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【运维之道】变压器非电量保护
2025-11-2623


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变压器非电量保护是为保障变压器的安全可靠运行而通过非电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，而是非电量，变压器的非电量保护包括有变压器的瓦斯保护、油温度保护、油位保护、绕组温度、压力释放、冷却装置故障保护和报警等。
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一、瓦斯保护
1、瓦斯保护是油变压器主保护，这是因为变压器的电量保护（差动保护、电流速断保护、零序保护等）对变压器内部故障是不灵敏的。这主要是内部故障一般是从匝间短路开始的，短路匝内部的故障电流虽然很大，但反映到线电流却不大，只有当故障发展到多匝短路或对地短路时保护装置才能切除电源，这时的故障的严重性已经扩大。因此电量保护不能作为变压器内部故障的主保护。
2、安装在变压器上面那个圆圆的储油箱是变压器油枕。油枕是用于变压器的一种储油装置，当变压器油的体积随着油温的变化而膨胀或缩小时，油枕起到储油和补油作用，能保证油箱内充满油。油枕的装备，使得变压器与空气的接触面大大减少，并且从空气中吸收的水分、灰尘和氧化后的油垢都沉淀在油枕的底部的沉积器中，从而大大减缓了变压器油的劣化速度。而本体瓦斯继电器就是安装在变压器的油箱和油枕之间的管道内，利用变压器内部故障而使油分解产生气体或造成油流涌动时，使瓦斯继电器的接点动作，接通指定的控制回路，并及时发出信号告警（轻瓦斯）或启动操作机构自动切除变压器（重瓦斯）。简单地说就是一个集气盒和一个挡板。

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                             图-1 双浮子瓦斯继电器结构

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 图-2 双浮子瓦斯继电器外观
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                                       图-3 瓦斯继电器构造
瓦斯保护不仅能反映变压器油箱和内部各种故障，而且能反映出差动保护反映不出来的不严重的匝间短路，和任何继电器不能发觉的铁芯故障及其内部进入空气等。因此瓦斯继电器可以准确灵敏的动作于变压器的内部故障，是名副其实主变的主保护。
3、瓦斯保护一般分为轻瓦斯和重瓦斯两类。
（1）、轻瓦斯：变压器内部过热。或局部放电，使变压器油油温上升，产生一定的气体，汇集于继电器内，使得瓦斯继电器一组接点导通，产生轻瓦斯信号。
简单地说就是油箱内部产生气体，气体密度低上升积聚到瓦斯继电器顶部，然后顶部那个腔体的液面就下降，然后上面那个浮子跟着液面下降，上面的接点闭合，就报警了。
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（2）、重瓦斯：变压器内产生严重短路时，会产生大量气体对变压器油产生冲击，使得一定的油冲向继电器的挡板，使得瓦斯继电器重瓦斯动作于跳闸。
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4、以下瓦斯继电器的国标：
根据《GB/T6451-2008——油浸式变压器技术参数和要求》规定，800kVA及以上的变压器宜装有气体继电器。气体继电器的集气量达到250mL~300mL或油速在整定范围内时，应分别接通相应的接点。
瓦斯继电器的整定主要依照现行《JB/T9647-1999——气体继电器》行业标准进行。25型瓦斯继电器内集气量在250mL以下时，信号节点应接通，50/80型瓦斯继电器在集气量达到250mL~300mL时，信号节点应接通。瓦斯继电器重瓦斯工作模式主要依靠对不同流速实现整定。流速整定主要是根据不同的瓦斯继电器口径进行整定的。一般是油流冲向油枕的速度为1.0-1.2m/s跳闸节点应接通。
5、瓦斯继电器还有一个功能就是可以监测液面的功能，显示液面下降轻瓦斯发出报警，然后降的太多，重瓦斯就跳闸。

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6、有载调压变压器有2个储油箱，有载调压装置一个，主变本体一个，它们是互相分开的。因此需要对它们都设置瓦斯保护，所以有载瓦斯保护和本体瓦斯保护本质都是一样的，只是保护的对象不同。
二、温度保护
对于常用的油浸式变压器，其实际使用寿命主要决定于固体绝缘的寿命。决定绝缘老化速度的主要是温度、水和氧气；而对于运行的变压器绝缘寿命就主要取决于热效应。适宜的运行温度对延长变压器的使用寿命极为重要。因此，需要对变压器的温度进行监测、控制，保障变压器的安全稳定运行。
温度保护是一种用于检测设备或系统温度的继电保护方法。通常由温度传感器、逻辑单元和执行机构及相应的温度闭锁回路等组成。主要是通过温度传感器对变压器的温度进行实时监测,并根据监测结果对变压器进行保护控制，并发出警报信号,提醒操作人员及时处理问题。先了解一下变压器温度监测的部件--变压器油温表和绕温表。
1、变压器温度继电器
油浸式变压器的油温过高会导致变压器油迅速劣化，绝缘纸老化速度加快，最终导致变压器内部绝缘损坏，发生如短路等严重故障。所以需要监测变压器油顶温度，当油温过高的时，及时发出报警或者跳闸信号，提醒维护人员及时处理。
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温度计有两支指针，有实时温度测量的黑色指针，还有指示最高温度的红色指针，红色指针在仪表透镜上与调节钮连接在一起；红色指针为黑色指针走过的历史最高温度。当温度上升时，黑色指针会推动红色指针，并将其推到最高温度的指示位，当黑色指示针返回的时候红色指针不返回；这样，我们可通过红色指针的读数，得知黑色指针走过的历史最高温度（显示该温度计所达到的最高温度，具有重要意义） 。  
此类温度计属于压力式温度计，主要有压力包（弹性元件为波纹管）、毛细管、温包组成。当压力式温度计量安装于变压器测温点后，温包整个浸于被测变压器油中。当被测变压器油温度发生变化时，温包内介质体积随之线性变化。这个体积增量通过毛细管的传递使波纹管产生一个相对应的线性位移量。这个位移量经机构放大后便可指示被测变压器的油温并驱动微动开关输出电信号。当温度指示达到设定定值时，保护装置就会发出告警信号或者启动/停止风机、超温跳闸（为防止误动作一般不接入）等，就起到了变压器温度控制的作用。
2、绕组温度继电器
变压器绕组温度计（以下简称绕温计）是一种使用热模拟测量技术的仪表。简单的说，绕温计并不能直接测量绕组的温度，它是通过测量变压器顶层的油温T?，再施加一个变压器负荷电流变化的附加温升△T，由此二者之和T=T?+△T即可模拟绕组的最热点的温度。

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变压器绕组温度计的测量原理：
　　1、当变压器不带负荷时，顶部油温和绕温相同，绕温计的温包内有感温介质，当油温变化时，感温介质的体积也随之变化，通过毛细管的传递，使表内的测量元件发生相应的偏移，实现了绕温测量。
　　2、当变压器带负荷时，此时绕温高于油温，绕温计除了通过温包测量油温外，还需要接入变压器套管CT，通过取得与负荷成正比的电流，然后经过电流匹配器调整后，在电热元件上产生热量，使指示指针偏移，近似得到绕组对油的温升，再加上顶层油温，所得温度即为绕组的最热温度。
3、为什么变压器要装两个以上的温度计？
早期变压器一般只安装一只温度计，近几年变压器油面温度计一般安装两只，主要对于容量较大的变压器，油箱内空间较大，变压器的发热和散热也是不均匀的，在变压器内不同的区域，温度相差可能较大，为了安全起见，需要较准确地测出变压器的油温，所以有时在变压器的长轴两端各设个信号温度计来检测其油温，以确保变压器更安全地运行。这样也可当其中一只温度计故障，由于一时无法安排停电处理，而无法监测变压器的油面温度。
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                              强迫油循环变压器温度保护定值
三、冷却器全停保护
1、冷却器全停保护是一种用于检测变压器冷却系统故障的继电保护方法。当冷却器发生故障或停止运行时，变压器的温度可能会升高，导致变压器损坏。冷却器全停保护通过监测冷却水的流量或者温度来检测冷却系统的故障。当检测到异常时，冷却器全停跳闸回路接通。保护装置会触发警报或跳闸。
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2、现代电厂采用的变压器，一般磁阻较小，所以只有大型变压器才采用冷却器全停跳闸的方式来保护变压器，时间一般为20分钟，这跟变压器油温和绕组温度无关。强油循环风冷变压器，当冷却系统故障切除全部冷却器时，允许带额定负载运行 20min。如 20min 后顶层油温尚未达到 75℃，则允许上升到 75℃，但在这种状态下运行的最长时间不得超过 1h。达到整定值后非电量保护动作于全停。
3、变压器冷却器全停如何处理
(1)、及时汇报领导，通知检修人员，密切注意变压器上层油温的变化。
(2)、若两组电源均消失或故障，则应立即设法恢复电源供电。
(3)、若一组电源消失或故障，另一组备用电源自投不成功，则应检查备用电源是否正常，如果正常，应立即到现场手动将备用电源开关合上。
(4)、当发生电缆头熔断故障而造成冷却器停运时，可直接在站用电配电室将故障电源开关拉开。若备用电源自投不成功，可到现场手动将备用电源开关合上。
(5)、若主电源(或备用电源)开关跳闸，同时备用电源开关自投不成功时，则手动合上备用电源开关，若合上后再跳开，说明公用控制回路有明显的故障，这时，应采取紧急措施(合上事故紧急电源开关或临时接入电源线避开故障部分)。
(6)、若是控制回路小开关跳闸，可试合一次，若再跳闸，说明控制回路有明显故障，可按前述方法处理。
(7)、若是备用电源自动投入回路或电源投入控制操作回路故障，则应该改为手动控制备用电源投入或直接手动操作合上电源开关。
(8)、若故障难以在短时间内查清并排除，在变压器跳闸之前，冷却器装置不能很快恢复运行，应作好投入备用变压器或备用电源的准备。
(9)、冷却器全停的时间接近规定(20分钟)，且无备用变压器或备用变压器能不带全部负荷时，如果上层油温未达75℃(冷却器全停的变压器)，可根据领导命令，暂时解除冷却器全停跳闸回路的压板，继续处理问题，使冷却装置恢复；若变压器上层冲温上升，超过70℃时或虽未超过75℃但全停时间已达1小时未能处理好，应投入备用变压器，转移负荷，故障变压器停止运行。
四、油压超速保护
1、变压器速动油压保护，是指在变压器短路或过载时，为了保护变压器不被损坏，通过速动油压继电器来控制动作；其利用油箱内由于事故造成的动态压力增速来动作的。当油位或油压力达到一定数值时，开关动作，将变压器断电，避免事故发生。
2、保护测量和启动元件:突发压力继电器(速动油压继电器)


动作原理:利用油箱内由于事故造成的动态压力增速(油压变化量)来动作的。油压增长速度越快，动作越迅速;由于油压波在变压器油中的传播速度极快，所以速动油压继电器反应灵敏，动作精确，迅速发出信号并切断电源。如果在变压器上安装速动油压继电器，一旦内部发生恶性短路故障，可防止油箱爆炸。
3、变压器正常运行时，因速动油压继电器安装位置低于变压器油面线，继电器油室与变压器油箱连通，正常情况下速动油压继电器不动作。当变压器内部发生故障，油室内压力突然上升，当上升速度超过一定数值，压力达到动作值时，压力开关动作，发出信号并切断电源使变压器退出运行。在继电器内部装有平衡器。通过平衡器的作用，当变压器内部压力由于非故障原因缓慢增长，但低于一定数值时，压力开关不会动作。
五、防爆保护
1、变压器目前采用的防爆装置有防爆管和压力释放阀两种。变压器防爆管的主要作用是防止油箱破裂。压力释放阀是用于释放变压器故障产生的气体,产生的过压力，通过压力释放阀释放出去,确保箱体安全。防止变压器爆炸等事故发生。
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2、保护测量和启动元件:变压器压力释放阀
动作原理:压力释放阀可使变压器在油箱内部发生故障、压力升高至压力释放阀的开启压力时，压力释放阀在2ms内迅速开启，使变压器油箱内的压力很快降低。当压力降到关闭压力值时，压力释放阀便可靠关闭，使变压器油箱内永远保持正压，有效地防止外部空气、水份及其他杂项进入油箱。
3、压力释放阀的特性
(1)、快速开启性能。
(2)、自动复位功能。
(3)、自动发信功能。
4、压力释放阀的释压能力
压力释放阀是机械式的泄压装置。为适应变压器全密封运行的特殊性 ，释放口径只能达到130mm，此口径的压力释压阀设计泄压能力只能保护变压器内故障压力速率低于15kPa/ms时的故障产生的压力，故障压力速率超过此限值易造成变压器油箱损坏。

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责编：魏星｜审核：陈铭亮丨监审：文卉

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