浅析电力变压器继电保护原理及配置

浅析电力变压器继电保护原理及配置

石博

内蒙古电力（集团）有限责任公司乌兰察布电业局 内蒙古乌兰察布市 012000

摘要：当今社会经济飞速发展，人民生产、生活对电力系统高度依赖。电力系统能否安全稳定的运行关系着人们生产、生活的品质及经济的稳定增长。变压器作为发电、变电、配电环节中的重要设备，其性能的好坏直接对供电的可靠性和电力系统的正常运行有着极其重要的影响。所以必须根据变压器容量及其在电力系统中所起到的作用合理配置继电保护策略，装配工作可靠、性能良好的继电保护装置，减少电力变压器故障和异常情况带来的停电事故，为广大的电力用户提供安全、可靠、优质的电能。

关键词：电力变压器；继电保护；装置

1 变压器常见故障类型及不正常运行状态

为了合理配置电力变压器的继电保护措施，需了解其常见的故障。目前电力系统中变压器大多数都是油浸式变压器，其故障类型大致分为油箱内部故障和油箱外部故障两种。油箱内部故障有高、低压侧绕组相间短路、匝间短路、单相接地短路以及铁心的过热烧蚀等，该类故障对变压器是有严重危害性的，因为油箱内故障产生的电弧不仅会破坏设备的绝缘性能，而且会导致变压器绝缘油的急剧气化，从而有可能引起变压器更加严重的事故。所以出现变压器内部故障时，继电保护装置应该迅速切除。油箱外故障发生概率较小，相较内部故障而言危害性较小，主要有高低压绝缘套管及其引出线上发生相间短路、中性点直接接地侧的接地短路。

变压器在运行过程中还会存在介于正常和故障状态之间的不正常运行状态，常见的有：由变压器下级供电网络相间短路而引起的过电流、接地故障所引起的过电流和过电压、由于变压器负荷超过额定容量的电流增大、绝缘油渗漏引起的油面降低、冷切装置故障引起的温度上升、变压器过励磁等。这些不正常运行状态如果得不到及时处理，会进一步发展成更为严重的故障，对变压器安全稳定运行构成威胁。

变压器的稳定工作是电力系统正常运行的基础，它的故障和不正常运行状态对供电可靠性和系统的正常运行带来极其严重的影响，所以必须根据变压器容量及其在电力系统中所起到的作用考虑装设性能良好并且工作可靠的继电保护装置。

2 电力变压器保护工作原理及特点

2.1 电力变压器差动保护

基于基尔霍夫电流定律的电流差动保护，对电力变压器两侧实时电流值进行测量，它以电力变压器两侧流入和流出电流的向量之和为动作判据。采用双侧测量不仅能够准确区分保护范围内和保护范围外的故障，还可以解决单侧测量无法实现全线速动的问题，因此当保护区内出现故障时，可以迅速将故障切除。电力变压器差动保护的原理示意图如图1所示。

图1 变压器电流差动保护原理接线图 

需要注意的是，电压突然变化增大时，电力变压器可能出现数值较大的励磁电流，变压器两侧的电流相位不同、计算变比和实际变比不同、两侧电流互感器的型号不同以及带负荷调整分接头等都会产生不平衡电流。因此变压器差动保护定值整定时需要躲过流过差动回路中的不平衡电流，以保证差动保护不误动，提高保护的可靠性。

2.2 电力变压器瓦斯保护

当变压器油箱内部发生故障时，会产生短路电流和电弧，急剧增大的短路电流和电弧高温会使油箱内绝缘油和其他的绝缘物质局部受热分解产生气体(主要成分是瓦斯),气体质量较轻，会从下向上流动到油箱上部的油枕。变压器内部发生故障越严重，油箱内产生的气体越多，并且油流速度也越快，变压器内部故障时，基于上述特点，构成了电力变压器的瓦斯保护。其原理接线如图2所示。

图2 变压器瓦斯保护原理接线图 

变压器油箱内部因短路发生微小故障时，轻瓦斯动作发出报警信号，变压器内部出现严重故障或漏油使油位快速降低时，重瓦斯动作驱动变压器两侧断路器跳闸。瓦斯保护中选用具有自保持电流线圈的继电器BCJ作为中间出口，规避瓦斯继电器双干簧触电抖动可能造成的断路器拒动。利用切换片XS可以实现跳闸回路和信号回路灵活切换，提高了瓦斯保护的可靠性。瓦斯保护能反应油箱内发生的各种短路故障，动作迅速、灵敏性高。对于外部故障瓦斯保护不能起到保护作用，因此常常和电流差动保护配合使用，对变压器的各种故障实现快速可靠保护，二者共同构成变压器的主保护。

2.3 变压器的电流和电压保护

当变压器本体无故障，在其下级供电网络出现短路故障间接导致变压器过流时，过电流保护对变压器保护效果较好，同时既可以作为变压器主保护失灵后的近后备也可以作为变压器相邻元件的远后备。根据电力变压器在系统中的重要性、容量大小的不同实现过电流保护的方式也有所不同，在多侧电源的情况下保护还应该考虑方向性。

1)变压器的过电流保护保护装置原理接线，检测到任意一相过电流信号时保护经延时动作，应该跳开变压器两侧的QF1、QF2断路器。

2)单纯的过电流保护整定值须躲过变压器最大负荷电流，整定动作值一般较大，常常难以满足相邻元件远后备保护的灵敏性要求，因此可以采取低电压或复合电压启动的过电流保护，增加电压作为判断依据，降低保护启动电流值，从而提高灵敏性。

3)低压启动的过电流保护，电压元件启动值通常按0.7倍的额定电压进行整定，灵敏性仍然不高，此时可采用复合电压起动过电流保护。

该保护是将原来的3个低电压继电器改成反应不对称短路的一个负序电压继电器与一个直接接于线电压上的低电压继电器所组成。当发生不对称的短路时，由于出现负序过电压则负序电压继电器动作，它与过电流继电器相配合来作为不对称故障的保护；当发生对称性故障时，此时低电压继电器和过电流继电器相配合，作为三相短路故障的保护。该保护对系统的各类短路故障都具有较高的灵敏性。

3 变压器保护配置

变压器是电力系统中重要的电气设备，在各个环节中起到关键作用，其故障对系统的安全运行和可靠供电带来严重的影响，因此应根据电力变压器的故障类型以及不正常运行状态合理配置，装设性能良好、动作可靠的保护装置。

4 结语

在电力系统中，变压器对其安全稳定运行有重要影响。合理配置继电保护，并充分发挥保护的灵敏性和可靠性，对变压器运行过程中的各类故障能及时反应并可靠切除，切实保证变压器安全稳定运行。

参考文献

[1] 贺家李，李永丽，董新洲，等.电力系统继电保护：第四版[M].北京：中国电力出版社，2010.

[2] 熊信银，朱永利.发电厂电气部分：第四版[M].北京：中国电力出版社，2009.

[3] 李晓光.浅析变压器保护配置[J].中国电力教育，2008(S1).

[4] 郭荣，李斌.电力系统继电保护：第三版[M].北京：高等教育出版社，2014.