摘要：变压器是电力系统中应用广泛并且重要的供电设备，要保证供电系统长期正常运行和安全可靠，变压器的稳定运行就显得非常重要，变压器的安全保护就必须根据变压器的输变电压的高低、容量大小进行相应的设置。电力变压器的故障分为内部和外部两种故障。内部故障指变压器油箱里面发生的各种故障，主要靠瓦斯和差动保护动作切除变压器；外部故障指油箱外部绝缘套管及其引出线上发生的各种故障，一般情况下由差动保护动作切除变压器。本文主要分析了变压器运行过程中产生故障的原因，并根据具体的变压器电压、容量大小进行相应的继电保护设置，保证变压器安全稳定的运行
关键词：变压器；热稳定；保护配置；整定
通过分析变压器热稳定要求及其在运行中可能承受的故障考验，提出了变压器保护定值整定应考虑的相关问题，对其相间故障后备保护应具备的能力提出了看法。并对变压器设计、运行及其保护配置与整定提出了建议。
1 变压器故障分析
变压器的安全可靠运行离不开对变压器长期有效的维护，并能根据变压器的非正常现象排除变压器潜在的问题，保证变压器稳定运行。目前，变压器的故障基本分为内部故障和外部故障两种。变压器的内部故障又可以分油箱内部和油箱外部两种故障。油箱内部的故障主要是变压器油箱内发生的各种故障，包括绕组的相间短路、接地短路、匝间短路、铁心绕组耗损等，这些故障都是比较常见的，不及时排除将是十分危险的，因为油箱内故障时产生的电弧，将引起绝缘物质的剧烈气化，可能引起爆炸，因此，这类故障应该尽早发现并尽快加以排除，排除这些故障主要靠压力释放阀和瓦斯保护、差动保护动作解除变压器运行状态。
另外，变压器的不正常运行状态还包括：
(1)变压器由于外部短路或过负荷引起的过电流。
(2)变压器中性点电压升高、由于外加电压过高或频率降低引起的过励磁等。
(3)由负荷超过额定容量引起的过负荷。
(4)由漏油等原因引起的油箱漏油造成的油面降低。
以上的分析可以看出，变压器的稳定、正常运行必须强化管理，对不正常运行现象要及时发现并找出原因加以排除。因而，对变压器采取的继电保护设计将十分重要。
2 变压器继电保护的设置
为了防止变压器发生各种类型故障，保证电力系统安全连续运行，变压器要配置可靠的继电保护装置。这些继电保护装置的作用有：(1)在过载时，继电保护装置应发出警报信号，严重时，应准确、迅速地自动将有关的断路器跳闸；(2)在短路故障时，继电保护装置应立即动作，要求准确、迅速地自动将有关的断路器跳闸，将故障部分从系统中断开，确保其他回路的正常运行；(3)为了保证电源不中断，继电保护装置应将备用电源投入或经自动装置进行重合闸。
2.1 变压器的瓦斯保护
瓦斯保护主要根据变压器油箱内部故障使油流加快，瞬时动作于信号或跳闸，用于防御变压器油箱内部各种短路故障和油面降低的。当在变压器油箱内部发生故障时，由于故障点电流和电弧的作用，将使变压器油及其它绝缘材料因局部受热而分解产生气体，因气体比较轻，它们将从油箱流向油枕的上部。当故障严重时，油会迅速膨胀并产生大量的气体，此时将有剧烈的气体夹杂着油流冲向油枕的上部。瓦斯保护装置利用油箱内部故障时的这一特点而设计的。
瓦斯保护的优点是动作迅速、灵敏度高，能反应油箱内发生的各种故障。但是瓦斯保护不能反应油箱以外的套管以及引出线等部位上发生的故障。
2.2 变压器的差动保护
变压器的差动保护主要是利用比较被保护元件两端电流的幅值和相位原理构成的。差动保护是一种灵敏度、选择性和速动性都比较好的保护装置，可以瞬时切除全线范围的故障。差动保护主要包括：防御变压器绕组和引出线多相短路、大电流接地系统侧绕组和引出线的单相接地短路及绕组匝间短路的(纵联)差动保护或电流速断保护。
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电流速断保护反映相间短路故障，在10～35kv配电线路和小容量变压器上应用广泛。其动作电流按短路电流整定，数值大，只有线路始端故障时的短路电流才会大于其动作电流，即速断保护才会动作，所以其保护范围只限于线路前一部分。零序电流保护反应接地短路故障，只有接地时才出现零序电流，引起该保护动作。
2.3 变压器的后备保护
变压器的后备保护主要作为差动保护和瓦斯保护的后备，包括过电流保护、电流速断保护、过负荷保护。在变压器故障发生时，过电流保护主要根据变压器外部短路引起的过电流带时限动作。根据变压器容量和系统短路电流水平的不同，实现保护的方式有：低电压启动的过电流保护、复合电压启动的过电流保护、负序过电流保护、防御变压器对称过负荷的过负荷保护、防御变压器过励磁的过励磁保护等。
3 可能考验变压器热稳定性的故障
3.1 500kV变压器
由于变压器自身主保护装置及其交、直流回路的完全双重化配置，应可以不再考虑变压器差动保护范围内故障对变压器热稳定性的考验。500 kV系统母线、线路保护的完全双重化配置，快速保护在保护范围上的交叉布置，及完善的失灵保护，笔者认为可以不考虑500 kV系统侧故障对变压器热稳定性的考验。
220 kV系统侧线路保护双重化配置，母线保护目前多为单配置。因此，当母差保护校验停运或故障拒动时，变压器只能靠其后备保护动作使其脱离故障点。变压器开关(或转带时旁路开关)与TA间的故障很可能靠变压器后备保护脱离故障点。变压器低压侧一般经由母线带站用变、电抗器及电容器，有的变电站可能带较少的站外负荷。很多站低压母线未配母差保护，因此母线故障变压器只能靠其后备保护动作使其脱离故障点；再者，当站用变或电抗器及电容器故障而其开关或保护拒动时，变压器也要靠其后备保护动作使其脱离故障点。
3.2 220 kV及以下变压器
对于两侧系统都有电源的联络变压器:任何一侧母差保护校验停运或故障拒动时；变压器开关与TA间故障时；旁路转带方式在主变套管TA至旁母引线、旁路母线、旁路开关与TA间故障时；母线(220kV母线除外)上其他开关所带电气设备故障而其开关或保护拒动时变压器只能靠其后备保护动作使其脱离故障点。对于仅高压侧系统有电源的降压变压器:中、低侧母差保护校验停运或故障拒动时；中、低压侧变压器开关与TA间故障时；中、低压侧母线上其他开关带电气设备故障而其开关或保护拒动时变压器只能靠其后备保护动作使其脱离故障点。
4 结语
(1)变压器作为电力系统中的重要电气设备，设计、制造及运行各环节都应注意其安全性。其动、热稳定性的设计应充分考虑变压器是否并列运行，并列运行的台数，几侧有电源及电网中性点接地方式等要求。
(2)为了确保变压器运行中承受故障的热稳定性，制造厂应提供变压器绕组流过故障电流大小与允许时间的关系曲线，类似于发电机允许承受负序的A值要求。
(3)变压器保护的配置与整定时，应根据制造厂提供的变压器绕组流过故障电流大小与允许时间的关系曲线配置与之相适应的保护。
(4)变压器差动保护的范围应包括低压侧开关，使低压侧开关与TA间的故障不对变压器的热稳定构成威胁。
(5)变压器保护应尽可能实现微机化，可以有较多的过流保护段，使各侧的过流保护能有相对较快的延时段跳变压器各侧开关，特别是中、低压侧保护跳变压器各侧开关的保护段有利于变压器尽快脱离故障点。
参考文献：
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[2]GB14285-93. 继电保护和安全自动装置技术规程 [S].
[3]DL/T559-94.220～500kV电网继电保护装置运行整定规程 [S].
[4]张洪,常凤然,等. 500kV变压器相间后备保护探讨 [J]. 继电器, 2000,28(7):12-15.
论文作者:孙尚,胡彦斐
论文发表刊物:《电力设备》2017年第16期
论文发表时间:2017/10/17
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