变压器保护装置和监测系统主要有哪些

发布时间：2025年7月1日 08:36:15

一、核心监测与保护执行单元

气体继电器 (瓦斯继电器)
- 原理：变压器内部绝缘材料在过热或故障时会产生气体。气体比油轻，会在变压器油箱和储油柜之间的管道中积聚。气体继电器通过内部的浮球来检测气体的积累量。当气体积累到一定程度时，浮球下降，触动报警触点（轻瓦斯保护）。严重的内部故障还会引起油箱内油流冲击，冲击继电器内的挡板，触动跳闸触点（重瓦斯保护）。
- 功能：检测变压器内部绝缘件的早期过热或短路故障产生的气体，以及故障时产生的油流冲击，发出报警或执行跳闸。
油温指示计 (顶层油温计)
- 原理：基于液体（变压器油）的热胀冷缩原理。探头置于顶层油中，油温变化引起探头内介质膨胀或收缩，通过机械传动带动表盘指针指示油温。通常带有可调节的触点，用于发出报警或控制冷却设备。
- 功能：监测变压器顶层油的温度，这是变压器散热的直接反映。用于过热报警和控制冷却风扇/油泵的启停。
绕组温度指示计 (模拟绕组温度计)
- 原理：该仪表结合了顶层油温和绕组自身因负载电流产生的温升。它通过一个模拟绕组温度的传感器（内部有加热元件受二次电流控制）来估算绕组的实际温度。当模拟绕组温度超过设定值时，会触发报警或跳闸触点。
- 功能：更准确地反映变压器绕组的实际工作温度，防止因过负荷或内部故障导致绕组绝缘损坏。
压力释放装置 (防爆阀 / 泄压阀 / 爆破片)
- 原理：当变压器内部发生严重故障，导致油箱内压力急剧升高，超过其设计的安全极限时，该装置（可以是弹簧加载的阀门或易碎的爆破片）会自动开启，将内部过高的压力快速释放到外部环境中，防止油箱爆炸。通常集成有接触式开关，在压力释放时向保护装置发送跳闸信号。
- 功能：作为变压器内部严重故障时的最后一道安全防线，防止因内部压力过大而导致箱体爆炸。
油位指示器 (油位计)
- 原理：通常安装在储油柜（油枕）上，通过内部的浮球和磁性耦合机制来指示油位。浮球随油位变化，带动外部指针或触点动作。带有警报触点，用于在油位过高或过低时发出信号。
- 功能：监测变压器油箱（特别是储油柜）的油位，确保油位在正常范围内，以保证良好的绝缘和冷却效果，并可检测变压器是否存在漏油现象。
电流互感器
- 原理：将一次侧的高电流按比例转换为二次侧的低电流（例如，变比1000/5A）。基于电磁感应原理，通过高匝数比的二次绕组来减小电流值。二次侧连接到电流表或保护继电器。
- 功能：为变压器保护和监测提供精确的电流信号。是实现差动保护、过电流保护、零序保护等电气量保护的基础。
电压互感器
- 原理：将一次侧的高电压按比例转换为二次侧的低电压（例如，变比110kV/100V）。基于电磁感应原理，通过高匝数比的二次绕组来降低电压值。二次侧连接到电压表或保护继电器。
- 功能：为变压器保护和监测提供精确的电压信号，用于过电压、欠电压保护以及作为相量比较的基准。
微机保护装置 (数值保护继电器 / 智能保护装置)
- 原理：利用微处理器和数字信号处理技术，通过采样互感器送来的电流和电压信号，进行高速运算和逻辑判断。内置多种保护算法，如差动、过流、零序、过压、欠压、接地等。当检测到故障时，根据预设的保护定值和逻辑，通过输出回路控制断路器跳闸、发出报警或执行其他控制命令。
- 功能：集成了多种保护功能，实现对变压器及其连接线路的全面保护。具有高精度、智能化、自诊断、故障录波、远方通信等优点。
灭磁电阻投切开关
- 原理：在某些特殊的变压器（如并列运行的特高压变压器）或系统故障后，需要快速地将变压器内部储存的磁能释放掉，以防止异常电压的产生。这种开关负责将专门的灭磁电阻接入变压器的某个绕组，以消耗并释放磁能。
- 功能：用于防止因磁轭饱和或特定故障引起的异常高电压，保护变压器绝缘。
接地电阻器
- 原理：当变压器的中性点需要接地运行时，通过连接一个固定阻值的电阻，限制单相接地故障时的接地电流。电阻的阻值会影响接地电流的大小以及零序电压的分量。
- 功能：限制接地故障电流，减小接地故障对其他设备的影响，并可能影响某些零序保护的灵敏度和选择性。
避雷器
- 原理：是一种过电压保护装置，当线路或变压器遭受雷击或其他原因引起的瞬时过电压时，避雷器上的氧化锌（ZnO）压敏电阻的阻值会急剧下降，将过电压的能量泄放入大地，从而保护变压器绝缘免受损坏。在正常电压下，其阻值非常高，几乎不导通。
- 功能：保护变压器及其绝缘免受雷击和操作过电压的损害。
电磁式电流继电器
- 原理：早期使用的继电器类型。通过线圈中流过的电流产生电磁吸力，驱动动触点吸合。根据触点动作的电流大小和延时特性，实现过电流或速断保护。
- 功能：提供过电流、速断等基本保护功能，现在多被微机保护装置替代。
电磁式电压继电器
- 原理：与电流继电器类似，通过线圈中的电压产生电磁吸力，驱动触点动作。用于过电压、欠电压等保护。
- 功能：提供过电压、欠电压等基本保护功能。
热继电器
- 原理：利用双金属片受热弯曲的原理。当电流通过发热元件时，加热双金属片。当电流和加热时间导致双金属片弯曲到一定程度时，触点动作。通常用于过负荷保护。
- 功能：监测变压器绕组的长期过负荷情况，防止过热损坏绝缘。
信号灯指示器
- 原理：简单的指示灯，当接收到某个触点信号（如报警、跳闸、设备状态）时，会点亮或闪烁。
- 功能：直观地显示变压器的运行状态、故障信号或保护装置的动作情况。
操作机构
- 原理：连接在断路器（空气开关、油开关、真空开关等）上的机械装置，负责执行合闸和分闸操作。可以是电动操作、弹簧操作或手动操作。
- 功能：接收保护装置发出的跳闸命令或运行人员的合闸命令，从而控制断路器动作，接通或断开变压器的电源。
断路器
- 原理：能够接通、承载和断开正常负荷电流以及在规定条件下承载和断开规定时间的故障电流的开关电器。其灭弧介质可以是空气、真空、SF6气体或油。
- 功能：在保护装置发出跳闸指令后，安全、可靠地切断变压器的电源，隔离故障。
隔离开关
- 原理：主要用于在断开状态下提供可见的隔离断点，以确保检修人员的安全。它不能在有负荷电流的情况下操作，但通常在断路器断开后再操作。
- 功能：在检修变压器时，提供一个安全可靠的断开点，确保检修人员与带电设备之间完全隔离。
接地刀闸
- 原理：安装在变压器的高压侧或低压侧引出线上。在设备检修前，由人工或自动操作闭合接地刀闸，将设备可靠接地。
- 功能：在设备检修期间，将高压部分可靠接地，防止感应电压或残余电荷对检修人员造成危险。
温度变送器
- 原理：与温度计类似，但它将测量到的温度信号转换成标准的（如 4-20mA）或数字信号，通过通信线路远传给分布式控制系统 (DCS) 或监控系统。
- 功能：将变压器的温度信息数字化，用于远程监控、数据记录和分析。
压力变送器
- 原理：测量油箱内的压力，并将压力信号转换成标准的模拟或数字信号输出，用于远程监测和控制。
- 功能：监测变压器油箱内的压力变化，可以作为判断变压器内部异常（如漏油、故障气体产生导致内部压力升高）的辅助手段。
漏油检测装置
- 原理：通常安装在变压器底部或周围区域，利用传感器（如导电性传感器、光电传感器）检测是否有变压器油泄漏。
- 功能：及时发现变压器漏油现象，防止油量不足影响冷却和绝缘，并可发出报警。
气体压力表
- 原理：用于显示变压器油箱内部或氮气保护系统的气体压力值。
- 功能：监测变压器内部气体的压力状态，例如氮气保护系统的工作压力。
绝缘监测仪
- 原理：通过测量变压器绕组对地之间的绝缘电阻或介质损耗角正切值等参数，来评估变压器绝缘的健康状况。
- 功能：实时或定期监测变压器绝缘的劣化程度，为预测性维护提供依据。
局部放电检测装置
- 原理：变压器内部绝缘中可能存在微小的放电现象（局部放电），这些放电会产生电磁波、声波或化学物质。局部放电检测装置（如高频电流传感器、超声波传感器、色谱分析仪）可以监测这些信号，从而判断绝缘是否出现早期缺陷。
- 功能：检测绝缘材料内部的微弱放电，识别绝缘缺陷，是变压器早期故障诊断的重要手段。
油中溶解气体分析仪
- 原理：通过采集变压器油样，利用气相色谱等技术分析油中溶解气体的种类和含量。不同类型的故障（如过热、放电）会在油中产生特征性的气体及其组合。
- 功能：通过对油中溶解气体进行分析，诊断变压器内部发生的故障类型（如过热、局部放电、高能量放电等）及其严重程度，是变压器状态监测和故障诊断的关键技术。
变压器在线监测系统
- 原理：这是一个综合性的系统，集成了上述多种传感器和仪表（如油温、绕组温度、油位、压力、局部放电、气体分析等），通过数据采集和通信网络将所有数据传送到中央控制室或云平台进行实时监控、分析和预警。
- 功能：提供对变压器运行状态的全面、实时的监控，实现状态检修和预测性维护，提高运行的可靠性和安全性。
接地装置
- 原理：将变压器的金属外壳、铁芯等非带电部分与大地连接。通过导线和接地极实现。
- 功能：当变压器内部发生绝缘击穿导致外壳带电时，能够将故障电流导入大地，保护人员免受电击伤害，并为保护装置提供动作回路。
变压器本体绝缘电阻测试仪
- 原理：使用高电压低电流的直流电源对变压器的绝缘进行测试，测量绝缘电阻值。
- 功能：定期检查变压器绝缘的整体情况，评估其受潮、老化或污损程度。
变压器绕组直流电阻测试仪
- 原理：通过施加直流电流，测量变压器绕组的直流电阻值。
- 功能：检测绕组是否存在断股、接头松动、匝间短路等问题。
变压器变比测试仪
- 原理：通过测量一次侧和二次侧的电压（或电流）比例，来验证变压器绕组的匝数比是否准确。
- 功能：检测变压器是否有匝间短路、断路或分接开关接触不良等问题。
变压器空载特性的测试仪
- 原理：测量变压器在空载情况下（一次侧接入电压，二次侧开路）的空载电流、空载损耗等参数。
- 功能：评估变压器铁芯的质量和磁路的状况。
变压器负载特性的测试仪
- 原理：测量变压器在带负载情况下的各项参数，如短路电压、负载损耗等。
- 功能：评估变压器绕组和连接的损耗情况。
变压器油色谱分析仪
- 原理：通过气相色谱法分析变压器油中溶解气体的成分和含量，以诊断变压器内部故障。这是油中溶解气体分析仪的更具体的实现设备。
- 功能：是油中溶解气体分析仪的核心设备，用于精细分析油中气体的组成，判断故障性质。
红外热像仪
- 原理：利用红外辐射传感器检测物体表面的红外热辐射，并将其转化为可见图像。温度越高的物体，发出的红外辐射越强。
- 功能：用于变压器运行过程中进行非接触式的表面温度检测，快速发现潜在过热点（如接点松动、冷却器堵塞等），常用于巡视检查。
超声波检测仪
- 原理：检测变压器运行中产生的超声波信号。局部放电、电晕放电或电弧放电都会产生特定的超声波。
- 功能：用于检测变压器内部的局部放电或电晕放电，是早期故障诊断的工具。
绝缘油介电强度测试仪
- 原理：在标准的油样中施加逐渐增大的电压，直到油击穿。测量击穿电压，以评估绝缘油的绝缘性能。
- 功能：检测变压器绝缘油的击穿电压，判断油的绝缘能力是否合格，是否需要过滤或更换。
绝缘油介质损耗测试仪
- 原理：测量变压器绝缘油在一定频率和电压下的介质损耗因数（tanδ）。介质损耗与油的纯净度和水分含量有关。
- 功能：评估绝缘油的清洁度和含水量。
分接开关位置指示器
- 原理：机械或电子装置，指示变压器分接开关当前所处的位置。
- 功能：显示变压器电压调节装置（有载调压开关）的位置，确认电压调节是否正常。
自动调压装置
- 原理：一个独立的系统（有时集成在变压器控制柜内，但更多是外部系统）负责监测系统电压，并自动调整变压器的分接头位置，以维持输出电压在设定范围内。
- 功能：维持变压器输出电压的稳定，适应电网电压波动。
励磁涌流抑制装置
- 原理：在变压器刚合闸时会产生较大的励磁涌流，为了避免这个涌流误动保护装置，会采用一些技术手段（如暂降电压、改变合闸相位、使用涌流补偿器等）来抑制或补偿这个涌流。
- 功能：防止变压器合闸瞬间的励磁涌流引起误保护动作。
接地电阻测量仪
- 原理：使用专门的仪器测量接地系统的电阻值。
- 功能：确保变压器外壳及其接地回路的接地电阻符合要求，保证接地效果。
高压回路监测装置
- 原理：可能是一套集成的监测系统，实时检测变压器高压侧的电压、电流、功率因数、频率等参数，并与保护装置联动。
- 功能：提供高压侧运行的全面监测，支持保护装置的决策。
低压回路监测装置
- 原理：类似高压回路监测装置，但用于监测变压器低压侧的参数。
- 功能：提供低压侧运行的全面监测，支持保护装置的决策。
绝缘监测用高压分压器
- 原理：一种用于将高电压按比例分压为低电压的设备，以便于测量或监测其绝缘状态。
- 功能：用于绝缘监测仪或其它在线监测设备接入高压侧进行绝缘参数测量。
绝缘监测用低压分压器
- 原理：当需要监测变压器某个低压部分的绝缘时使用。
- 功能：为低压侧绝缘监测提供信号接入。
绝缘监测用高频耦合装置
- 原理：通过耦合电容等方式，将高频的监测信号注入变压器高压回路，同时将被监测点的局部放电信号耦合出来。
- 功能：实现局部放电的在线监测，并与主保护隔离。
变压器在线运行状态监测与诊断系统
- 原理：这是一个更高级别的集成系统，整合了上述多种监测仪表和传感器的数据，通过先进的算法进行数据融合、趋势分析、故障诊断和寿命预测。
- 功能：提供对变压器运行状态的深度分析，实现预测性维护，提高设备健康管理水平。
绝缘耐压试验设备
- 原理：提供高电压（通常是工频或直流）进行绝缘耐压试验，以验证变压器绝缘在承受规定电压时的能力。
- 功能：在制造、安装或大修后对变压器进行预防性试验，确保绝缘合格。
变压器参数在线测量单元
- 原理：集成了一系列传感器和测量电路，用于实时测量变压器的各项运行参数，如电压、电流、功率、频率、温度、绝缘阻抗等，并将数据传输给主控系统。
- 功能：实现变压器运行参数的连续在线测量和数据采集