差动回路中产(chan)生很大的差流，导致差动保(bao)护误动(dong)作。
　　励磁(ci)涌流具有以下特点：a、涌流数值很大(da)，含有(you)明显的非周期(qi)分量；b、波形(xing)呈尖顶状(zhuang)，且(qie)是间断的；c、含有(you)明显的高次(ci)谐波分量，尤其(qi)二次谐波分量最为明显；d、励磁涌(yong)流(liu)是衰减的。
　　根(gen)据励磁涌流的以上特点(dian)，为防止励磁涌(yong)流造成变压器差(cha)动保护误动，工程(cheng)中利用(yong)：二次谐波含量高、波形不对称、波形间断角大这(zhe)三种原理来实现差动保护的闭锁。
　　（2）二(er)次(ci)谐波制动原理
　　二次谐波制动(dong)的实质是：利用差流中的二次谐波分量，来判断差流是故障电流还是励磁涌流。当二次谐波分量与基波分量(liang)的百分比大于某一数值(zhi)（通(tong)常为20%）时(shi)，判断差流是由于励磁涌流引起(qi)的(de)，闭锁差动保护。
　　因此二次谐波制动比越大，允许基(ji)波(bo)中包(bao)含的二次谐波电(dian)流越多，制动效果也(ye)就(jiu)越差。
　　（3）差动速断保护
　　当变(bian)压(ya)器内部(bu)出现严重故障(zhang)，故障电(dian)流较大导致CT饱和时，CT二次电流中也含有大量的谐波分(fen)量(liang)，根据上面的叙述，这就(jiu)很可能会由于二次(ci)谐波制(zhi)动导致差(cha)动保护闭锁或延缓(huan)动作。这将严重损坏变压器。为了解决这个问题，通常会设置差动(dong)速(su)断保护。
　　差动速断元件，实际上是纵差保护的高定值差动元件。与(yu)一般差动元件不同的是，它反映的是差流的有效值。不管(guan)差流的波形如何、含有谐波分量的大小如何，只要(yao)差流有效值超过了差(cha)动速断的整定值（通常比(bi)差动保护整定值要高(gao)），它将(jiang)立即(ji)动作切除变压(ya)器，不经过励磁涌流等判据的(de)闭锁。
　　关于变压器的主保(bao)护简(jian)单介绍这些，继(ji)续介绍一下变压器的后备保护。变压器的后备保护配置(zhi)种类很(hen)多，这里主要简单介绍一下变(bian)压(ya)器的复压闭锁过流保护和接地(di)保(bao)护两类后备保护。
　　■ 复压闭锁过流保护
　　复压闭锁过(guo)流保(bao)护是大、中(zhong)型变压器相间(jian)短路故障的(de)后备保护。适用于升压变压器、系统联络变压器及过流保护不能满足灵敏度要求(qiu)的降压变压器。利用负序电(dian)压和低电压构(gou)成的复合电压能够反映保护范围内的各种(zhong)故障，降(jiang)低了过电流保护的整定值，提高了灵敏度。
　　复合(he)电(dian)压过流(liu)保护，由复合电压(ya)元件(jian)、过流元件、时间元(yuan)件构成。保护的接入(ru)电(dian)流为变压器本侧CT二次三相电流，接入电压为变(bian)压器本侧或其他(ta)侧PT二次三相电(dian)压。对于微机(ji)保护，可(ke)以通(tong)过软件将本侧电压提供给其他侧使用，这样就保证了任意某侧PT检修时(shi)，仍能(neng)使用复压过流保护(hu)。动作逻辑(ji)如下图所示。
　　■ 变压器的接地保护
　　大中型变压器的接地(di)短路故障的后备保护通(tong)常(chang)有：零序(xu)过流保护、零序过电压保护、间隙保护(hu)等(deng)等，下面根据中(zhong)性点三种不同的接(jie)地方式进行简单介绍。
　　（1）中性点直接接(jie)地
　　电压为110kV及以上(shang)中(zhong)性点直接接地的变压器，在(zai)大电(dian)流接地系(xi)统侧应设置反(fan)应接(jie)地故障的零序电流保护。在高、中(zhong)两(liang)侧均直接接地的变压器，其零序电流保护应带方向，方向宜指向各侧母线。
　　零序电流保护的原(yuan)理与线路(lu)的零序保护(hu)类似，可参考第30期。零(ling)序电流可(ke)取自中性点(dian)CT二次电流，也可由本侧CT二次三相电流自产。方向元件接入的零序(xu)电压可取自本侧PT开口三角(jiao)电压，也(ye)可由本侧(ce)二次(ci)三相电压(ya)自产。在微机保护装置中，主要采取自产方(fang)式。
　　对于大(da)型三绕组变压器，零序电流保护可采用三段式。其中(zhong)I段(duan)II段带(dai)方向，III段不带方(fang)向。每段一般有两级延时，以较短延时缩小故障范围（跳母联或(huo)条本侧开关(guan)），以较长延时切除变压器（跳(tiao)三侧开关）。具(ju)体保护配置根据实际情况确定(ding)。
　　如图，零序方(fang)向电流保(bao)护I段或II段动作后，先经较短延时(shi)t1或t3跳母联或跳本侧开关(guan)，以缩小(xiao)故障(zhang)影响范围，若故障量仍在(zai)，再经过较长延时t2或t4跳(tiao)三侧开关切除变(bian)压器。III段不带方(fang)向，直接经延时切除变压器。
　　（2）中性点不接地方式(shi)
　　零序电(dian)流通过变压器中性点构成零(ling)序(xu)回路。但如果所有变压器中性点(dian)都接地，那么接地点的短路电(dian)流就分流(liu)到了各个变压(ya)器上，这(zhe)样会造成零序(xu)过流保护(hu)灵敏度降低(di)。所以(yi)为了将零序电流限制在一(yi)定(ding)的范(fan)围内，对中性点接地(di)运行的变压器数量(liang)是(shi)有(you)规定的。
　　对于不接地运行的变压器，为了防止(zhi)接地故障时(shi)，故障点出现间隙电弧引起过电压损坏变压器，应配置零序(xu)电压保(bao)护(hu)。
　　全(quan)绝缘变压器由于其中性点绝缘水平(ping)较高，当系(xi)统发生接地(di)故障时，先(xian)有零序(xu)电流保护(hu)切(qie)除(chu)中性点接(jie)地的变压器，如(ru)果故障仍然存在，再有零序电压保护切除中性点不接地的变压器。
　　（3）中性点经放电间隙接地
　　超高压变压器均系半绝缘变压器，其中性点(dian)线圈的对地绝缘比其他部位弱。中性点(dian)绝缘容易被击穿。因此需要配置间隙保护。
　　间隙保(bao)护的作(zuo)用就是保护中性点不(bu)接地变压器中性点的绝缘安全。
　　如图(tu)在(zai)变压器中性点对地之间安装一个(ge)击穿间隙(xi)。当接地(di)隔离开关(guan)闭合，变压器直接接地，投入(ru)零序过流保(bao)护。当接地隔离开关断开时，变压器经间隙接地，投(tou)入间隙保护。
　　间隙(xi)保护使用流过变(bian)压器中(zhong)性点的间隙电流3I0和母线PT开口三角电压3U0作为判据来实现的。
　　若因故障中性点对地点(dian)为升高，间隙击穿，产生较大间隙电流3I0，此(ci)时间隙保护动作，经延(yan)时切除(chu)变压器。另外，系统(tong)发生接地故障时，中性(xing)点接地运(yun)行变压器零序保(bao)护动作，先切除中性点接地的变压器。系统失去接地点(dian)后(hou)，如果故(gu)障(zhang)仍(reng)存在(zai)，母线PT的开口三角电压3U0将(jiang)会很大，此时间隙保(bao)护也(ye)会动作。保护逻辑如下图(tu)所示。