浅谈电力变压器继电保护设计

浅谈电力变压器继电保护设计
摘要：继电保护装置是电力系统中的重要组成部分，它运行的可靠性，需要防止拒动和误动作。

由于电力系统中各种电气设备都是由电气线路联系在一起的，任何一个设备出现故障都会对整个系统的运行带来影响，所以需要准确地对继电保护装置进行设置，并对其各项相关定值进行整定，确保其能够在故障发生的第一时间内准确动作，确保系统运行的安全，为检修提供参考。

一、电力变压器的故障类型
电力系统运行中，电力变压器作为重要的设备之一，一旦发生故障则会导致电力系统正常的运行受到影响。

通常情况下，变压器油箱内部和外部是电力变压器故障易发地区。

外部故障通常是由于绕组引出线和绝缘套管发生相间短路或是接地短路所导致的。

而内部故障具有较大的危害性，由于短路和线损过程中会有电弧产生，同时油箱内油在受热情况下会有较多气体产生，气体与电弧接触极易导致爆炸的发生。

所以一旦电力变压器发生故障，则需要继电保护装置能够快速的反应，准确的排除故障，避免危险的发生。

二、电力变压器的保护措施
当电力变压器出现短路的情况时，整个电力系统就会出现不同程度的电流短路。

短路电流会让变压器的温度不断升高，当温度升高到一定峰值后，变压器内部的元件就会被瞬间烧断，造成不可挽回的损失。

更为严重的是如果故障发生的位置是油箱内部的话就会引起火灾等事故。

因此为了有效的保证变压器的安全运行，将出现故障的事件降至最低，常常需要对变压器进行切断处理，也就是说当变压器出现短路情况时，需要快速报警并及时的将整个变压器运行系统切断。

当变压器正常运行或者发生外部故障的时候，流出电流和流入电流处于相同状态，这种情况下纵差保护系统不会被触发;但是如果变压器的运行状态不正常或者发生内部故障的时候，只有流入电流而没有流出电流就会很容易的触发纵差
保护系统。

对于纵差保护系统被触发的情况在处理的过程中一定要将变压器做切除处理，只有把变压器切除，才能保证整个变压器电力系统的安全。

三、电力变压器继电保护装置设计方案
1、差动保护设计
变压器差动保护动作电流设计原则是将变压器两侧的电流互感器二次侧按正常时的“环流接线”，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（CT）的二次电流之差，它近于0，差动继电器不动作，保护也不会动作。

即在电流互感器二次回路端线且变压器处于最大符合时，差动保护不应动作。

由于高性能计算机芯片的出现，在变压器1套保护装置中包含主保护、各侧全部后备保护的2套主变压器微机型保护装置已开发，并得到广泛应用。

因此，为反应电力变压器引出线、套管及内部短路故障，对高压侧电压为330kV及以上的变压器，可装设双重差动保护，达到反应变压器绕组和引出线的多相短路及绕组匝间短路的纵联差动保护或电流速断保护作为主保护，瞬时动作于断开各侧断路器的目的。

双重差动保护装置的设计中，当变压器正常运行或外部故障时，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接近于0（实际为由多种原因引起的不平衡电流，由于不平衡电流小，因此接近于0）差动保护不动作，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和为故障点短路电流，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，起到保护作用。

2、瓦斯保护
变压器瓦斯保护的设置可以有效的实现对变压器油箱内的故障情况进行反应，所以对于0.8MVA及以上的油浸式变压器则需要进行瓦斯保护装置的安装，实现对变压器的保护，虽然瓦斯保护可以对于油箱内的一切故障都可以有效的反映出来，但却无法对油箱外部的电路故障进行反应，而且一旦外部干扰因素较严重，则瓦斯保护也不能正确的动作，所以为了确保变压器的安全，则瓦斯保护装置需要配合其他保护装置一起来实现对变压器装置的保护作用。

3、过电流保护设计
过电流保护是变压器绕组过电流及差动保护和瓦斯保护的后备保护，所以必须进行装设，其设计时是需要按照变压器启动电流按照最大的负荷电流来进行整定，作为一种保护装置，其主要在各侧母线故障时能够有效的发挥作用。

（1）低压变压器过电流保护设计
变压器低压侧一般采用三相式三卷变压器，高、中压侧的阻抗保护很可能对压侧短路起不到保护作用，不能满足作为相邻元件后备保护的要求，这时可以同时在其高、中压侧均装设复合电压闭锁过流保护及零序方向过电流保护与间隙保护，低压侧装设复合电压闭锁过流保护。

（2）高压变压器的保护设计
过电流保护装置通常可以设置在变压器低压侧断路器和高压侧短路器上，这样可以有效的保证高压侧的过电流保护对低压侧母线规定的灵敏系数的实现。

在这种情况下，一旦低压侧母线保护停运或是故障，则过电流保护装置则会成为低压侧母线的主保护和后备保护。

但对于非金属性短路发生时，由于无法达到要求的灵敏度，而且整定也会延时，在这种情况下，则需要设置反时限过流保护，保护变压器具有良好的热稳定性。

同时还需要在低压侧或是低压侧的中性线上进行零序电流保护的装设，动作电流设计不宜超过变压器额定电流的百分之二十五。

（3）负序过电流保护设计
断路器在进行合闸时，其三相在合闸的时间上并不是一致的，是分开进行的，这样就会在电力系统起动时有较大的负序电流产生，负序电流主要是由于起动时大电流、过流过程导致的电流互感器不平衡及相邻设备相间短路故障所导致的，为了有效的防治这种情况珠发生，则需要利用延时来避开。

这就需要在负序过电流保护设计时，要将其动作时间设置大于其相邻设备的速断保护动作时间与断路器的分闸时间之和，当作为相间短路后备保护时，动作时间也在大于相邻设备及本设备的相间后备保护动作时间。

四、结束语
继电保护装置是保证电力系统正常稳定运行的基础，这就要求做好对该类型设备的了解工作，清楚装置运行基本原理和要求，并掌握设备可能的故障类型，通过故障检测精准判断故障点并得出导致故障的原因，在此基础上制定针对性的处理措施，降低故障发生率，发挥继电保护装置应有的作用，从而促进电力变压器安全稳定运行。

参考文献
[1]郭立新.电力变压器继电保护设计[J].西北职教，2007（9）.
[3]苟海山.电力变压器继电保护研究[J].科技风,2019(6)．。