1、高級技師論文工種：維修電工變壓器的電氣試驗和繼電保護變壓器的電氣試驗和繼電保護摘 要：高壓電力設備是在設備的電氣試驗數據符合試驗規程標準及設備的繼電保護裝置正常監視下投入與運行。結合變壓器主要的電氣試驗和主要的繼電保護原理進行分析，了解變壓器電氣試驗與繼電保護的有機結合才能保證電力設施的安全、經濟、可靠投入運行，確保電力系統正常運行。 關鍵詞：變壓器 電氣試驗 繼電保護 直流電阻變壓器是電力系統的電氣設備。盡管變壓器是靜止設備，結構牢靠，故障機會比較少，但運行經驗表明，在長期運行中，會受到水分，潮氣的浸入，還會受到機械應力和電場的作用、導體本身發熱的作用以及大自然等各種因素的影響，會使絕緣逐漸

2、發生老化而形成缺陷，絕緣缺陷的存在和發展造成在實際運行中可能發生各種類型的故障和異常運行狀況，給電力系統的安全可靠運行帶來嚴重影響。根據絕緣預防性試驗，可以判定是否存在絕緣缺陷或能否繼續投入運行，除了對絕緣狀態的變化，和絕緣缺陷的有針對性的試驗項目進行歷史比較外，還應對設備的絕緣結構特點，對應試項目的試驗結果進行綜合分析，通過設備性能變化的規律加以確定。而繼電保護裝置就是能反映被保護設備的故障或不正常運行而將故障設備從電網中切除，保證無故障設備迅速恢復正常運行，并使故障設備免于繼續遭受破壞。因此，必須根據變壓器的容量及重要性進行電氣試驗數據檢測以及裝設性良好、動作可靠的保護裝置。一、 變壓器的

3、原理及結構分析1、 變壓器的原理分析在交流電路中將電壓升高或降低的設備叫變壓器。變壓器能把任意數值的電壓轉換成頻率相同的我們所需的電壓值，以滿足電能的輸送，分配和使用要求。變壓器是根據電磁感應原理制成的。它由一個用硅鋼片（或矽鋼片）疊成的鐵芯和繞在鐵芯上的兩組線圈構成。鐵芯與線圈間彼此相互絕緣，沒有任何電的聯系，如圖所示。我們將變壓器和電源一側連接的線圈叫初級線圈（或叫原邊），把變壓器和用電設備連接的線圈叫做次級線圈（或副邊）。當將變壓器的初級線圈接到交流電源上時，鐵芯就會產生變化的磁力線。由于次級線圈繞在同一鐵芯上，磁力線切割次級線圈，次級線圈上必然產生感應電動勢，使線圈兩端出現電壓。因磁力

4、線是交變的，所以次級線圈的電壓也是交變的。而且頻率與電源頻率完全相同。理論證實，變壓器初級線圈與次級線圈電壓比和初級線圈與次級線圈的匝數比值有關，可用下式表示： 初級線圈電壓 初級線圈匝數 = 次級線圈電壓 次級線圈匝數說明匝數越多，電壓就越高。因此可以看出，次級線圈比初級線圈少，就是降壓變壓器。相反則為升壓變壓器。2、 變壓器的組成變壓器主要由鐵芯、線圈組成的。此外還有油箱、油枕、絕緣套管及分接開關等。（1）鐵芯：主要作用是導磁。所以多采用導磁性能很好的硅鋼片疊成，片厚一般只有0.350.5毫米，并兩面涂漆，以減少損耗。（2）線圈：一個變壓器內有兩種電壓線圈（初級線圈和次級線圈），都是由絕緣

5、銅線（銅線外表涂以高強漆皮）或鋁線繞成的多層線圈，用來套在鐵芯上。（3）油箱：是變壓器的外殼。內裝鐵芯、線圈和變壓器油。使鐵芯與線圈浸在變壓器油內，起散熱作用。（4）油枕：就是儲油器。油枕起著儲油和補油的作用，當變壓器運行時，溫度升高油膨脹，油箱的油流入油枕；當溫度下降油收縮時，油枕里的油又流入油箱中，這樣來保證油箱中油始終充的滿滿的。（5）絕緣套管：為初級線圈和次級線圈引出到油箱外部的絕緣裝置，同時起著對地絕緣作用。（6）分接開關：是調整電壓比的裝置。為了使次級電壓符合用戶要求，在初級線圈末端相應留有三至五個抽頭，并將這些抽頭分別接到一個開關上，就叫分接開關。一般可以調整的范圍是額定電壓的&

6、#177;5%。注意分接調節時必須切除電源。3、 變壓器的分類變壓器常用的有：按相數分，有單相變壓器和三相變壓器。按用途分，有電力變壓器，專用電源變壓器（電鍍、電解、電焊等），調壓變壓器，測量變壓器（電壓互感器、電流互感器），小型電源變壓器（用于小功率設備），安全變壓器等。按結構特點分，有芯式和殼式兩種，線圈雙繞組、三繞組和多繞組，自耦變壓器。按冷卻方式分，有油浸式和空氣冷卻式。經過多年對昆鋼板帶廠、煉鐵廠、煉鋼廠、棒線廠、水泥廠等單位變壓器的檢測，大多屬于油浸式變壓器，因此本文主要對油浸式變壓器的電氣試驗進行分析。二、 變壓器的故障分析由于電力變壓器的工作環境較差，一些部件如：鐵芯、繞組、分

7、接開關、氣體繼電器等常會發生故障。對這些部件的檢修，能夠及時排除故障，從而保證供電的質量和可靠性。要排除這些部件的故障，必須先了解電力變壓器常見故障發生的部位、故障現象及故障產生的原因等。經過多年對變壓器的檢測，對電力變壓器的常見故障現象和原因歸納如下：故障部位故障種類故障現象故障原因分析鐵芯鐵芯疊片間絕緣損壞或局部燒熔空載損耗大高壓熔絲熔斷油溫升高油色變深吊心檢查，可見漆膜脫落，部分硅鋼片裸露、變脆、起泡，并因絕緣炭化而變色受劇烈振動使疊片間發生位移而摩擦引起疊片間絕緣老化或有局部損傷夾緊鐵芯的穿心螺桿與鐵芯間絕緣老化，使螺桿與鐵芯疊片間接觸造成短路而發熱，引起局部燒熔鐵芯兩點接地形成渦流通

8、路，使鐵芯局部嚴重發熱疊片有不正常響聲鐵芯疊片間有異常響聲鐵芯疊片中有多片或缺片鐵芯的緊固件松動鐵芯油道內或夾件下面有未夾緊的自由端鐵芯局部短路或鐵芯局部燒熔鐵芯疊片間有雜物或疊片在接縫處有彎曲繞組匝間短路或層間短路變壓器異常發熱油溫升高變壓器油發出特殊的“咝咝”聲電源側電流增大高壓熔絲熔斷氣體繼電器動作繞組匝間或層間絕緣老化變壓器油中含有水分及腐蝕性雜質外部短路過載等所產生的電磁力，使繞組產生機械形變而使絕緣損壞繞組開路斷線處產生電弧，使變壓器有放電聲斷線的相沒有電流導線接頭、引出線焊接不良雷擊沖擊電流造成斷線安裝套管時使引出線扭斷分接開關觸頭表面熔化與燒壞油溫升高高壓熔絲熔斷觸頭表面產生放

9、電聲開關裝配不當，造成接觸不良觸頭的彈簧壓力不夠相間觸頭放電或各分接頭放電高壓熔絲熔斷油枕蓋冒煙變壓器油發出“咕嘟”聲過電壓引起變壓器油內有水螺釘松動，接觸不良套管對地擊穿高壓熔絲熔斷套管有隱蔽的裂紋或有碰傷套管表面污垢嚴重變壓器油面下降過多套管間放電高壓熔絲熔斷套管間有雜物故障部位故障種類故障現象故障原因分析瓦斯繼電器不動作發生嚴重故障時不動作上下油杯不靈活干簧觸點的通斷不正確干簧觸點有被粘住現象接線板及接線柱間絕緣損壞接線板、放油口、試驗桿頂和兩端法蘭處有漏油現象變壓器油油變質變壓器油色變暗變壓器故障引起油分解變壓器油長期受熱氧化嚴重，油質劣化三、電氣試驗1、繞組直流電阻試驗繞組電阻的測量

10、是變壓器試驗中既簡便、又重要的一個試驗項目。通過繞組電阻的測量，可以檢查出繞組內部導線的焊接質量；引線與繞組的焊接質量；繞組所用導線的的規格是否符合設計；分接開關、引線與套管等載流部分的接觸是否良好；三相電阻是否平衡等。在變壓器的負載試驗中，對于附加損耗較大的變壓器，要提供測量較準確的繞組電阻，以便計算電阻損耗用。在變壓器的升溫試驗中，用電阻法測量繞組平均溫度時，繞組電阻的測量誤差最好不超過±0.2%，以便達到溫升試驗的要求。基于以上情況，確定正確的測量方法，選擇適當的測量設備，是保證測量繞組電阻準確度的關鍵。（1）、測量方法目前我們采用的測量方法是電橋法，使用揚州華電電氣有限公司生

11、產的2040型變壓器直流電阻測試儀，直接將測試線接入變壓器繞組三相出線端即可。該儀器具備單臂電橋和雙臂電橋的功能，準確度高、靈敏度高，具有直接讀數的優點。（2）、測量數據分析影響變壓器繞組電阻測量準確度的因素很多：表計的準確度級次、接線的方法、溫度的測量、試驗接觸狀況和電流穩定情況等等。因而，在測量前要加以考慮，以減小或避免上述可能產生的誤差，而得到較為準確的測量電阻值。1）電阻測量和溫度的關系測量電阻時，準確的記錄被試繞組的溫度十分重要，器身浸入油中不勵磁靜放三個小時后方能確定油的平均溫度。認為此時繞組溫度與油的平均溫度相同。油的平均溫度取頂層油溫與散熱器進出口溫差之半的差。在溫升試驗測量冷

12、態電阻時，為了準確的確定繞組平均溫度，強迫油循環變壓器應開動油泵使油循環。在繞組溫度為t時測出的繞組電阻，應換算至75時的阻值，與設計值比較并提供給用戶。換算公式如下：R75=RtK式中 R7575時的電阻值：Rt環境溫度下的電阻值 式中 T 因數（銅導線為235，鋁導線為225）； T 繞組溫度，2）不同聯結繞組的電阻測量對于無中性點引出的星形聯結或三角形聯結的繞組，應測量其三相的線電阻；對于有中性點引出的星形聯結的繞組，應測量其相電阻，對于低壓為400V yn聯結的配電變壓器例外，因為其中性點引線所占比重比較大，故應測量其線電阻。試驗中對帶有分接開關的繞組，應在所有分接下測量其繞組電阻。變

13、壓器繞組分接間的繞組電阻差一般近似于分接電壓比的差，即±5%或±2×2.5%等。但個別小容量高電壓變壓器，如50kVA 35kV的繞組，由于分接線段用較正常線段線號粗的導線，所以雖然分接電壓差±0.5%，而繞組電阻只差±0.1%左右。3）三相電阻不平衡的分析除了比較其分接間相差的阻值外，還應比較三相間所測電阻的不平衡率（以三相實測最大值減最小值為分子，三相實測平均值做分母計算），一般產品所測電阻值的三相不平衡率均應小于2%，如果產品由于導線材質和結構等原因三相電阻不平衡率超出這一規定時，除在出廠報告中寫明具體實測值外，還應注明引起這一偏差的原因

14、，應對實測值進行比較。繞組電阻測量后均換算成相電阻，然后再換算到75的電阻作為試驗數據分析，如果測量的是線電阻，應按下列公式換算成相電阻。星形聯結時 Rxg = Rxn/2三角形聯結時 Rxg = 1.5Rxn 式中 Rxg相電阻；Rxn線電阻。測量結果，如果三相線電阻不平衡率超過2%，并且無法準確地測量其相電阻時，則需按下列算法求出每相電阻值，然后和設計值或出廠數據比較，即可找出缺陷相。當繞組星形聯結時 Ra = (Rab+Rac-Rbc)/2 Rb = (Rab+Rbc-Rac)/2 Rc = (Rbc+Rac-Rab)/2當繞組三角形聯結，并為a-y；b-z；c-x時 Ra = （Rac

15、-Rp）- Rb = （Rab-Rp）- Rc = （Rbc-Rp）- Rp = 式中 Ra、Rb、Rc相電阻； Rab、Rbc、Rac線電阻。三相電阻不平衡或與設計值相差太大，最常見的幾種原因。1）分接開關接觸不良。一般表現為個別一兩個分接頭的電阻偏大，而且三相之間電阻不平衡。主要是由于分接開關內部不清潔，電鍍脫落，彈簧壓力不夠等原因造成的。如：棒線第二作業區1400kVA變壓器，名牌數據為:型號：ZS9-1400/6 容量:1400kVA 電壓：6000/420V接法:D,d0 出廠編號：T99-474 廠家：云變檔位 AB（）AC（） BC（） 偏差值%0.22810.22830.228

16、00.130.22260.30070.3013350.21680.21160.21680.090.21140.21150.21140.040.20620.20620.20610.04從上表分析，發現檔的電阻嚴重超標，后經入廠抽芯檢查，發現檔的換檔開關的觸點被燒毛，經處理后，直流電阻符合標準。 2）焊接不良。由于引線和繞組焊接處接觸不良造成電阻偏大，多股并繞繞組，其中一股或兩股沒有焊上，一般這時電阻偏大的較多。如：焦化廠1000 kVA變壓器，接法Y,yn0，出廠編號20092271，低壓側電阻分別是a相0.0009333、b相0.001012、c相0.0009321，偏差值為8.57%，經入廠

17、抽芯檢查發現，b相焊接處有兩根脫焊，重新焊接后，直流電阻符合標準。3）三角形接線一相斷線。當三角形一相斷線，測出的三相電阻都比設計值大得多，沒斷線的兩相比正常大1.5倍，而斷線的相的電阻則比正常的大3倍。如：昆鋼上廠礦2400kVA變壓器，接法為Y/-11,電壓35kV/6.3kV，出廠編號10N604-2，低壓側電阻ab：0.1079、ac：0.1613、bc：0.3219，偏差為198%嚴重超標，入廠抽芯檢查發現低壓側三角形接線沒有焊接好已經斷開，經過焊接處理后低壓側電阻偏差符合標準。4）變壓器的套管中，導桿和引線接觸不良或斷裂。所測三相電阻不平或偏差很大，抽芯檢查看不到明顯的斷線點，這時

18、就應檢查瓷瓶套管內的連線，通常都是焊接不好造成的。2、絕緣性能及變壓器油試驗絕緣性能及變壓器油試驗是對變壓器主絕緣性能的試驗，以此發現變壓器絕緣的局部缺陷和普遍的缺陷，它是決定進行耐壓試驗和繼續運行的主要參考數據。絕緣性能試驗一般有絕緣電阻和吸收比試驗;泄漏電流和交流耐壓試驗。（1）絕緣電阻和吸收比試驗直流電壓U作用于絕緣上時，如圖2的等效電路和圖3可以看出，瞬間的起始電流值為i0，兩電極間的總電流為i，i將對C1充電的瞬間時電流i1、R-C支路中隨時間衰減的吸收電流i2和通過R1支路的泄漏電流i3三部分組成。總電流i隨時間衰減，最后穩定于泄漏電流is。對于一般中、小型變壓器來說，一分鐘基本上

19、能穩定，對于巨型變壓器來說，需要較長的時間才能穩定，為了節約時間，通常取加壓一分鐘后讀取泄漏電流或絕緣電阻。由圖3可見，泄漏電流is與時間無關，而與整體受潮或貫通性的缺陷有關。因此常用R60或I60來發現絕緣中部分或整體受潮，表面臟污和表面留有放電或擊穿痕跡的缺陷。絕緣性能愈好，絕緣電阻愈高，泄漏電流就愈小。反之，絕緣電阻愈低，泄漏電流就愈大。這是判定絕緣好壞的一種方法。從圖3中可以看出，充電電流i1和吸收電流i2是與時間有關的兩條曲線。絕緣性能的好壞，不但影響絕緣電阻和泄漏電流的最后穩定值，而且使絕緣電阻隨著時間變化與總電流i的關系曲線改變。曲線i隨時間變化的現象稱為吸收現象，在同類產品中，

20、絕緣性能愈好，吸收現象曲線衰減得愈慢；絕緣性能愈壞，吸收現象曲線衰減的愈快。所以，可以用R60/R15或I15/I60來判定絕緣性能的好壞。（2）變壓器油試驗變壓器油是油浸變壓器的主要絕緣部分，因此，變壓器油的電氣強度直接影響整個變壓器的絕緣性能，在變壓器耐壓實驗前必須進行變壓器油的試驗。變壓器油擊穿電壓的試驗應在10-70之間進行，油的擊穿電壓試驗最好在油擊穿試驗器上進行，也可以利用試驗變壓器和調壓器帶過流保護的成套裝置上進行。但往往后一種設備，由于擊穿電流較大，油杯的游離碳增加較多，而使試驗值偏低。在保證試驗裝置正常，油杯清潔，電極表面良好，油溫在10-70之間時，試驗按下列步驟進行：1）

21、檢查油杯和電極表面狀態，除去所有外物和電極上可能遺留的燒焦痕跡，并測量電極是否正確，然后用汽油擦洗干凈。2）將變壓器油樣活塞打開，沖洗三次，然后使油徐徐流入杯內，使其不至產生氣泡，到油面至杯口20mm為止。3）靜放10分鐘，以消除油中存在的氣泡。4）操作油擊穿試驗器，使電壓按每秒不大于3kV的速度升高，直到擊穿為止，記錄擊穿時的電壓。5）共試5次，每次間隔1分鐘。每次用干凈的玻璃棒撥除游離碳。6）如果5次的擊穿電壓值之差不超過25%，則取其平均值加以記錄；如果有超過25%的，須重復試驗，直到有5個可用的數據為止。對于35kV以下的變壓器，其擊穿電壓應不低于30kV。對于35kV以上的變壓器，其

22、擊穿電壓應不低于40kV。3、交流工頻耐壓試驗變壓器絕緣性能和變壓器油試驗后，為了保證變壓器質量符合國際標準，必須進行絕緣電氣強度試驗即交流工頻耐壓試驗。它對考核主絕緣強度，絕緣的局部缺陷，具有決定性的作用。如果變壓器有缺陷只有用超過額定電壓一定倍數的高電壓進行試驗才能發現，交流工頻耐壓在不低于80%額定頻率的試驗電壓下持續1分鐘，如果被試品沒有異響和擊穿現象，則說明被試品是合格的。交流耐壓試驗的原理如圖4。4、電壓比試驗變壓器是變換電壓以達到輸配電能的電氣設備，電壓比試驗就是要驗證變壓器能否達到預計的電壓變換效果。電壓比是是變壓器并聯運行的重要條件，兩臺中小型變壓器的電壓比相差1%時，并聯后

23、在繞組內就產生10%額定電流的循環電流，使變壓器的輸出容量減小，因而不希望變壓比偏差太大，至少應限制在一定范圍內。變壓比試驗就是在變壓器的一側（高壓或低壓）施加一個低電壓，然后用儀表或儀器測量另一側的電壓，通過計算來確定變壓器是否符合技術條件所規定的各繞組的額定電壓。（我廠采用的是揚州華電生產的HBB-V全自動變比測試儀，該儀器具有三相同時測量并自動計算出偏差）。另外電壓比試驗還可以驗證變壓器外面分接開關指示位置與里邊器身的實際分接位置是否一致。四、 繼電保護1、電流速斷保護原理及基本計算變壓器電流速斷保護裝設在電源側，其原理電路如圖5所示。它由電流繼電器KA1，KA2，中間繼電器KC和信號繼

24、電器KS等構成。電流速斷保護只能作為變壓器高壓側故障的保護，而不能保護低壓側故障。工作原理：當變壓器高壓側發生故障時，過電流繼電器KA1，KA2動作，其常開觸點閉合，中間繼電器KC得電吸合，使信號繼電器KS動作，發出報警信號，同時斷路器QF1和QF2的跳閘線圈YR1、YR2吸合，斷路器跳閘，將變壓器從電網中切除。電流速斷保護的繼電器可采用DL-10系列電流繼電器，以可以采用GL-10、GL-20系列過電流繼電器中的電磁速斷元件。電流速斷保護的動作電流，應躲過變壓器低壓側的最大短路電流和變壓器空載合閘時的涌動電流。根據經驗，當速斷保護一次側動作電流比油浸式變壓器額定電流大35倍，或比干式變壓器額

25、定電流大810時，速斷保護對空載合閘電流就不起作用。其計算方法是： Idzj=kkkjx2、過負荷保護和過電流保護及計算（1）過負荷保護變壓器運行中有可能發生過負荷情況，所以需要裝設過負荷保護裝置。過負荷引起的電流三相是對稱的，因此過負荷保護可用一個電流繼電器接到任一相上即可，在有人值班的配電室保護裝置一般作用于信號。過負荷保護的動作電流是按躲過變壓器的額定電流來整定的即：（1.21.25）Ieb ； Ieb為變壓器的額定電流。 （2）過電流保護為了防止變壓器外部短路，并作為內部故障的后備保護，一般變壓器應裝設過電流保護。對單側電源的變壓器，保護裝置的電流互感器安裝在變壓器的電源側，以便在發生

26、變壓器內部故障而瓦斯或差動保護拒動時，由過電流保護經整定時限動作后，作用于變壓器兩側斷路器跳閘。其原理見圖6所示。工作原理：KA1、KA2為GL型電流繼電器，由于繼電器本身動作帶時限，并有掉牌信號裝置，所以可以省去時間繼電器和信號繼電器。正常時KA1、KA2的常閉觸點將斷路器QF的跳閘線圈YR1、YR2短接，跳閘線圈不通電當電力線路發生相間短路時，繼電器KA1、KA2吸合，經過一段延時后，其常開觸點閉合，常閉觸點斷開，出口斷路器QF的跳閘線圈YR1、YR2得電動作斷路器跳閘，從而切除故障線路。在YR1、YR2動作的同時，裝置內的信號牌自動掉下，表示保護裝置已經動作。當故障解除后，繼電器自動返回

27、，而信號牌需手動復位。其計算方法是：Idzj=kkkjx3、差動保護變壓器差動保護主要用來保護變壓器繞組內部、套管及引出線上的各種短路故障及單相匝間短路故障。差動保護是反映變壓器高、低壓兩側電流差而動作的保護裝置。其原理見圖7所示。工作原理：當變壓器正常運行或外部故障時，流入差動繼電器的電流為不平衡電流，由于預先選擇好兩側電流互感器的變比好接線方式，故該不平衡電流很小，流入電流繼電器內的電流（為兩側電流互感器二次側電流之差）ij=i1-i2=0保護不動作。當保護區內發生故障時，如對于單端電源供電的變壓器，則i2（或i1）=0,于是ij=i1-i2= i1（或i2），只要該電流ij大于繼電器的起動電流Idzj,即ijIdzj，則繼電器動作，瞬時使變壓器兩側的斷路器QF1和QF2跳閘。4、零序電流保護容量較小，低壓側電壓為400/230V的中性點直接接地的配電變壓器，低壓側單相接地保護可采用零序電流保護，變壓器高壓側為斷路器的，保護作用于斷路器跳閘；高壓側為負荷開關的，保護作用于低壓側斷路器跳閘。5、瓦斯保護當變壓器內部發生故障時，變壓器油會膨脹并氣化，氣體通過瓦斯繼電器流向油枕時，使瓦斯繼電器動作，發出預告信號或跳閘。瓦斯繼電器有浮筒式、擋板式和開口杯式三種型式，其中開口杯式（復合