电力变压器继电保护分析

黑向品

(酒泉职业技术学院，甘肃 酒泉 735000)

电力变压器是电力系统重要的一次设备，它通过变电压、变电流、变阻抗、隔离、稳压等一系列功能为我们的电力事业保驾护航，正因为它的功能遍布到电力中的各个领域，如果出现故障，将会严重影响供电的可靠性和用户的生产生活。因此，变压器的继电保护就显得尤为重要。

1 电力变压器的故障

为了保护电力变压器，就有必要了解电力变压器的常见故障，并安装与其容量和重要性相适应的保护装置。变压器的故障以油箱为界分为外部故障和内部故障，后者主要包括油箱内绕组的匝间短路、相间短路和单相接地短路，这些短路故障非常危险，短路电流会产生温度很高的电弧，电弧会加热变压器油箱里的油，油受热会分解产生大量气体，该气体会导致油箱爆炸。前者的主要是由于外部原因所导致的油箱外引线或者变压器外形变形，绝缘套管发热等多种故障[1]。除故障状态外，还存在变压器的非正常运行状态，包括：电力变压器外部相间短路；外部接地短路引起的过电流；中性点过电压；负载超过额定容量引起的过载；漏油引起的油位下降；大容量变压器在异常运行时的过励磁等。

2 电力变压器的保护

为了保证电力变压器的正常运行，这就需要给电力变压器配备一定的保护。在实际运行中，我们将变压器的故障状态、不正常运行状态的运行参数与变压器正常运行的参数进行对比，从而判断变压器的是否出现故障，根据故障启用相应的保护[2]。变压器主要的保护有瓦斯保护、差动保护、过流保护、温度保护、过负荷保护等，下面将分别说明。

2.1 瓦斯保护

变压器气体保护是油浸式变压器内部故障保护的基础，当油浸式变压器发生轻微故障时，变压器油受热会分解产生少量气体，由于涌动速度慢，这些气体流经瓦斯继电器时会在上部停留，导致油面下降，上油杯失去浮力接通上触点发出报警信号，这个信号表示变压器内部轻微故障的轻瓦斯动作信号。当变压器油箱内发生严重故障时产生大量气体，该气体带动油流快速涌动，由于涌动速度快，气体在瓦斯继电器上存留不住，会和油流一起冲击挡板，导致下触电闭合发出跳闸信号。如果油箱的油泄漏严重，气体继电器中的油可能会缓慢耗尽，此时上触点的报警信号激活，并发出报警信号。当油继续下降时，下油杯失去浮力而降落，使下触点触发跳闸信号，从而触发断路器跳闸。瓦斯保护能够反映出变压器所发生的内部故障，包括油位下降或泄漏、绕组相间短路、绕组匝间短路等故障，但是不能反映外部端子的故障，所以对于变压器还应该装设其他的保护。

2.2 差动保护

由于气体保护只能反应内部故障，对于外部故障无法保护，差动保护能够保护变压器内部的短路故障以及变压器引出线、套管的相间短路故障。差动保护是通过比较分析变压器检测出的各侧电流的数值和相位而形成的保护，其保护装置是由相同极性的电流互感器和变压器两侧的继电器组成，两个极性相同的电流互感器串联在一个回路中，电流继电器则跨接在该回路上。在适当选择两侧电流互感器的电压比和接线方式前提下，正常运行和保护区的外部故障情况下，流入差动继电器的电流小于差动保护的动作电流，此时保护不进行动作。反之，当保护区内发生故障时，流入差动继电器的电流大于差动继电器的动作电流，此时充分发挥出保护的功能。

2.3 过流保护

电力变压器过电流保护的目的主要是为了保护由于变压器外部短路所导致的过电流，同时，过流保护作为变压器内部故障的后备保护，大多数过电流保护装置在电源侧，因此整个变压器仍在保护区内，为了扩大保护范围,电流互感器应尽量靠近高压断路器安装。当发生内部故障时,若瓦斯(纵联差动或电流速断)拒动时，过电流保护经过整定时限后,动作于变压器各侧的断路器使其跳闸。

2.4 温度保护

电力变压器还会有油温、冷却系统异常等情况，油温异常会导致线圈绝缘老化，电气特性变坏，严重时还会引发火灾，电力变压器上层油温不允许超过95℃,一般运行情况为85℃，这就需要装设监视温度计和温控装置对电力变压器进行温度保护。

2.5 过负荷保护

变压器的负荷能力与所处的环境、负荷的波动、季节的交替、温度的变化等一系列因素有关，当电力变压器的实际容量超过额定容量时，电力变压器会出现过负荷这一不正常运行状态，如果长时间的过负荷运行会加速绝缘老化，也会缩短电力变压器的使用寿命，更严重的过负荷还会造成电力事故，从而影响国民经济与正常的生产生活，因此需要装设过负荷保护。电力变压器有正常过负荷和事故过负荷，它们都应按规定的负荷的倍数确定变压器允许运行的时间，如果发生过负荷这种情况，过负荷保护装置将动作于信号，从而提醒值班人员应该加强对过负荷的幅度、时间、变压器的油温和油位的监视。

3 电力变压器的保护配置

紧密围绕上文所提到的电力变压器故障运行状态，变压器应配备以下保护配置。

3.1 瓦斯保护

容量为0.8MVA及以上油浸式变压器和0.4MVA及以上车间内油浸式变压器，以及带负荷调压变压器的充油调压开关均应装设瓦斯保护。轻瓦斯则动作于信号，重瓦斯则动作于断路器跳闸。

3.2 纵差保护或电流速断保护

电压为10kV及以下且容量为10MVA以下单独运行变压器，应采用电流速断保护；电压为10kV以上，容量为10MVA及以上单独运行的变压器，以及容量为6.3MVA及以上并列运行的变压器，应采用纵联差动保护；容量为10MVA以下单独运行的重要变压器，可装设纵联差动保护。

3.3 接地保护

接地保护用于110kV及以上直接接地系统中变压器高压绕组与出线及相邻线路间的短路反应，保护动作为跳闸。

3.4 过载保护

容量在0.4MVA及以上并列运行的变压器或作为其他负荷备用电源的单独运行的变压器，应装设过负荷保护。在无人值班的变电站，过负荷保护应动作与开关，断开部分负荷或跳闸。

3.5 温度保护

按照电力变压器标准要求，对于变压器油温异常、冷却系统故障应专门装设相应的非电量保护[3]。

3.6 过励磁保护

高压侧为500kV的变压器宜装设过励磁保护。若变压器分接开关连接或者调整不正确、变压器投入负载、电力变压器运行时额定电压较低等，均会引发过励磁现象[4]。变压器过励磁会导致铁心饱和、励磁电流剧增、铁心温度上升，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。

4 结束语

笔者将研究的重点放在了对电力变压器故障、异常工况和变压器的几种保护配置的分析上，指出变压器正常运行的重要性。当前电子信息科技以及计算机技术正在飞跃式的发展，变压器继电保护已经凸显出来自动化、智能化的趋势，微机保护逐渐盛行也较为容易实现；具有保护装置本身缺陷或元件故障的自测功能；动作后的事故报告和故障录波等功能。这些功能有利于保证系统安全可靠运行，系统发生故障后的事故分析以及快速恢复系统稳定运行，基于诸多优点深受电力系统继电保护工作者的欢迎。