浅谈大型变压器保护设计若干问题研究

浅谈大型变压器保护设计若干问题研究

朱立民王信冬

（杭州钱江电气集团股份有限公司浙江杭州311243）

摘要：随着社会不断的发展，电力行业发展迅速。变压器在电力系统是一项十分重要的供电设备，如果变压器发生故障会在一定程度上影响到供电的可靠性，以及影响到系统的正常运行过程。因此，浅谈大型变压器保护设计若干问题研究具有重要的意义。

关键词：变压器；保护设计；问题研究

目前，伴随着电力变压器自身容量的增大以及其电压等级的不断提高，在实际运行中，必须根据电压器的容量和重要程度并考虑到变压器可能发生的各种类型的故障和不正常工作的情况，而装设各种性能良好，动作可靠的继电保护设备，这对系统的安全性要求上了一个台阶，同时对变压器保护动作特点（快速、安全、可靠、灵敏）提出更高的要求。而变压器差动保护作为主保护之一，在继电保护中同样发挥举足轻重的作用，同时在变压器保护中，研究非电量保护在反映变压器内部故障和异常运行起着至关重要的作用，是电力变压器保护的重要组成部分。虽然上述保护在全国各地变电站现场得到了广泛应用，其技术应用也相对较为成熟，但是仍存在一些问题值得研究。

1变压器保护的基本要求

对变压器保护的基本要求是：变压器在发生故障情况下，应该自动断开所有与它相连的电源；变压器在油温过高、过负荷以及油面降低的情况下，需要向值班人员发出提示警报；如果变压器各侧引线、套管或本身发生了故障，一般应采用电流速断、差动和重气体保护等，使变压器的电源尽可能快的切断，以免扩大故障范围；如果母线或其它与变压器相连接的元件出现了故障，而该故障元件又因为保护拒动或断路器失灵等原因导致其本身短路器没有断开的时候，应该将变压器与故障部分分开。

2大型变压器保护设计若干问题及解决方法

2.1相间故障的后备保护存在的问题及解决方法

近年来，变压器由于中、低压侧，特别是低压侧母线故障时断路器未能断弧或拒动，而高压侧保护对此又没有足够的灵敏度，遂导致变压器损坏的事故在国内屡见不鲜。例如，某220kV变电站就因主变10kV母线侧刀闸发生短路故障时，10kV开关未能断弧而造成主变烧毁。其原因就是主变220kV侧的相间后备保护―复合电压闭锁过流保护的复合电压未选用10kV侧，而220kV、110kV侧的电压闭锁元件对10kV侧短路的灵敏度不够，造成高、中压侧后备保护没能动作，10kV侧短路故障无法排除，而使事故进一步扩大。由此可见，除加强变压器的主保护外，还应对相间后备保护存在的问题进行分析，并采取措施加以改善。

（1）电压闭锁元件灵敏度不足

当过电流保护不符合灵敏度要求时，常采用复合电压闭锁过电流保护方式，而在低压侧母线或出口三相故障时，高、中压侧电压很高，不足以启动低电压元件。解决高、中压侧电压元件灵敏度不足的方法一般采用三侧电压闭锁并联的方式，低压侧可只采用本侧电压。这种方式要注意电流灵敏度提高后，在低压侧故障切除时可能会因自启动电流过大而造成误动。

（2）电流元件的灵敏度不足

a.一些110kV双绕组主变的低压侧未装设过流保护，要靠高压侧过流保护作为低压侧母线、线路故障的后备保护，而电源侧线路保护对主变低压侧故障又无足够的灵敏度。这样，当高压侧后备保护拒动或断路器拒动时，低压侧的故障就没有第二重保护。所以，110kV双绕组主变的低压侧也应装设过流保护作为本侧母线和相邻线路保护的后备。为防止低压侧断路器拒动，过流保护应做成两个时间段，第一时限跳低压侧（或母联），第二时限跳各侧，以弥补高压侧后备保护电流灵敏度不足的问题。B.对于220kV大容量主变而言，由于低压侧加装了限流电抗器，使低压母线的短路电流大幅度下降，遂造成高压侧过流保护的电流元件对低压母线的短路故障灵敏度不足。如果两台变压器中压侧并联运行，则灵敏度就更差。

合理安排变电站主变的运行方式。目前，110kV配电网以远后备设计主，110kV及以下电网尽可能以辐射状网络方式运行，强调简化电网运行接线，防止电磁环网可能带来的系统事故，况且电网结构简单、清晰，继电保护的配置与整定也简单。因此，2台主变的中、低压侧分开运行是有条件的，且可减小低压侧的短路容量。中、低压侧分列运行后，提高了高压侧过流保护的电流元件对低压母线短路故障的灵敏度，为提高供电的可靠性，可在母联上装设备用自投装置。

加强变压器低压侧的后备保护。因低压母线一般不设母差保护，故母线故障要靠变压器的后备保护来切除。对于低压母线上所带的电容器、线路等设备故障，主变低压侧开关应是切除故障的后备开关，低压侧保护则是这些设备的后备保护。由于高、中压侧后备保护对低压侧故障的灵敏度不高，所以要加强主变低压侧后备保护：在原有配置的基础上再增加一套后备保护作为低压母线保护或其后备，其定值与出线I段或II段相配合，对母线有1.5的灵敏度。整定时限宜短原因：一是减少变压器出口短路电流对变压器和其它设备的损害；二是防止断路器柜中直流被烧断而不能切除故障。可设两时限，第一时限t1跳本侧（或母分），第二时限t2跳三侧。在变压器的低压侧配置两套完全独立的过流保护作为低压侧母线的主保护及后备保护，在这种情况下，要求这两套过流保护接于不同的电流互感器，经不同的直流熔断器（自动空气开关）供电，并分别作用于该低压侧断路器和变压器各侧断路器。

2.2主变保护的直流配置

当10kV母线故障发生在10kV断路器柜内时，弧光窜入直流系统造成整个直流操作电源消失，引起变压器损坏的事故在全国已发生多起，前述的某变电站即是一例。为保证2套双重化保护的完全独立，以防弧光窜入直流系统引起全站直流停电，变电站要有两段直流母线，两套保护分别由一段母线供电。

220kV降压三绕组变压器的保护电源作如下配置：第一段母线：主变差动保护，中压侧后备保护，低压侧第一套后备保护。第二段母线：非电量（含失灵、不一致）保护，高压侧后备保护，低压侧第二套后备保护。在两组母线上，差动、各后备保护应使用不同的分支直流熔断器（自动空气开关），并注意熔断器（自动空气开关）上、下级之间的配合。

2.3主变差动保护用电流互感器的位置

设备正常运行时，差动保护用高、中压侧电流互感器通常采用断路器侧电流互感器，不用变压器套管电流互感器。这样，从套管至断路器间的故障也能通过差动保护快速切除，从而减小了保护死区。当旁路断路器带主变断路器运行时，有的做法是将差动保护用电流互感器切换至套管电流互感器，这使得差动的保护范围缩小，当套管至旁路断路器间发生短路故障时差动保护不会动作。由于旁路断路器电流互感器与主变套管电流互感器间在电气一次布置上还有一段较长的距离，不排除在这段距离内发生故障的可能性，所以旁代时应将差动保护用电流互感器切换至旁路电流互感器差动保护低压侧电流互感器应尽量靠近低压侧断路器，并将低压侧开关也纳入差动保护的范围内。

3结束语

浅谈大型变压器保护设计若干问题研究对电力行业的发展具有重要的作用。因此要进一步提高和完善大型变压器保护设计若干问题的解决方法，这样才能促进电力行业的快速发展。

参考文献：

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[3].金凤羽。基于暂态变量的大型变压器保护[D]。江苏大学，2007。

[4].赖志军。浅谈大型变压器保护设计若干问题研究[J]。企业技术开发，2013，32（Z1）：108-109。