摘要：随着人们对电力需求的增加，对电力系统安全、可靠、实用、稳定性能的要求越来越高。但电力变压器运行中出现的各种故障，威胁了电力系统的安全持续运行，因而，必须加强电力变压器的继电保护功能，保障人们的用电安全。
关键词：电力系统；电力变压器；继电保护
引言
在电力系统中，电力变压器是输配电力不可缺少的组成部分，在机床电器、机械电子设备等中得到了广泛应用。但是，电力变压器在运行的过程中，由于器件老化等问题导致设备出现故障，从而影响了电力系统的安全持续运行，尤其是大容量变压器出现故障，可能导致整个电力系统严重瘫痪。因而，随着电力系统的飞速发展，人民生活质量的不断提高，对电力变压器的继电保护要求也越来越高。如何加强电力变压器继电保护功能，确保电力系统安全稳定的运行是目前被广泛关注的问题。本文就电力变压器的继电保护进行研究探讨。
1电力变压器的故障类型及不正常状态
电力变压器的故障通常可以分为油箱内部故障和油箱外部故障两种。油箱内部故障主要是指发生在变压器油箱内包括高压侧或低压侧绕组的相间短路、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铁芯的绕损等。变压器内部故障非常危险，因为故障时产生的电弧，不仅会损坏绕组的绝缘、烧坏铁芯，而且由于绝缘材料和变压器油因受热分解而产生大量的气体，有可能引起变压器油箱的爆炸，所以继电保护应快速切除这些故障。油箱外部故障最常见的主要是变压器绕组引出线和绝缘套管上发生的相间短路和接地短路(直接接地系统侧)。
变压器的不正常运行状态主要有：变压器外部相问短路引起的过电流和外部接地短路引起的过电流和中性点过电压；负荷超过额定容量引起的过负荷；油箱漏油引起的油面降低或冷却系统故障引起的温度升高。此外，对大容量变压器，由于其额定工作时的磁通密度接近于铁芯的饱和磁通密度，在过电压或低频率等异常运行方式下，还会发生变压器的过励磁故障。这些不正常的运行状态会使绕组、铁芯和其他金属构件过热，威胁变压器绝缘。
2 电力变压器保护的配置方案
针对电力变压器的故障类型及不正常运行状态，应对变压器装设相应的继电保护装置，其任务就是反映上述故障或异常运行状态，并通过断路器切除故障变压器，或发出信号告知运行人员采取措施消除异常运行状态。同时，变压器保护还应能作相邻电气元件的后备保护。故根据DL400—1991《继电保护和安全自动装置技术规程》的规定，电力变压器应装设如下保护。
2.1瓦斯保护
为反映变压器油箱内部各种短路故障和油面降低，对于0.8 MV.A及以上的油浸式变压器和0.4 MV.A及以上的车间内油浸式变压器均应装设瓦斯保护。
2.2纵联差动保护或电流速断保护
为反映电力变压器引出线、套管及内部短路故障。对于6.3 MV?A以下厂用工作变压器和并列运行的变压器，以及10 MV?A以下厂用备用变压器和单独运行的变压器，当后备保护时限大于0.5 s时，应装设电流速断保护。对于6.3 MV?A及以上的厂用工作变压器和并列运行的变压器，10 MV?A及以上厂用备用变压器和单独运行的变压器，以及2 MV?A及以上用电流速断保护灵敏性不满足要求的变压器，应装设纵联差动保护(以下简称差动保护)。对高压侧电压为330 kV及以上的变压器，可装设双重差动保护。
对于发电机变压器组，当发电机与变压器之间有断路器时，发电机装设单独的差动保护。当发电机与变压器之间没有断路器时，100 MW及以下发电机与变压器组共用差动保护；100 MW以上发电机，除发电机变压器组共用差动保护外，发电机还应单独装设差动保护；对200～300 MW的发电机变压器组亦可在变压器上增设单独的差动保护，即采用双重快速保护。
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2.3过电流保护
为反应外部相问短路引起的过电流并作为瓦斯保护和差动保护(或电流速断保护)的后备，应采用下列保护：(1)过电流保护，一般用于降压变压器；(2)复合电压起动的过电流保护，一般用于升压变压器及过电流保护灵敏性不满足要求的降压变压器；(3)负序电流及单相式低电压起动的过电流保护，一般用于63MV?A及以上大容量升压变压器和系统联络变压器；(4)阻抗保护，对于升压变压器和系统联络变压器，当采用第(2)(3)的保护不能满足灵敏性和选择性时，可采用阻抗保护。
2.4过励磁保护
为反应变压器的过励磁引起的过电流。对于高压侧为500kV的变压器的额定磁密近于饱和密度，频率降低或电压升高时容易引起变压器过励磁，导致铁芯饱和，励磁电流剧增，铁芯温度上升，严重过热会使变压器绝缘劣化，寿命降低，最终造成变压器损坏。故需装设过励磁保护。
2.5过负荷保护
为反映变压器对称过负荷引起的过电流。对于400 kV?A及以上的变压器，当数台并列运行或单独运行并作为其他符合的备用电源时，应根据过负荷的情况装设过负荷保护。
2.6其他保护
对变压器温度及油箱内压力升高和冷却系统故障，应按现行变压器标准的要求，装设可作用于信号或动作于跳闸的保护，如温度保护等。
3电力变压器保护的应用
3.1变压器的差动保护
差动保护的构成原理主要是利用比较变压器高、低压侧的电流大小和相位来实现的。将变压器两侧的电流互感器二次侧按正常时的“环流接线”。适当地选择两侧电流互感器的电流比，使其比值等于变压器的电压比nT；对于YNd11的电力变压器，同时再考虑采用“相位补偿接线”，即变压器星形侧的电流互感器接成三角形，变压器三角形侧的电流互感器接成星形。当变压器正常运行时，差动继电器中的电流等于两侧电流互感器的二次电流之差，它近于零，差动继电器不动作，保护也不会动作。当变压器内部(包括变压器与电流互感器之间的引线)任何一点故障时，差动继电器中的电流等于两侧电流互感器的二次电流之差，为故障点短路电流，大于继电器动作电流，继电器动作，跳变压器各侧断路器切除故障，同时发动作信号。
差动保护是一切电气主设备的主保护，它以其灵敏度高，选择性好，实现简单而广泛地应用在发电机、电抗器、电动机和母线等主设备上。鉴于差动保护在以上设备中应用的成功，以及过去技术水平的限制，人们别无选择地在变压器保护上同样采用差动保护作为主保护。它不但能正确区分区内外故障，而且不需要与其他元件配合，可以无延时地切除区内各种故障，具有独特的优点。
3.2变压器的瓦斯保护
当变压器油箱内部发生故障(包括轻微的匝间短路和绝缘破坏引起的经电弧电阻的接地短路)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，迫使继电器内油面降低，引起瓦斯信号动作。
当变压器发生穿越性短路故障，在穿越性故障电流作用下，油隙问的油流速度加快，当油隙内和绕组外侧产生的压力差变化大时，气体继电器就可能误动作。穿越性故障电流使绕组动作发热，当故障电流倍数很大时，绕组温度上升很快，使油的体积膨胀，造成气体继电器误动作，对此必须采取相应的措施。
3.3变压器的后备过流保护
变压器后备保护作为变压器自身的近后备和各侧母线、线路的远后备，地位也十分重要。双绕组变压器，后备保护应装在主电源侧，根据主接线情况，保护可带一段或两段时限，以较短的时限缩小故障影响范围，跳母联或分段断路器；较长的时限断开变压器各侧的断路器。
三绕组变压器和自耦变压器，后备保护要分别装在主电源侧和主负荷侧。主电源侧的保护带两段时限，以较短的时限断开未装保护侧的断路器，主负荷侧的保护动作于本侧断路器。当上述方式不符合灵敏性要求时，可在各侧装设后备保护，各侧保护应根据选择性的要求考虑加装方向元件。
4结束语
总之，防止拒动和误动作，是继电保护可靠性的核心。在电力系统中，各类电气设备通过电气线路紧密地联结在一起，为确保供电系统的安全正常运行，避免事故的发生，必须正确地设置继电保护装置并准确整定各项相关定值，保证系统的安全经济运行。
参考文献
［1］郝文新．35kV变电站微机继电保护设计[J]．山西建筑，2008，32．
［2］肖世俊．郑家湾水电站继电保护设计[J]．电气时代，2009，6．
论文作者:王玉斌,王鹏飞,邹福强
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年9期
论文发表时间:2019/8/27
标签：变压器论文; 电流论文; 故障论文; 绕组论文; 油箱论文; 差动论文; 电力变压器论文; 《建筑学研究前沿》2019年9期论文;