摘要：电力变压器是电力系统中极其重要的电气设备，它在整个电力系统中起转换枢纽的作用，变压器的安全运行与否，直接关系到电力系统能否连续稳定地工作。因此，为了供电的可靠性和系统正常运行，就必须视其容量的大小、电压的高低和重要程度，设置相应的继电保护装置。本文就目前电网中较为普遍的220KV电力变压器保护设计要点结合最新Q/GDW 1175（2013）做粗略总结。
关键词：电力变压器；继电保护；设计； Q/GDW 1175（2013）
随着社会不同类型产业的快速发展，国内对电力的需求也越来越大，从而刺激电力工业的稳步向前，因此展现在我们的眼前的就是电网的规模和密集度在发生着变化，以满足人们无时无刻对电力的需求。长期的电力供应，会加剧变压器的负担，对其安全运行造成十分严峻的考验。变压器在长期的运行过程中，随时可能会遇到各种意想不到的突发状况，这会影响到电力输送的安全性和稳定性。因此,为了保证供电的可靠性和连续性,必须对电力变压器继电保护装置的性能和动作可靠性做出相应的严格设置。为此，国家电网公司于2008年根据上世纪七、八十年代制定的继电保护“四统一”原则，结合多年实践制定Q/GDW 175 （2008），2013年有结合智能电网发展重新修订发布Q/GDW 1175（2013）。
1电力变压器的故障类型及运行的非正常状态
1.1电力变压器故障类型。
一般分为两类:内部故障、外部故障
(1)变压器的内部故障, 绕组间的相间短路、轻微的匝间短路、发生在中性点接地系统中的侧绕组处单相接地短路等,还常常发生烧坏铁芯绕损等故障。变压器的内部故障一旦发生故障,故障点所产生的电流和电弧不仅损坏绕组的绝缘、烧坏铁芯,故障时还会导致因变压器油受热分解产生的大量气体,引起变压器油箱的爆炸。
(2)外部最常见的故障如:绝缘套管和引出线上发生的相间短路和接地短路。其中绝缘套管和引出线上发生的相间短路和接地短路以及绕组的匝间短路是最常见的故障类型,因此一定要根据变压器的容量以及重要程度装设具有良好性能的继电保护装置。
1.2变压器不正常工作状态。
通常变压器的不正常状态主要有：过负荷、过电压导致的过励磁故障；系统运行负荷过大；油箱内的油面过低，温升过高等等，这些非正常运行状态都会影响变压器的正常运行，会使绕组、铁芯等金属构件过热,从而威胁到变压器的绝缘性能。
2电力变压器继电保护设计
2.1基本要求
2.1.1可靠性
电力变压器继电保护装置的可靠性对整个系统的正常运行具有决定性的作用，能够可靠快速的进行反应是考量系统运行安全的一项技术指标，可靠快速的保护是电力变压器的第一道安全屏障。
2.1.2灵敏性
变压器保护装置要求能够灵敏检测到变压器各种故障及运行的非正常状态 ，能够及时快速的对细微的变化做出相应的保护动作，过电压、过电流、高阻的不正常的工作状态都能够被继电保护装置捕捉到，进而完成对应的保护。
2.1.3实用性
实用性指的是在运行过程中，继电保护设备的操作简单，要符合多数用户的习惯，每套保护均应含有完整的主、后备保护，能反应被保护设备的各种故障及异常状态，并能作用于跳闸或给出信号。
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2.2装置配置的原则
2.2.1根据电力变压器的运行状况选择差动保护装置
2MVA及以上的用电流速断保护灵敏度不高的变压器，6.3MVA及以上的常用工作变压器或者并列运行的变压器，10MVA及以上的厂备用变压器或者单独运行变压器，都是应该设计安装差动保护装置保护电力变压器。220kV及以上的变压器，需要安装双重差动保护装置来保证电力变压器的安全。
2.2.2对内部故障应安装非电量保护
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。当壳内故障产生轻微瓦斯或油面下降时，应瞬时动作于信号；当壳内故障产生大量瓦斯时，应瞬时动作于断开变压器各侧断路器。 带负荷调压变压器充油调压开关，亦应装设瓦斯保护。 瓦斯保护应采取措施，防止因瓦斯继电器的引线故障、震动等引起瓦斯保护误动作。
2.2.3根据不同的运行情况、容量及灵敏度采取过后备保护
采取过电流保护电力变压器的方式选择有很多，在实际设计时，则要根据电力变压器的运行情况，容量以及灵敏度来进行选择。由外部短路引起的变压器过电流，就可以采取必要保护，比如过电流保护，负序电流或者复合电压启动的过电流保护，也可将阻抗保护作为后备保护。
3电力变压器继电保护装置设计方案
3.1差动保护设计
根据Q/GDW 1175，变压器差动保护动作电流具有防止励磁涌流引起保护误动的功能，取消二次谐波闭锁控制字及定值，采用综合判据。原因是开放二次谐波整定定值，现场整定不方便。要求差动保护具有防止区外故障保护误动的制动特性；变压器差动保护应具有差动速断功能；330 kV及以上电压等级变压器保护，应具有防止过励磁引起误动的功能；
3.2瓦斯保护设计
根据Q/GDW 1175，重瓦斯保护作用于跳闸，其余非电量保护宜作用于信号；重瓦斯作为变压器内部故障的主保护和铁芯故障的唯一保护，能够反应电流差动保护不能反应的轻微故障，必须投跳闸。其余非电量保护，各运行单位对跳闸和发信的处理方式不同，非电量保护原则上不允许增加电气量的防误措施，尤其是重瓦斯保护，所以总的原则是侧重防止误动。在采取了多种安全措施以后，从保变压器安全的角度出发，结合电网的实际管理要求，冷却电源全停、变压器油温过高也可考虑跳闸。用于非电量跳闸的直跳继电器，启动功率应大于5 W，动作电压在额定直流电源电压的55%～70%范围内，额定直流电源电压下动作时间为10 ms～35 ms，应具有抗220V工频干扰电压的能力。
3.3后备保护设计
在考虑到变压器绕组出现故障时，差动保护和瓦斯保护有时不能够及时的进行响应，这时就应当考虑设计后备保护，防止变压器以及其他设备被损毁。相比Q/GDW 175 （2008），Q/GDW 1175在后备保护方面增加阻抗保护，通过选配方式进行配置；增加复压过流保护的段数与时限数，提供投退复压元件、方向元件的控制字；增加零序过流保护的段数与时限数，提供投退方向元件的控制字，提供选择自产、外接零序电流的控制字；将间隙过流保护和零序过压保护的控制字分开，分别投退；零序过压保护提供选择自产零序电压或外接零序电压的控制字，选择自产零序电压时定值固定为180V，选择外接零序电压时定值固定为120V；过负荷告警延时固定为10s。
结束语
电力系统之中，变压器有着不可替换的价值。维持常规运行，就应随时去消解隐患，排除多样故障。互感器的故障、二次回路被损毁，它们都包含在故障之中。注重常规测查，随时辨识潜在的隐患。针对继电保护，应考虑现有的情形，探索更完备的设计路径。
参考文献：
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[2]杜东伟.电力变压器继电保护设计[J].科学与财富,2015(2):50-52.
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[4]变压器和母线保护及辅助装置标准化设计规范(Q/GDW 175-2008)
论文作者:姚远忠
论文发表刊物:《电力设备》2017年第11期
论文发表时间:2017/8/8
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