浅议电力变压器的继电保护
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作者: 史海文
摘要：本文介绍了电力变压器的常见故障及异常运行状态、继电保护配置的规程，并分析了电力变压器需要配置的几种保护。为了保证电力系统安全稳定经济运行，必须合理的设置继电保护装置，并准确整定各项相关定值。
关键词：电力系统 变压器 常见故障 继电保护
电力变压器是电力系统中输配电的主要设备，如果发生故障将会给电力系统的正常运行及供电可靠性带来严重的影响。为了保证电力变压器的安全运行，防止事故扩大，确保电力系统安全稳定的运行，可根据变压器的容量、结构及故障类型装设相应的继电保护装置。
1、电力变压器常见故障及不正常运行状态
变压器油箱内部原副边绕组可能发生相间短路、匝间短路、中性点直接接地系统侧绕组的单相接地短路以及原副绕组之间的绝缘击穿等故障。油箱内部故障产生电弧，引起绝缘油的剧烈气化，可能导致变压器油箱的爆炸。油箱外部套管和引出线也可能发生相间短路和接地短路。
2、根据情况及异常运行方式，变压器一般需要配置以下保护
2.1差动保护或电流速断保护
利用变压器高、低压侧电流大小和相位，可实现差动保护。反应变压器引出线、套管及内部短路故障的纵联差动保护或电流速断保护。保护变压器绕组或引出线各相的相间短路、大接地电流系统的接地短路以及绕组匝间短路，保护瞬时动作于断开变压器的各侧断路器。差动保护不仅能够正确区分区内外故障，还可以在无其他元件的保护配合的情况下无延时的切除区内各种故障，因此差动保护经常作为电气主设备的主保护被广泛应用于各种电气主设备和线路的保护中。《继电保护和安全自动装置技术规程》中对装设纵联差动保护和电流速断保护有如下规定：
2.1.1对6.3MVA以下厂用变压器和并列运行的变压器，以及10MVA以下厂用备用变压器和单独运行的变压器，当后备保护时间大于0.5s时，应装设电流速断保护。
2.1.2对6.3MVA及以上厂用工作变压器和并列运行的变压器，10MVA及以上厂用备用变压器和单独运行的变压器，以及2MVA及以上用电流速断保护灵敏性不符合要求的变压器，应装设纵联差动保护。
2.1.3对高压侧电压为330kV及以上变压器，可装设双重纵联差动保护。
2.2过电流保护
电网中发生相间短路故障时，电流会突然增大，电压突然下降，过流保护就是按线路选择性的要求，整定电流继电器的动作电流的。过电流保护可作为瓦斯保护和差动保护或电流速断保护的后备保护，反应变压器外部相间短路。一般过电流保护宜用于降压变压器；复合电压起动的过电流保护，宜用于升压变压器、系统联络变压器和过电流保护不满足灵敏性要求的降压变压器；负序电流和单相式低电压起动过电流保护，可用于63MVA及以上升压变压器；对于升压变压器、系统联络变压器，当采用过电流保护不能满足灵敏性和选择性要求时，可采用阻抗保护。
2.3零序电流保护
反应大接地电流系统中变压器外部接地短路的零序电流保护。110kV及以上大接地电流系统中，如果变压器中性点可能接地运行，对于两侧或三侧电源的升压变压器或降压变压器应装设零序电流保护，作变压器主保护的后备保护，并作为相邻元件的后备保护。
利用接地时产生的零序电流使保护动作的装置，叫零序电流保护。在电缆线路上都采用专门的零序电流互感器来实现接地保护。将零序电流互感器套地三芯电缆上，电流继电器接在互感器的二次线圈上，在正常运行或无接地故障时，由于电缆三相电流的向量之和等于零，零序互感器二次线圈的电流也为零(只有很小的不平衡电流），故电流继电器不动作。当发生接地故障时，零序互感器二次线圈将出现较大的电流，使电流继电器动作，以便发出信号或切除故障。
2.4过负荷保护
反应变压器对称过负荷的过负荷保护，仅作用于信号
对于400kVA及以上的变压器，当数台并列运行或单独运行并作为其他负荷的备用电源时，应根据可能过负荷的情况装设过负荷保护。对自耦变压器和多绕组变压器，保护装置应能反应公共绕组及各侧过负荷的情况。变压器的过负荷电流，在大多数情况下，都是三相对称的，故过负荷保护只要接入一相电流，电流继电器来实现，并进过一定的延时作用于信号。选择保护安装在哪一侧时，要考虑它能够反映变压器所有各侧线圈过负荷情况。在无经常值班人员的变电所，必要时过负荷保护可动作于跳闸或断开部分负荷。
2.5过励磁保护
目前的大型变压器设计中，为了节省材料，降低造价，减少运输重量，铁心的额定工作磁通密度都设计得较高，接近饱和磁密，因此在过电压情况下，很容易产生过励磁。在过励磁时，由于铁心饱和，励磁阻抗下降，励磁电流增加的很快，当工作磁密达到正常磁密的1.3~1.4倍时，励磁电流可达到额定电流水平。其次由于励磁电流是非正弦波，含有许多高次谐波分量，而铁心和其他金属构件的涡流损耗与频率的平方成正比，可引起铁心、金属构件、绝缘材料的严重过热，若过励磁倍数较高，持续时间过长，可能使变压器损坏。因此，高压侧为500kV的变压器宜装设过励磁保护。
装设变压器过励磁保护的目的是为了检测变压器的过励磁情况，及时发出信号或动作于跳闸，使变压器的过励磁不超过允许的限度，防止变压器因过励磁而损坏。
2.6瓦斯保护
瓦斯保护是反应变压器内部气体的数量和流动的速度而动作的保护，保护变压器油箱内各种短路故障，特别是绕组的相间短路和匝间短路。当油箱内故障产生轻微瓦斯或油面下降时，应瞬时动作于信号；当油箱内故障严重时，产生的气体量非常大，气体流和油流相互夹杂着冲向油枕上部，由于压强的作用，继电器内部的油面降低，瓦斯保护启动，瞬时断开变压器各侧的断路器。《继电保护和安全自动装置技术规程》规定，0.4MVA及以上车间内油浸式变压器和0.8MVA及以上油浸式变压器，均应装设瓦斯保护。
瓦斯保护具有可靠、灵敏和速动性，但只能反应油箱内部的故障，不能反应引出线的故障。有时还会受到一些外界因素的影响，所以还需要设置其他后备保护。
2.7压力保护
压力保护也是变压器油箱内部故障的主保护，当变压器内部故障时，温度升高，油膨胀压力增高，弹簧带动继电器触点，使触点闭合，作用于切除变压器。
3、结束语
电力系统运行十分复杂，电力变压器作为重要的电气设备，其硬件设施的配置、管理对于电网的安全运行非常重要。变压器在运行过程中会受到多种因素的影响，会产生一定的故障，为防止事故扩大，确保电力系统的安全稳定运行，必须科学合理地设置继电保护装置，安装质量技术优良的继电保护装置就尤为重要。
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