■ 变压器(qi)的常见故(gu)障和异常
　　变压器的故障可分为内部故障和外部故障。
　　内部故障指的是箱壳内(nei)部发生的故障，有绕组的(de)相间短路故障、一相绕组的匝间短路故障、绕(rao)组与铁芯间的短路(lu)故(gu)障(zhang)、绕(rao)组的断(duan)线故障等。
　　外部故障指的是变压器外部引出线间(jian)的各种相间短路故障、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(qi)发生故障危害很大。特别是发生内部故障时，短路电流所产生的高温电弧不仅会(hui)烧坏(huai)变压器绕组的绝缘和铁芯，而且会使变压器油受(shou)热分解产生(sheng)大量气体，引起变压器外壳变形甚至爆炸。因此变压(ya)器故障时必须将其切除。
　　变压器的异(yi)常情况主要有过负荷、油面降低、外部短路(lu)引起的过电流，运行中的变压器油温过高、绕组温度过高、变压器(qi)压力过高、以及冷却(que)系统故障等。当变压器处于异常运行状态时，应给出告警(jing)信号。
　　■ 变压器保护的配置
　　短路故(gu)障的主保护(hu)：主要有(you)纵差保护、重瓦斯保护等。
　　短路故障的后备保护：主要有复(fu)合电压闭锁过流保护、零序（方(fang)向）过流(liu)保护(hu)、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、轻瓦斯保护、中性(xing)点间隙保护、温度油位及冷却系统(tong)故(gu)障保护等。
　　■ 非(fei)电(dian)量保护(hu)
　　利用变压器的(de)油、气、温度等非电气量构成的变压器保护称为非电量保护。主(zhu)要有瓦斯保护、压力保护、温度保(bao)护、油位保护及冷却器全停保护。非电量保护根据现场需要动作于跳闸或发信。
　　（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(nei)部会产生大量气体，同时变压器(qi)油流速度加(jia)快，利用气体和油流来实现的保护(hu)称为瓦斯保(bao)护。
　　轻瓦斯保护：当变压(ya)器内(nei)部发(fa)生轻微故障或异常时，故障点局部(bu)过热，引起部分油膨(peng)胀，油内气体形成气(qi)泡进(jin)入气(qi)体继电器，轻瓦(wa)斯保护动作，发出轻瓦斯信号。
　　重(zhong)瓦斯保护：当变压器油箱内发生严(yan)重(zhong)故(gu)障时，故障电流较大，电弧(hu)使变压器油大量分解，产生大量气体(ti)和油流，冲击档板使重瓦斯继保护动作，发出重瓦斯信号并出口跳闸，切除变压器。
　　重瓦斯保护是油(you)箱内部(bu)故障的主(zhu)保(bao)护，他能反映变(bian)压器内部的各种故障(zhang)。当变压器(qi)发生少数匝(za)间短路，虽(sui)然故障电流很大，但在差动保护中产生的差流可能并不(bu)大，差动保护可能拒动。因此对于变压器内部故障，需(xu)要依靠重瓦斯(si)保(bao)护切(qie)除故障。
　　（2）压力保护
　　压力保(bao)护也是变压器油箱内部故障的主保护(hu)。含(han)压力释放和压力突变保护，用于(yu)反(fan)应变(bian)压器油(you)的压力。
　　（3）温度(du)及(ji)油位保护
　　当变(bian)压器(qi)温(wen)度升高达到(dao)预警值，温(wen)度保护发出告警信号，并投入起(qi)动备用冷却器(qi)。
　　当变(bian)压器漏油或由于(yu)其他原因(yin)使得油位降低是，油位保护动作(zuo)，发出告警信号。
　　（4）冷却器(qi)全停保护
　　当运行中的变压器冷却器全停时，变压器温度会升(sheng)高，若不及时处(chu)理，可能会导致变压器绕组绝缘损(sun)坏。因此在变压器运行中冷(leng)却器全(quan)停时，该(gai)保护发出告警信号并(bing)经长延时切除(chu)变压(ya)器。
　　■ 差动(dong)保护
　　变压(ya)器差动保护是变压器电气量的主保护，其保护范围是各侧电(dian)流互感器所包围的部分。在(zai)这范围内(nei)发生的绕组相间短路、匝间短路等故障时，差动保护均要动作。
　　关于变(bian)压器差动保(bao)护(hu)的原理，之前我们之前(qian)已经进行了详细的讨论，需(xu)要的朋友(you)可以在历史记录6、7、8期中回看(kan)相关内容。对此就(jiu)不做赘述了(le)，这(zhe)里再简单补充一些(xie)关(guan)于励(li)磁涌流的概念。
　　（1）变压器的励磁涌流
　　空投变压(ya)器时(shi)产生的励磁电流称作(zuo)励磁涌流(liu)。励(li)磁涌流的大小与变压器的结构、合闸角、容(rong)量、合(he)闸前剩磁等因素(su)有关。测量表明：空投变压器时由于铁芯饱和励磁涌(yong)流很大，通常为额(e)定电流的2~6倍，最大可达8倍以上。由于励磁涌流只在充(chong)电侧(ce)流(liu)入变压器，因此会在差动回路中产生很大(da)的差流，导致差动(dong)保护误动作。
　　励磁涌流具有以下特点：a、涌流数值很大，含有明显的非周期分量；b、波(bo)形呈尖顶(ding)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(ming)显；d、励(li)磁涌(yong)流(liu)是衰减的。
　　根据励磁涌流的以上特点，为防止励磁涌流造成变压器差动保护误动，工程中利用(yong)：二次谐波含量高(gao)、波(bo)形不对称、波形间断角大这(zhe)三种原理(li)来实现差动保护的闭锁。
　　（2）二次谐波(bo)制动原(yuan)理
　　二次谐波制(zhi)动的实质是：利用差流(liu)中的二次谐波分量，来判(pan)断差流是(shi)故(gu)障(zhang)电流还是励磁涌流(liu)。当二次谐波分量(liang)与基波分量的百(bai)分比(bi)大于某(mou)一数值（通常为20%）时(shi)，判断差流是由于励磁涌流引(yin)起的，闭锁差动保(bao)护。
　　因此二(er)次谐波制(zhi)动(dong)比(bi)越大，允许基波中包含的二次(ci)谐波电流(liu)越多，制动效果也就越差。
　　（3）差动(dong)速(su)断保护
　　当变压(ya)器内部出现严(yan)重故障，故障电流较大导致CT饱和时，CT二次电流中也含(han)有大量(liang)的谐波分量，根据(ju)上面的叙(xu)述，这就很可能会由于二次谐(xie)波制动导致差动保护闭锁或延缓动作。这将严重损坏变压器。为(wei)了(le)解决这个问题，通常会设置差(cha)动速断保护。
　　差动(dong)速断元件(jian)，实际上是纵差保护的高定值差动元件。与一般(ban)差动元件不同的是，它反映的是差流的有效值(zhi)。不(bu)管差流(liu)的(de)波形如何、含有谐波分量的大小如何，只要差流有效值超过了差动速断的(de)整定值（通常比差动保(bao)护整定值要高），它将立即动作切除变压(ya)器，不经(jing)过励磁涌流(liu)等判(pan)据的闭锁。
　　关于变压器的主保护(hu)简单介绍这些(xie)，继续介绍一下变压器的后备保护。变压器的后备保护(hu)配置种(zhong)类很多，这里主要简单介(jie)绍一下变压器的复压闭锁过流保护和接地保(bao)护两类后备保护。
　　■ 复压闭锁过流保(bao)护
　　复压闭锁过流保护是大、中型变压器相间短路故障的后备保护。适用于升(sheng)压变压器、系统联络变压器及过(guo)流保护不(bu)能满足灵敏度要求的降压变压器。利用负序电压和低电(dian)压构成的复合(he)电压能够反(fan)映保(bao)护范围(wei)内的各种故障，降低了过(guo)电流保护的整(zheng)定值，提高了灵敏度。
　　复合(he)电压过流保(bao)护，由复合电压元(yuan)件、过流元件、时间元件构成。保护的接(jie)入电流为(wei)变压器(qi)本侧CT二次(ci)三相(xiang)电流，接入电压为变压器本侧或(huo)其他侧PT二次三相电压。对于(yu)微机保护，可以通过软(ruan)件将本侧电(dian)压提供给其他侧(ce)使用，这(zhe)样就保证了任(ren)意某侧PT检修(xiu)时，仍能使用复压过流保护。动作逻辑如(ru)下图所示。
　　■ 变压(ya)器的接地保护
　　大中型变压器的接地短路故障的后备(bei)保护通常有(you)：零序过流保护、零序过电压保(bao)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单(dan)介绍。
　　（1）中性(xing)点直接接(jie)地(di)
　　电压为(wei)110kV及以上中性点直接接地的变(bian)压器，在大(da)电流(liu)接地系统侧应(ying)设(she)置反应接地故障(zhang)的零序电流保护。在高、中两侧均直接接地(di)的变压器，其零序电流保护应带方向，方向宜指向各侧(ce)母线(xian)。
　　零序电流保护的(de)原理(li)与线(xian)路的零序保护类似，可参考第30期。零序电流可取自中性点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(dian)压可取自本侧PT开口三(san)角电压，也可(ke)由本侧二次三(san)相电(dian)压自产(chan)。在(zai)微机保护装置中，主要采取自产方式。
　　对于大型(xing)三绕组变压器，零序电流保护可采用三段式。其中I段(duan)II段带方向，III段不带方向。每段一(yi)般有两级延时，以较短延时缩小故障范(fan)围(wei)（跳母联或(huo)条本(ben)侧开关），以较长延(yan)时切除变压器（跳三侧开关）。具体保护配置根据实际情况确定。
　　如图，零序(xu)方向电流保护(hu)I段或II段动作后，先(xian)经较短延时t1或t3跳母联或跳本侧开(kai)关，以(yi)缩小故(gu)障影响范围，若故障量仍在，再(zai)经(jing)过较长延时t2或t4跳三侧开关切除变压器。III段不带方向，直接经延时切除变压器。
　　（2）中性点不接(jie)地方式
　　零序电流通过(guo)变压器中性点(dian)构成零序回路(lu)。但如果所有变压器中性(xing)点都接地，那么接地点的短路电流就分流到了(le)各个变压器上，这样会造成零序过流保(bao)护灵敏度降(jiang)低。所以为了将零序电流限(xian)制在一定的范(fan)围内，对(dui)中性点接地运行的变压器数(shu)量是有(you)规定的。
　　对于不接地运行(xing)的变压器，为了防止接地故障时，故障(zhang)点出现间隙电弧引起过电压损坏(huai)变压器，应配置零序电压保护。
　　全绝(jue)缘变压器由于其中性点绝缘水平较(jiao)高，当(dang)系统发生接地故(gu)障时(shi)，先有零序电流保护切除中性点接地的变压器，如果故障仍然存在，再(zai)有零序电(dian)压保(bao)护切除中性点不接地的变压(ya)器。
　　（3）中性点经放电间隙接地
　　超高压变(bian)压器(qi)均系半绝缘变压器，其中性点线圈的对地绝缘(yuan)比其他部位弱。中性点绝缘容易被击(ji)穿。因此需要配置间隙保护。
　　间隙保护的作用就是保护中性点不接地变(bian)压器中性点的绝缘安全。
　　如图在变压器中性点(dian)对地之间安(an)装(zhuang)一个(ge)击穿间隙(xi)。当(dang)接地(di)隔离开关闭(bi)合，变压器直接(jie)接地，投入零序(xu)过流保护。当接地(di)隔离开关断开(kai)时，变压器经间隙接地，投(tou)入间隙保(bao)护。
　　间隙保护使用流过变压器中性点的间隙电流3I0和母线PT开口三角(jiao)电压3U0作为判据来实现的。
　　若因故障中性点对地点为升高(gao)，间隙击穿，产生(sheng)较大间隙电流3I0，此时间隙保护动作，经延时(shi)切除变压器。另外(wai)，系统发生接地故障(zhang)时，中性点接地运行变压器零序保护动作，先切除(chu)中性(xing)点接地的变压器(qi)。系统失去接地点后，如果故(gu)障仍存在，母线PT的开口三角电压3U0将会很(hen)大，此时间(jian)隙(xi)保护(hu)也(ye)会动作。保护逻辑如下图所示。