刍议电力变压器继电保护

刍议电力变压器继电保护

章进奎

章进奎福建省大田县供电有限公司

【摘要】供电系统中,变压器占有很重要的地位。但是,运行过程中还是会产生故障,作者主要对电力变压器的常见故障和异常运行状态、继电保护配置的规程，还分析电力变压器需要配置的几种保护。

【关键词】电力系统继电保护变压器故障及运行状态差动保护

Theuniversitypowertransformerrelayprotection

ChapterKrishnainto

DaTianXianfujianprovincepowersupplyCo.,LTD

【abstract】thepowersupplysystem,thetransformerhasveryimportantposition.But,intheprocessofoperationorwillproducethefault,theauthormainlytothepowerofthecommonfaultsoftransformerandabnormaloperatingcondition,relayprotectionconfigurationoftherules,andalsoanalysesthepowertransformerneedtheconfigurationoftheseveralprotection.

【keywords】electricpowersystemprotectiontransformerfaultsandoperationconditiondifferentialprotection

1、前言

变压器是电力系统中输配电的重要设备，发生故障会给电力系统的正常运行和供电可靠性带来严重影响。为了保证电力变压器的安全运行，防止事故扩大，确保电力系统安全稳定的运行，根据变压器的容量、结构和故障类型装设相应的继电保护装置。

2、电力变压器故障和不正常运行状态

变压器油箱内部原副边绕组可能产生相间短路、中性点直接接地系统侧绕组的单相接地短路和原副绕组之间的绝缘击穿等故障。油箱内部故障产生电弧，引起绝缘油的剧烈气化，可能造成变压器油箱的爆炸。油箱外部套管及引出线也可能发生相间短路和接地短路。

变压器的不正常工作状态表现有过负荷、外部短路引起的过电流、外部接地短路引起的中性点过电压、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等。

3.变压器配置保护

3.1电流速断保护

变压器高、低压侧电流大小及相位，可以实现差动保护。反应变压器引出线、套管和内部短路故障的纵联差动保护或者电流速断保护。保护变压器绕组或引出线各相的相间短路、大接地电流系统的接地短路以及绕组匝间短路，保护瞬时动作于断开变压器的各侧断路器。差动保护还能够正确区分区内外故障，还可能在元件的保护配合的情况下无延时的切除区内各种故障，所以差动保护经常作为电气主设备的主保护被广泛应用于各种电气主设备和线路的保护中。《继电保护和安全自动装置技术规程》中对装设纵联差动保护和电流速断保护有如下：

3.1.1对6.3MVA以下厂用变压器及并列运行的变压器，及10MVA以下厂用备用变压器和单独运行的变压器，当后备保护时间大于0.5s时，应装设电流速断保护。

3.1.2对6.3MVA及以上厂用工作变压器和并列运行的变压器，10MVA及以上厂用备用变压器和单独运行的变压器，以及2MVA及以上用电流速断保护灵敏性不符合要求的变压器,应装设纵联差动保护。

3.1.3对高压侧电压为330kV及以上变压器,可装设双重纵联差动保护。

3.1.4对于发电机变压器组，当发电机与变压器之间有断路器时，发电机装设单独的纵联差动保护。当发电机与变压器之间没有断路器时，100MVA及以下发电机与变压器组共用纵联差动保护；100MVA以上发电机，除发电机变压器共用纵联差动保护外，发电机还应单独装设纵联差动保护。对200～300MVA的发电机变压器组亦可在变压器上增设单独的纵联差动保护，可采用双重快速保护。

3.2变压器电流及电压保护

变电气出现外部故障，而产生变压器绕组过电流，而在变压器出现内部故障的时候，作为瓦斯保护和差动保护的后备，变压器应该安装过电流的保护。并且根据系统短路电流和变压器容量的不同，可以选择不同的保护方法，包括低电压启动的过电流保护、过电流保护、负序过电流保护等。

3.3零序电流保护

反应大接地电流系统中变压器外部接地短路的零序电流保护。110kV及以上大接地电流系统中，如果变压器中性点可能接地运行，对于两侧或三侧电源的升压变压器或降压变压器应装设零序电流保护，作变压器主保护的后备保护，并作为相邻元件的后备保护。

可以利用接地时产生的零序电流使保护动作的装置，叫零序电流保护。在电缆线路上都是采用专门的零序电流互感器来实现接地保护。将零序电流互感器套地三芯电缆上，电流继电器接在互感器的二次线圈上，在正常运行或无接地故障时，由于电缆三相电流的向量之和等于零，零序互感器二次线圈的电流也为零，故电流继电器不动作。当发生接地故障时，零序互感器二次线圈将出现较大的电流，使电流继电器动作，便发出信号或者切除故障。

3.4过负荷保护

变压器的过负荷保护是用来反应变压器正常运行时出现的过负荷情况，只在变压器有过负荷可能的情况下才予以装设，一般动作于信号。变压器的过负荷在大多数情况下都是三相对称的，因此，过负荷保护只需要在一相上装一个电流继电器。在过负荷时，电流继电器动作，再经过时间继电器给予一定延时，最后接通信号继电器发出报警信号。

3.5过励磁保护

目前的大型变压器设计中，为了节省材料，降低造价，减少运输重量，铁心的额定工作磁通密度都设计得较高，接近饱和磁密，因此在过电压情况下，很容易产生过励磁。在过励磁时，由于铁心饱和，励磁阻抗下降，励磁电流增加的很快，当工作磁密达到正常磁密的1.3～1.4倍时，励磁电流可达到额定电流水平。其次由于励磁电流是非正弦波，含有许多高次谐波分量，而铁心和其他金属构件的涡流损耗与频率的平方成正比，可引起铁心、金属构件、绝缘材料的严重过热，若过励磁倍数较高，持续时间过长，可能使变压器损坏。因此，高压侧为500kV的变压器宜装设过励磁保护。

装设变压器过励磁保护的目的是为了检测变压器的过励磁情况，及时发出信号或动作于跳闸，使变压器的过励磁不超过允许的限度，防止变压器因过励磁而损坏。

3.6瓦斯保护

瓦斯保护作为变压器的主要保护措施，它能够反映变压器油箱内的故障与油面降低。当出现轻微故障的时候，油面会出现下降的情况，轻瓦斯动作于信号，当发生严重故障时，会产生大量的气体，重瓦斯会产生跳闸，跳开主变各侧断路器。对于一些带有负荷调压的变压器的调压装置，一般都设置有载瓦斯，和上述一样的道理，当发生轻瓦斯动作的时候，会发出一定的信号，当发生重瓦斯动作时，出现跳闸现象。继电保护动作断路器跳闸后，不要随即将掉牌信号复归，而应检查保护动作情况，并查明原因，在消除故障恢复送电前，方可将所有的掉牌信号全部复归。

3.7压力保护

压力保护也是变压器油箱内部故障的主要保护，当变压器内部故障时，温度升高，油膨胀压力增高，弹簧带动继电器触点，使触点闭合，作用于切除变压器。

3.8温度与油位保护

温度保护有油温和绕组温度保护，当变压器温度升高到预先设定的温度时，温度保护发生告警信号，并投入启动变压器的备用冷却器。

油位保护反应油箱内油位异常的保护。运行时，因变压器漏油或者其他原因使油位降低时动作，发出告警信号。

3.9冷控失电保护

为提高传输能力，对于大型变压器均配置有各种的冷却系统，如风冷、强迫油循环。在运行中，若冷控失电，变压器的温度将迅速升高。若不及时处理，可能导致变压器绕组绝缘损坏。

4、变压器的差动保护

变压器的过电流保护及电流速断保护、瓦斯保护各有优点与不足之处。过电流保护动作时限比较长，切除故障不迅速；电流速断保护由“死区”的影响使保护范围受限制；所以瓦斯保护只能反映变压器内部故障，而不能保护变压器套管与引出线的故障。变压器的差动保护，主要来保护变压器内部及引出线及绝缘套管的相间短路故障，还可以保护变压器内的匝间保护，其保护区在变压器一次与二次侧所装电流互感器之间。差动保护分纵联差动及横联差功两种形式，纵联差动保护用于单回路，横联差动保护用于双回路。

5、结束语

以上所述，变压器差动保护的工作原理：主要工作或者外部故障时，流入继电器的电流为不平衡电流，在适当选择好两侧电流互感器的电压比和接线方式的条件下，该不平衡电流值很小，并小于差动保护的动作电流，可保护不动作；在保护范围内发生故障，流入继电器的电流大于差动保护的动作电流，差动保护动作于跳闸。