摘要：电力变压器是电网中十分重要的供电元件，它的故障将对电力系统的正常运行带来极大危害，同时又造价昂贵，因此给它配置性能良好，可靠性高的继电保护装置很重要，继电保护装置在设备运行中起着非常重要的作用，不仅提高了传输效率，也在一定程度上提高了变压器的使用寿命。电力变压器降低故障的概率是非常重要的，直接影响电力变压器的使用寿命，从而降低运行成本，积极做好继电保护，是降低电力运行成本的有效途径。
关键词：电力变压器；继电保护；设计
一、电力变压器继电保护的基本构成
经过科技的发展，过去的电磁型、晶体管型、集成电路型继电保护已经演变为如今微机型继电保护，电力变压器微机继电保护通常主要由5部分组成:①数据采集单元。是将从被保护与案件的LH、YH或其他变换器上取得二次模拟电量，变换成微机主控单元能够处理的数字量。②微机主控单元。是进行数据及逻辑运算的，是微机变压器保护装置的核心部件。③开关量(数字量)输入\输出单元。它的作用是将输入至保护装置的开关量经光电隔离后接入微机主控单元进行逻辑判断依据；再根据所采集的数据量经过判断，保护装置发出跳闸令或故障信号等经光电隔离器带动中间继电器，最后由中间继电器的触点再带动输出继电器执行相应的功能。④人机接口单元。是由打印机、键盘、液晶显示屏等组成，完成打印整定值的设定、修改及显示、装置功能设置、状态显示和指令设置等人机交互任务。⑤通信接口单元。是配合变电站综合自动化进行遥控、遥测、遥信、遥调，四遥功能，实现变电站全面无人值班自动化管理。
二、继电保护基本保证
（一）可靠性。电力变压器继电保护装置的可靠性是由安全和值得信赖这两部分组成的。安全指的是继电保护装置不会发生误动、拒动，也就是说只有在需要继电保护的状态下才进行反应和工作。而值得信赖是指在继电保护装置负责的范围内，一旦电力变压器发生故障，继电保护就要及时作出反应，保护变压器的安全。
（二）灵敏性。当电力变压器在属于继电保护的范围内发生故障或者出现不正常的运行时，继电保护能够根据故障或问题的不同及时作出反应。要求继电保护装置不管运用何种系统运行方式都能够通过调节线路电流的方式进行可靠动作。
（三）实用性。实用性指的是在系统运行过程中，能够通过使用共享的数据有效解决运行过程中的问题。同时，还可以通过系统分析，数据统计，远程监控等方式来保障继电保护装置的正常的运行，从而为电力变压器的正常工作提供了坚实的保障。同时还要保证继电保护设备的操作简单，以提高其实用性。
三、电力变压器继电保护系统的故障类型及不正常的工作状态
根据目前的知识，我们可以将电力变压器的故障简要分为两种类型：油箱内部故障与油箱外部故障。前者指的是发生在变压器内部（同时包括高压侧与低压侧两个部分）的相间短路、单相接地短路以及铁芯绕损等问题。值得注意的是，变压器发生内部故障时危险系数极高，该故障发生时所产生的电弧不仅会损毁缠绕组的绝缘部分，烧坏铁芯，同时，由于绝缘材料和变压器油在受热分解的情况下会产生大量的气体，很容易使变压器的油箱发生爆炸，具有相当大的危险性，因此这些故障在继电保护过程中应该被尽快排除。此外，油箱外部故障则主要指变压器绕组引出线与绝缘套管发生相间短路以及接地短路的现象。
电力变压器继电保护系统的不正常运行工作状态主要包括以下几个方面的内容。其一，由变压器外部短路而产生的过电流及变压器外部接地而产生的过电流；当实际负荷超过额定负荷容量而引起的过负荷状态；由油箱漏油导致的油面降低以及当冷却系统发生故障时产生的温度升高等现象。与此同时，当其磁通量密度接近铁芯的饱和磁通量密度时，对于大容量的变压器而言，还很有可能会发生变压器过励磁故障等。以上的这些非正常的工作状态都会给铁芯、绕组等一些其他的金属构件造成不利的影响，从而对变压器的绝缘效果造成不同程度的威胁。
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四、电力变压器继电保护系统的有效设计方案
（一）差动保护设计。变压器继电保护系统的差动保护设计原则是：使变压器两侧的电流互感器按照正常工作状态下的环流接线进行。在正常运行的状态之下，差动继电器中的电流值即为两侧电流互感器二次电流的差值，一般情况下，它近似等于零。当差动继电器不工作时，其具有的保护作用也会相应停止。随着高性能计算机芯片的出现，差动保护设计也已取得了一定的成果，因此，对于高压侧电压大于330千伏的变压器，可以采用双重差动保护设计，从而对装置的实际运行状态进行有效的保护。
（二）瓦斯保护设计。当变压器内部出现严重漏油、匝间短路、铁芯局部烧毁以及绝缘失效、油面下降等故障时，差动保护设计的实际应用意义就会受到限制，这时就需要采用瓦斯保护设计。通过将气体继电器安装在变压器油箱与油枕之间的连接导油管中，可以很容易实现瓦斯保护的目的。一般情况下可以将瓦斯保护分为两种。其一是轻瓦斯保护动作信号，可以通过分析气体的数量、颜色及化学成分等判断出该保护动作产生的原因以及所发生的故障类别；另一种是重瓦斯保护动作，能够对气体产生的速度进行监视，同时对气体的成分和特征进行分析，从而有效推断出故障发生的原因以及程度。
（三）高压变压器保护设计。当变压器高压侧的过电流保护对其低压侧的母线具有规定的灵敏系数时，可以在其间配置过电流保护装置，使之成为低压侧母线的保护设施。此外，在变压器的高压侧可以设置一个反时限过流保护装置，从而对该变压器的热稳定性进行保护。与此同时，在变压器的低压侧还应另外安装一保护装置，在其中性线上安装零序电流保护装置，如跳高压侧短路器，同时规定经过该装置的不平衡电流不能超过额定电流的25%。
（四）过电流保护设计。①低压变压器过电流保护设计。三相式三卷变压器通常用于变压器低压侧，而在压侧短路时高、中压侧的阻抗保护通常无法发挥作用，起不到保护功能，因此难以达成作为相邻元件所具有的后备保护需求。在这种情况下可以在低压侧安置复合电压闭锁过流保护，并同时在其高、中压侧都设计并安装复合电压闭锁过流保护以及零序方向过电流保护或间隙保护等。②高压变压器的保护设计。在电力变压器高压侧的过电流保护对低压侧母线规定有灵敏系数的时候，可以在电力变压器低压侧断路器和电力变压器高压侧短路器上设计安装有关的过电流保护装置。如果电力变压器低压侧母差保护发生校验停运现象，或者是因为故障出现拒动问题以及开关与TA间出现不正常现象的时候，过电流保护装置则可以作为电力变压器低压侧母线的主保护以及后备保护。不过需要注意的是，一旦出现的是非金属性短路，在经过弧光短路的时候，则容易出现阻抗保护灵敏度不足以及整定延时超过2s等情况。基于以上分析，应该在电力变压器的高压侧也安装一个保护变压器热稳定的反时限过流保护装置，并且该装置的整定值必须根据电力变压器的热稳定要求进行设置。另一方面在电力变压器的低压侧应当另行设计保护，或者可以在电力变压器低压侧的中性线上实际零序电流保护装置。值得关注的是，需要根据中性线不平衡电流不超过变压器额定电流的25%的要求设计动作电流。③负序过电流保护设计。在按照相间后备保护远后备原则进行配置的时候，必须避免被保护电力变压器所连接相邻线路发生一相断线时，在流过保护安装位置的时候出现负序电流。另外为了不引起负序过电流保护出现非选择性动作，在灵敏度方面应当配合相邻线路零序电流保护的后备段。
五、结论
电力变压器继电保护系统在整个电力系统之中占据着十分重要的位置。因此，相关工作人员对于电力变压器继电保护系统当中可能存在的故障与问题应该及时进行解决，以充分保证电力系统的正常运行工作。与此同时，通过以往的工作经验以及调查研究，我们会发现，二次回路故障和电流互感器故障等问题是电力变压继电保护系统中最容易出现的问题。对此，相关技术人员应针对这一方面进行积极的研究和改进，这一举措将具有重大的现实意义。
参考文献
[1]李燕.电力变压器继电保护设计要点[J].企业技术开发,2016,09:7-8.
[2]姜伟.对电力变压器继电保护设计的探讨[J].低碳世界,2016,28:56-57.
[3]王耀辉.电力变压器继电保护设计要点[J].城市建设理论研究(电子版),2016,20:1-2.
论文作者:袁鲁
论文发表刊物:《电力设备》2017年第8期
论文发表时间:2017/7/19
标签：变压器论文; 电力变压器论文; 电流论文; 故障论文; 继电保护论文; 保护装置论文; 低压论文; 《电力设备》2017年第8期论文;