■ 变压器的常(chang)见故(gu)障和异常
　　变压器的故障可分为内部故(gu)障和外部故障。
　　内部故障指(zhi)的是箱壳内部发生的故(gu)障，有绕组的相间短路故障、一相绕(rao)组的匝间短路故(gu)障、绕组与铁芯间的短路故障、绕组的断线故(gu)障等。
　　外部故障指的是变压器外部引出线间的各种相间短路故障、引(yin)出线(xian)绝缘套管闪络通过箱壳(ke)发(fa)生的单相接地故障。
　　变压器发生故障危害很大。特别是发生内部故障时(shi)，短(duan)路(lu)电流所产生的高温电弧不仅会烧坏变(bian)压器绕组的绝缘和铁芯，而且会使变压器油受热分解(jie)产生大量气体，引起变压器外壳变形甚至爆炸。因此变压器故障(zhang)时必(bi)须将其切除。
　　变压(ya)器的异常情况(kuang)主要有过负荷、油面降低、外部短路引起的(de)过电流，运(yun)行(xing)中的变压器油温过高、绕组(zu)温度(du)过高、变压器压力(li)过高、以及冷却(que)系统故障等。当(dang)变压器处于异常运行状态时，应给出告(gao)警信号。
　　■ 变压器保护的配置
　　短路(lu)故(gu)障的主保护：主要有纵(zong)差保护、重瓦斯保护等。
　　短路故障(zhang)的后备保护：主要(yao)有复合电压闭锁过流保护、零序（方向(xiang)）过(guo)流保护、低阻(zu)抗保护等。
　　异常运行保护(hu)：主要(yao)有(you)过负荷保护、过励磁保护、轻瓦(wa)斯保护、中性点间隙保护、温度油位及冷却系统故障保护等。
　　■ 非电(dian)量保护
　　利用变压器的油(you)、气、温度等非电(dian)气量构成的变压器保护称为非电量保护。主要有瓦斯保(bao)护、压力保护、温度保护、油位保护及冷却器全(quan)停保护。非电量保护根据现场需要(yao)动作于跳闸或(huo)发信。
　　（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弧的作用，变压器内部会(hui)产生大(da)量气体，同时变(bian)压器油流速度加快，利用气体和油流来实现的保护称(cheng)为瓦斯保护。
　　轻瓦(wa)斯(si)保(bao)护：当变压器(qi)内部发生轻微故障(zhang)或(huo)异常时，故障(zhang)点(dian)局部过热，引起部分油膨胀，油内气(qi)体形成(cheng)气泡进入气体继电(dian)器，轻瓦斯保护动作，发出轻瓦斯信号。
　　重瓦(wa)斯保护：当变压器油箱内发生严(yan)重故障时，故障电(dian)流较大(da)，电弧使变压器油大(da)量(liang)分(fen)解，产生大量气体和油流，冲击档板使重瓦斯继保护动作(zuo)，发出重瓦斯信号并出口跳闸，切除变压器。
　　重瓦(wa)斯保护是油箱内(nei)部故障的主保护，他能反映变(bian)压器内部的(de)各种故障。当变压器发(fa)生少数匝(za)间短路，虽然故障电流(liu)很(hen)大，但在(zai)差动保护中产生的差流(liu)可能并不(bu)大，差动保护可(ke)能拒动(dong)。因此对于变压器内部故(gu)障(zhang)，需要依靠重瓦斯保护切除故障。
　　（2）压力保护
　　压(ya)力保护也是变压器油箱内部故障的主(zhu)保护。含压力释放和(he)压力突(tu)变(bian)保护，用于反(fan)应变(bian)压器(qi)油的压力。
　　（3）温度及油位保护
　　当(dang)变压器温度升高达到预警值，温度保护发出告(gao)警信号(hao)，并(bing)投入起动备用冷却(que)器。
　　当变(bian)压器(qi)漏油或由于其他原因使(shi)得油位降低是，油位保护动作，发出告警信(xin)号。
　　（4）冷却器(qi)全(quan)停(ting)保护
　　当运行中的变(bian)压(ya)器冷却器全停时，变压器温度会升高，若不及时处理(li)，可能会导致变压器绕组绝缘损(sun)坏。因此在变压器运行(xing)中冷却器全停时，该保护发出告警信号并(bing)经长延时切除变压器。
　　■ 差动保护
　　变压器差动保护是变压器电气量的主保护，其保护范围是(shi)各侧电流互感器所包围的部分。在这范围内发生的绕组相间短路、匝间(jian)短路等故障时，差动保护均要动(dong)作。
　　关于变压器差(cha)动(dong)保护的(de)原理，之前我们之前(qian)已经进行了详细的讨论，需要的朋友可以在历史记录6、7、8期(qi)中回看相(xiang)关内容(rong)。对此就(jiu)不做赘述了，这里再简单补充一些关于励(li)磁涌流的(de)概念(nian)。
　　（1）变压器的励磁涌(yong)流
　　空(kong)投变压器(qi)时产生的励磁电流称(cheng)作励磁(ci)涌流。励磁涌流的大小与变压器的结构、合闸角(jiao)、容量、合(he)闸前剩磁等(deng)因素有关。测量表明：空投变压(ya)器时由(you)于铁芯饱(bao)和励(li)磁涌流(liu)很大(da)，通常为额定(ding)电流的(de)2~6倍，最大可达8倍以上。由于励磁(ci)涌流只在充电侧流入变压器，因此会在差动回路中产生很大的差(cha)流，导致差动保护误动作。
　　励磁涌流具有以下(xia)特(te)点：a、涌流数值很大，含有明显的非周期分量；b、波形呈尖(jian)顶状，且是间断的；c、含有明显的高次谐波分量，尤其二(er)次谐波分量最为明显；d、励磁涌流是(shi)衰减的。
　　根(gen)据励磁涌流的以上特点，为防止励磁涌(yong)流造成变压器差动保护(hu)误动，工程中利用(yong)：二次谐波含量(liang)高、波形不对(dui)称、波形间断角(jiao)大这三种(zhong)原理来实(shi)现差动保护的(de)闭锁。
　　（2）二次谐波制动原理
　　二次谐波制动的实质是：利用差流中的二次谐波分量，来判(pan)断差流是(shi)故障电流还是励磁涌流。当(dang)二次谐波分量与基波(bo)分量的(de)百分比大于某一数值（通常为20%）时，判断差流是由于励磁涌流引起的，闭锁(suo)差动保护。
　　因此二次谐波制(zhi)动比越大，允许基波中包含(han)的二次(ci)谐波电流越多，制动效果也(ye)就越差(cha)。
　　（3）差(cha)动(dong)速断保护
　　当变(bian)压(ya)器内部出现严重故障，故障电(dian)流较大导致CT饱和时，CT二次电流(liu)中也含有大(da)量的谐波分量(liang)，根据上面的叙述，这就很(hen)可能会由于二次谐波制动导致差动保护闭锁或延缓动作(zuo)。这将严重(zhong)损坏变压器(qi)。为了解决这个问题，通常会设置差动速断保护。
　　差动速断元件，实际(ji)上是纵差保护的高(gao)定值差动元件。与一般差动(dong)元件不同的是，它反映的是差流的(de)有效值(zhi)。不管差(cha)流的波形如何、含有谐波分量的大小如何，只要差流有效值超(chao)过了差动速断的整定值（通常(chang)比差动保护整定值要高），它将立即动作切除变压器，不经过励磁涌流等判据的闭锁。
　　关于变压器的主保护简单(dan)介绍这些，继(ji)续介绍一下变压(ya)器(qi)的后备(bei)保护(hu)。变压器的后备保护配置种类很多，这里主要简单介(jie)绍一下变压器的复压闭(bi)锁过流保护和接地保护两类后备保护。
　　■ 复(fu)压闭锁过(guo)流保护
　　复压闭锁过流保护是大、中型变压(ya)器相间(jian)短路故障(zhang)的后备保护。适用于升压变(bian)压器(qi)、系统联络变(bian)压器及过流保护不能满(man)足灵敏度要求的降压变压器。利用(yong)负序(xu)电压和低电压构成的复合电(dian)压能够反映保护范围(wei)内的(de)各(ge)种故障，降(jiang)低了过电流保护的整(zheng)定值，提(ti)高了灵敏度。
　　复合电压过流保护，由复合电压元件、过(guo)流元件、时间元件构成。保护的接入电流为变压器本侧CT二次三相电(dian)流，接入电压为变压器本侧或(huo)其他侧PT二次三相电压。对于微机保护，可以通过(guo)软件将本(ben)侧电压提供给其他侧使用(yong)，这样就保证了任意某侧PT检修时，仍能使用复压过流保护。动作逻(luo)辑如下图(tu)所示。
　　■ 变压器的(de)接地保护
　　大中型变压器的接(jie)地短路(lu)故障的后备保护通常有(you)：零序(xu)过流保(bao)护、零序过电压保护、间隙保护等等，下面根据中性点三种不同的接地方式进行简(jian)单介绍。
　　（1）中(zhong)性点直接接地
　　电压为110kV及以上中性点直接接地的变压器，在大电(dian)流(liu)接地系统侧应设置反应接(jie)地故障的零序电流保护。在高、中两侧均直接接地的变压器(qi)，其(qi)零序电流保护(hu)应带方向，方向宜指向各侧母线(xian)。
　　零序电流保护的原(yuan)理与线路的零序保护类似，可参考第30期。零序电流可取自中性(xing)点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(ling)序电压(ya)可(ke)取自(zi)本侧PT开口(kou)三角电压，也可由本侧二(er)次三相电压(ya)自产。在微机保护装置(zhi)中(zhong)，主要采取自产方式。
　　对于大型三绕(rao)组变压器，零序电(dian)流保(bao)护(hu)可采用(yong)三段式。其中I段II段带方向，III段不带方向。每段一般(ban)有两级(ji)延时，以较(jiao)短延时缩小故障范围（跳母联或条本侧开关），以较长(zhang)延时切除(chu)变压器（跳三侧开关）。具体保护配(pei)置根据实际情况确定。
　　如图，零序方向电流保护I段或II段动作后，先经(jing)较短延时t1或t3跳母联或跳本侧开关，以缩小故障影响范围，若故障量仍在，再经过较长延时t2或t4跳三侧(ce)开关切除变压(ya)器。III段不带方向，直接经(jing)延(yan)时切除变压器。
　　（2）中性点不接地方式
　　零序电流通过变压(ya)器中性点(dian)构成零序回路(lu)。但如果所有(you)变压器中性点都接地，那么接地(di)点的短路电流(liu)就分流到(dao)了各(ge)个变压器上，这样会造成零序(xu)过流保护灵(ling)敏度降低。所以为了将零序电流限制在一(yi)定的范围内，对中性(xing)点接地运(yun)行的变压器数量是有规定的。
　　对于不接(jie)地运行的变压器，为了防止接地故障时，故障点出(chu)现间隙电弧引起过电压损坏变压器，应(ying)配(pei)置零序电压保护。
　　全绝缘变(bian)压器由于其中性点绝缘水平较高，当系(xi)统发生(sheng)接地故障时，先有零序电流保护切(qie)除中性点接地的变压(ya)器，如果故障仍然存在，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(jian)隙接地(di)
　　超高压变压器均系半绝缘变(bian)压(ya)器，其中性点线圈的对地绝缘比其他(ta)部位弱(ruo)。中(zhong)性点绝缘容易被击穿。因(yin)此需要配置间隙保护。
　　间隙保护的作用就是保护中性点不(bu)接地变压器(qi)中性点的(de)绝缘(yuan)安全。
　　如图在变压器中性点对地之间安(an)装一个击穿间(jian)隙(xi)。当接地隔离开关闭合，变(bian)压器(qi)直接接地，投入零序过流保护。当接(jie)地隔(ge)离开关断开时，变压器经间隙接地(di)，投入间隙(xi)保护。
　　间隙保护使用流过(guo)变压器中性点的间隙电流3I0和母(mu)线PT开口三角电(dian)压3U0作(zuo)为判据来实现的。
　　若因故障中性点对地点为升高(gao)，间隙击穿，产生较大(da)间隙电流3I0，此时间隙保护动作(zuo)，经延时切除变压(ya)器。另(ling)外，系统发生接地故障时，中性点(dian)接地运行变压器零序保护动作，先切除(chu)中性点接地的变压器。系统失去接地点(dian)后，如果故障仍存在，母线PT的(de)开口三角电压3U0将会很大，此时间隙保护(hu)也会动作。保护逻辑如下(xia)图所示。