变压器非电量保护

变压器非电量保护

非电量保护，顾名思义就是指由非电气量反映的故障动作或发信的保护，一般是指保护的判据不是电量（电流、电压、频率、阻抗等），而是非电量，如瓦斯保护（通过油速整定）、温度保护（通过温度高低）、防暴保护（压力）、防火保护（通过火灾探头等）、超速保护（速度整定）等。

非电量保护可对输入的非电量接点进行SOE记录和保护报文记录并上传，主要包括本体重瓦斯、调变重瓦斯、压力释放、冷控失电、本体轻瓦斯、调变轻瓦斯、油温过高等，经压板直接出口跳闸或发信报警。对于冷控失电，可选择是否经本装置延时出口跳闸，最长延时可达300分钟。还可选择是否经油温过高非电量闭锁，投入时只有在外部非电量油温过高输入接点闭合时才开放冷控失电跳闸功能。

变压器非电量保护一般指涉及到整定值的气体、压力和温度方面的保护。当变压器内部出现单相接地、放电或不严重的匝间短路故障时，其他保护因得到的信号弱而不起作用，但这些故障均能引起变压器及其它材料分解产生气体。利用这一特点构成的反映气体变化的保护装置称气体（瓦斯）保护。

1、气体保护继电器及整定

瓦斯保护是变压器油箱内绕组短路故障及异常的主要保护。其作用原理是：变压器内部故障时，在故障点产生往往伴随有电弧的短路电流，造成油箱内局部过热并使变压器油分解、产生气体（瓦斯），进而造成喷油、冲动斯继电器，瓦斯保护动作。目前国产的气体保护用气体继电器结构为挡板式磁力接点结构，进口的气体继电器有浮桶式和压力式两种结构。气体继电器具有两个功能：集气保护（称轻瓦）和流速保护（称重瓦）。轻瓦斯保护作用于信号，重瓦斯保护作用于信号，重瓦斯保护作用于切除变压器。

集气保护（轻瓦斯保护）轻瓦斯保护继电器由开口杯、干簧触点等组成。运行时，继电器内充满变压器油，开口杯浸在油内，处于上浮位置，干簧接点断开。当变压器内部发生轻微故障或异常时，故障点局部过热，引起部分油膨胀，油内的气体被逐出，形成汽泡，进入气体继电器内，使油面下降，开口杯转动，使干簧接点闭合，发出信号。

流速保护（重瓦斯保护）重瓦斯保护继电器由档板、弹簧及干簧接点等构成。当变压器油箱内发生严重故障时，很大的故障电流及电弧使变压器油大量分解，产生大量汽体，使变压器喷油，油流冲击档板，带动磁铁并使干簧触点闭合，作用于切除变压器。

变压器本体主继电器一般使用QJ-80型，具有两对触点，分别作用于轻瓦信号和重瓦跳闸。本体继电器多使用国产继电器，流速的整定按1.0～1.2 m／s即可；日本三菱产变压器使用浮桶式继电器，流速整定值为1.0 m／s；有载开关一般使用国产QJ-25型继电器，只有一对触点，作用于跳闸，流速整定值为1.0 m／s；进口开关使用的继电器不尽相同，MR开关为自产继电器，流速值为1.2 m／s，ABB开关配德国产继电器，流速值为1.5 m／s，并且流速整定值不可调。这些问题在订货和使用中应加以注意。

早期的有载开关使用具有两对触点的继电器，目前仍有运行。由于开关切换时，产生的电弧必然引起开关内变压器油的分解，但由于电弧能量不是很大，且切换次数有限，产气速率很低，在相当的一段时间内轻瓦斯应不发出信号。如在短时间内连续出现轻瓦斯信号，表明开关内部出现连续发展型故障，或开关内的油含碳量过多，油的灭弧能力降低，使电弧能量变大，此时需进行检查或换油。

应当指出：重瓦斯保护是油箱内部故障的主保护，它能反映变压器内部的各种故障。当变压器少数绕组发生匝间短路时，虽然故障点的故障电流很大，但在差动保护中产生的差流可能不大，差动保护可能拒动。此时，靠重瓦斯保护切除故障。

2、压力保护装置及整定

压力保护也是变压器油箱内部故障的主保护。其作用原理与重瓦斯保护基本相同，但它是反应变压器油的压力的。压力继电器又称压力开关，由弹簧和触点构成。置于变压器本体油箱上部。

压力保护使用压力释放装置，当变压器内部出现严重故障时，压力释放装置使油膨胀和分解产生的不正常压力得到及时释放，以免损坏油箱，造成更大的损失。

压力释放装置有两种：安全气道（防爆筒）和压力释放阀。安全气道为释放膜结构，当变压器内部压力升高时冲破释放膜释放压力，如日本三菱产变压器。压力释放阀是安全气道的替代产品，被广泛应用，结构为弹簧压紧一个膜盘，压力克服弹簧压力冲开膜盘释放，其最大优点是能够自动恢复。目前河北省南部电网主网、城网变压器已基本通过改造将安全气道改造为压力释放阀。

压力释放阀一般要求开启压力与关闭压力相对应，且故障开启时间小于2 ms，因此在校核压力释放阀时，开启压力、关闭压力和开启时间均需校核。对于110～220 kV变压器常用的压力释放阀，其喷油的有效直径为130 ms，开启压力为55±5 kPa，对应的关闭压力为29.5 kPa。压力释放阀带有与释放阀动作时联动的触点，作用于信号报警。

3、温度保护

3.1变压器运行温度的监测和温度高报警

110 kV及以上的变压器顶层油温报警值设定为80 ℃，均比运行规程略低，留有一定裕度；温度指示一般使用压力式温度计，表计安装在变压器本体易于观测的部位，可以配置温度变送器将温度信号传送至远方如控制室；有极少量的变压器同时安装了酒精温度计，读取数值时需爬上变压器，不太方便，但精度较高。

3.2变压器冷却系统的温度控制

变压器冷却系统控制逻辑有“手动”和“自动”两种方式，“自动”方式是指按变压器运行负荷或顶层油温控制冷却器的启、停，片式、管式散热器的冷却器包括风扇电机和油泵电机的

电源控制。

220 kV强油风冷冷却器（YF型）的“自动”控制方式又分为“辅助”和“备用”两种状态。变压器在运行中，当上层油温达到65 ℃时（或负荷电流达到70%或厂家出厂值时）自动投入辅助冷却器，下降至55 ℃时退出。当“工作”、“辅助”状态运行的冷却器组发生故障时，自动启动投入“备用”状态的冷却器组；根据外部环境温度和负荷情况，可以手动选择调整几组冷却器的工作状态，变压器运行过程中一般均设置至少一组冷却器运转。

220 kV强油片式散热器(PC型)不再有独立属于各冷却器的风扇和油泵，工作状态也变为“自冷”、“风冷”和“强油风冷”3种工作状态，上层油温达到55 ℃时自动投入风扇，达到65 ℃时自动投入油泵。按负荷启动一般根据变压器铭牌所标的冷却方式设定，如负荷为60%额定容量时自动投入风扇，80%时自动投入油泵。

对于110 kV风冷冷却器（散热器），一般规定变压器顶层油温达到65 ℃时投入风扇，或负荷电流达到70%额定值时投入风扇。为防止风扇电机频繁启动，还应调整装置在65 ℃时投入风扇，油面温度下降至55 ℃时才退出风扇，或负荷电流低于50%额定值时才切除风扇。

除220 kV强油风冷冷却器外，其他具备上述功能的两种冷却系统均可运行于自动控制档位。

4、冷却器的控制

冷却器全停保护，为提高传输能力，对于大型变压器均配置有各种的冷却系统。在运行中，若冷却系统全停，变压器的温度将升高。若不即时处理，可能导致变压器绕组绝缘损坏。冷却器全停保护，是在变压器运行中冷却器全停时动作。其动作后应立即发出告警信号，并经长延时切除变压器。

大多数变压器一般同时使用按温度和按负荷控制冷却器，变压器冷却器控制应以温度优先，有些使用片式散热器的变压器铭牌所标的按负荷启动强油风冷的百分数较低，如220 kV 变压器铭牌标的冷却器方式为：ODAF/ONAN100%/60%，但片式散热器的散热效率较高，当负荷电流达到60%额定值时，上层油温往往达不到65 ℃，使之实际形成了以负荷电流优先启动的情况，变压器常在40 ℃左右即投入风扇和油泵。即使增加了负荷启动的百分数，夏季温度优先控制的散热系统进入冬季仍可能会转为负荷优先。

以过低的油温投入风扇，对于110 kV变压器只是增加了电力和风机的损耗，对运行影响不大。对于强油循环变压器，除增加上述损耗外，过低的运行温度还会增加变压器油流带电的危险性，并且如变压器运行在负荷启动的临界值，因负荷变化频率远高于温度变化，造成风机和油泵频繁启/停，使元件故障率增大，另外还加大了油泵轴承磨损的金属微粒进入变压器油的机会，因此不推荐负荷启动冷却系统的方式。

石家庄供电公司的220 kV变压器用于220 kV变压器片式散热器的风扇和油泵分组启动时间设定，根据使用说明和运行经验，一般将启动风扇和自动、手动启动油泵的分组启动时间继电器KT1、KT2和KT3设置为20 s，按温度自动启动风扇和油泵的时间继电器KT4和