电力变压器继电保护设计的分析

电力变压器继电保护设计的分析

刘立忠

（江山市海维输变电设备研究所浙江江山324100）

摘要：随着我国社会经济的不断发展，作为整个电力变压器系统的重要组成部分，电力变压器继电保护装置具有至关重要的作用。因此，只有使整个电力变压器继电保护系统处于正常的运行状态，才能够在一定程度上保证电力变压器继电系统的安全运行。如今，人们对于电力的需求水平日益增长，对于电力变压器继电保护设计的研究就显得非常有必要。本文将主要从电力变压器继电保护设计的角度进行分析，同时对电力变压器继电保护系统的作用，工作原理、基本组成及该系统的常见故障类型进行阐述，并提出了有效的优化措施。

关键词：电力变压器；继电保护；设计

1继电保护在电力变压器的作用

电力变压器的发展一直以来与继电保护技术的发展分不开的，继电保护技术的发展为电力系统的稳定性提供了保障。所谓的继电保护技术，是指利用技术化手段或继电保护装置，对电力变压器进行监控与控制的作用。应用继电保护技术，当电力变压器发生故障时，保护装置能够根据故障的类型采取相应的措施，当发生短路故障时，继电保护装置会立即切断短路区域的电路设备，防治事故造成进一步伤害，同时还能够保护未出事故的电路能够正常的运行，当电路中各个电器的运行状态发生异常时，继电保护装置会手机相关的异常信息进行分析并判断是否是故障状态，并及时将异常的信息发送给电路维护人员进行调查，从而有效的防止用电器发生事故。继电保护技术，在电力技术发展的过程中发挥着巨大的作用，是电力系统保持稳定的基础，也是我国电力系统发展的重要技术。

2电力变压器继电保护主要的工作原理

变压器继电保护装置主要的工作原理指的就是在电力系统当中，由于电力数值会产生一定的波动，从而具有调节功能作用的装置。电力变压器继电系统的运行状态必须是安全可靠的，这也是为了确保电力系统正确运行的基础。当然，电力系统运行状态不同时，发挥出的保护作用也是不同的，在这种情况下，就必须要通过分析运行参数找到具体的数据值，从而判断继电保护的运行状态。并且，准确有效的参数也可以作为运行依据，形成相应的工作原理。如果继电系统在运行时处于正常状态时，就可以先进行测量。如果运行状态非正常时，那么就要先找到故障问题再进行测量，对比其运行的结果。

3电力变压器继电保护的基本构成及特征

3.1电力变压器继电保护的基本构成

经过长时间的发展与演变，如今电力变压器继电保护系统已逐步发展到了微机型的继电保护系统的状态，该类型的电力变压器继电保护系统主要由3部分组成。①电力系统信号采集部分。其主要功能是收集并整理电力系统内部的电力数值的情况，然后将其收集整理的数据通过有效的传递方式提交给电力系统继电保护部分。②电力系统的信号处理部分。其能够对电力系统信号采集整理的信号进行处理，并以有效的方式对相关问题进行分类与处理。③信号输出部分。该部分是十分重要的一环节，信号输出部分可以有效地将输出信号的指令精准无误地发送给电力系统，从而保障调节工作的顺利进行。

3.2电力变压器继电保护的基本特征

3.2.1可靠性

电力变压器继电保护装置的可靠性是由安全和值得信赖这两部分组成的。安全指的是继电保护装置不会发生误动，也就是说只有在需要继电保护的状态下才进行反应和工作。而值得信赖是指在继电保护装备负责的范围内，一旦电力变压器发生故障，继电保护就要及时作出反应，保护变压器的安全。

3.2.2灵敏性

当电力变压器在属于继电保护的范围内发生故障或者出现不正常的运行时，继电保护能够根据故障或问题的不同及时作出反应。要求继电保护装置不管运用何种系统运行方式都能够通过调节线路电流的方式进行可靠动作。

3.2.3实用性

实用性指的是在系统运行过程中，能够通过使用共享的数据有效解决运行过程中的问题。同时，还可以通过系统分析，数据统计，远程监控等方式来保障继电保护装置的正常的运行，从而为电力变压器的正常工作提供了坚实的保障。同时还要保证继电保护设备的操作简单，以提高其实用性。

3.2.4实现远程监控

微机保护装置存在串行通信，能够与远方的变电站微机监控系统实现相互通信，使整个微机保护都实现了远程监控功能，从而节省了人力，更加保障了无人变电站的继电保护系统的安全运行。

4电力变压器继电保护系统中存在的主要故障

4.1电压互感器的二次回路故障

电压互感器是电力变压器继电保护系统的重要结构，是用来排除电力回路中超过一定数值的电压。在电压互感器正常工作中，可以容忍电压较大的负载，但由于二次回路电压会随着一级回路的电压增大而增大，当一级回路的电压過大时，电压互感器就难以承受二次回路中过高的电压，出现一系列的短路、烧毁情况，这对于电力变压器继电保护系统的正常运行会造成巨大的阻碍。除此之外，由于电压互感器的芯层含有大量的铁元素，当电压互感器两端的工作电压较大时，会造成电路的非稳振荡。由此可见电力变压器继电保护系统中电压互感器的二次回路故障将极大的影响电力变压器继电保护系统的正常工作，在完善电力变压器继电保护系统时要针对上述问题进行重点讨论，以求寻找到相应的解决措施。

4.2电流互感器的故障

电流互感器故障主要是因为其线路的绝缘材料破损造成的，当线路的绝缘材料收到毁坏，其内部的部分电流就会漏出，这对于电力变压器的正常运转是极其不利的，由于漏电现象的存在，在潮湿的环境下会使电力变压器继电保护系统的部分结构带电，严重威胁到了工作人员的人身安全。当电力变压器继电保护系统检测到漏电电流的存在，就会采取电力保护措施，切断相应设备的工作电流，严重影响了电力的正常供应。

4.3计算机型电力变压器继电保护装置的故障

随着信息技术的不断发展，计算机技术逐渐被应用到了众多的工业领域和科研领域，与此同时，计算机型电力变压器继电保护装置也得到了很好的发展。但由在实际工作中，计算机型电力变压器继电保护系统常常会出现输入功率不足的现象，缺乏标准的输入功率就会造成起运行工作中的电力参数不在标准范围内，如电力变压器继电保护系统的输出电流和输出电压，这将对继电保护系统造成不利影响。

5电力变压器继电保护设计优化方法

5.1差动保护设计

差动保护设计是优化电力变压器继电保护设计优化的重要途径，差动保护主要是将变压器两侧的电流互感器进行差动保护设计，当差动继电器两端的电流与二次互感电流相接近的时候，数值接近于0。为了更好完善差动保护设计，可以通过集成技术，提升变压器外层保护装置的抗击强度，在其前后两侧配有保护驱动装置，确保电力变压器在处于非正常工作的时候，可以与周围线路进行有效隔离。除此之外，在高压变压器的周围可以采用多重差动保护装置，以加强电力变压器各个组成部分的安全性能。为了有效避免各个相位匹配电路受到电路短路，电流过大造成的影响，可以在不通过多相电路中采取纵联

差动保护的方式，进而确保电力变压器继电保护装置可以及时阻断短路电流。在优化差动保护设计中，要注重对继电保护装置反应灵敏度的提升，进而降低继电保护误判现象的发生。

5.2瓦斯保护设计

瓦斯保护设计是优化电力变压器继电保护设计的关键环节。这是因为在电力变压器继电保护设计中的差动设计启动前提要求较高，在一般的问题中是不会被驱动的，尤其是存在电力故障气体中反应。而瓦斯保护的实质就是利用气体继电器来进行动作反应。瓦斯保护的方式有两大方面。第一，通过对故障气体的物理属性和化学属性进行分析，通过其浓度和组成成分来判断电力变压器出现何种故障，进而将相应的分析结果传递给检测的工作人员，进而由工作人员采取相应的动作和措施。第二种，利用重瓦斯保护动作于断路器跳闸，然后再进行相应的检测和判断，采取相应措施。所以，瓦斯保护设计中无论是第一种工作方式还是第二种工作方式，都是对非气体保护设计手段的补充，这对于全面完善发展电力变压器继电保护设计都起着至关重要的作用。瓦斯继电器工作原理，如图1所示。

5.3过电流保护设计

①低压变压器过电流保护设计。三相式三卷变压器通常用于变压器低压侧，而在压侧短路时高、中压侧的阻抗保护通常无法发挥作用，起不到保护功能，因此难以达成作为相邻元件所具有的后备保护需求。在这种情况下可以在低压侧安置复合电压闭锁过流保护，并同时在其高、中压侧都设计并安装复合电压闭锁过流保护以及零序方向过电流保护或间隙保护等。②高压变压器的保护设计。在电力变压器高压侧的过电流保护对低压侧母线规定有灵敏系数的时候，可以在电力变压器低压侧断路器和电力变压器高压侧短路器上设计安装有关的过电流保护装置。如果电力变压器低压侧母差保护发生校验停运现象，或者是因为故障出现拒动问题以及开关与TA间出现不正常现象的时候，过电流保护装置则可以作为电力变压器低压侧母线的主保护以及后备保护。不过需要注意的是，一旦出现的是非金属性短路，在经过弧光短路的时候，则容易出现阻抗保护灵敏度不足以及整定延时超过2s等情况。基于以上分析，应该在电力变压器的高压侧也安装一个保护变压器热稳定的反时限过流保护装置，并且该装置的整定值必须根据电力变压器的热稳定要求进行设置。另一方面在电力变压器的低压侧应当另行设计保护，或者可以在电力变压器低压侧的中性线上实际零序电流保护装置。值得关注的是，需要根据中性线不平衡电流不超过变压器额定电流的25%的要求设计动作电流。③负序过电流保护设计。在按照相间后备保护远后备原则进行配置的时候，必须避免被保护电力变压器所连接相邻线路发生一相断线时，在流过保护安装位置的时候出现负序电流。另外为了不引起负序过电流保护出现非选择性动作，在灵敏度方面应当配合相邻线路零序电流保护的后备段。

结语

电力变压器继电保护装置是电力系统中重要的电气设备与转换枢纽。合理设计变压器继电保护装置能够有效保证电力系统运行的安全性、稳定性。

参考文献：

[1]张莹莹，宋军.电力变压器继电保护设计策略研究[J].工业设计，2015（12）：130-131.

[2]陈鹏.关于电力变压器的继电保护的几点探讨[J].科技与企业，2015（13）：190.

作者简介：

刘立忠，男，浙江省江山市人，单位：江山市海维输变电设备研究所，研究方向：输配电领域