基于电力变压器的继电保护设计分析

基于电力变压器的继电保护设计分析

摘要：电力变压器的结构和功能是电力系统的重要组成部分，其运行过程中会

遇到很多问题，这些问题将会或多或少的影响电力系统的安全，尤其是大容量电

力变压器受损会对企业电力系统造成致命破坏，同时电力变压器也是非常昂贵的

设备。因此优化设计电力变压器的继电保护装置，保障电力的顺利运行就有着很

重要的现实意义。

关键词：变压器；差动保护；瓦斯保护；过电流保护

一、电力变压器继电保护的工作原理和基本构成

电力变压器继电保护系统主要是根据电力系统所出现的电力数值的变化情况

以实现电力变压器继电系统的自我调节功能。电力变压器继电系统存在的目的是，无论电力变压器继电系统中的电力变压器继电保护系统的工作状态如何，或是处

于什么样的情形都要保证整个系统的安全。按照电力变压器继电系统是否处于正

常运行的状态，其继电保护的基本原理并不相同。为了确认电力变压器继电系统

处于什么样的运行状态，则需要对电力变压器继电系统的运行状态进行测量并进

行分析。

经过长时间的发展与演变，如今电力变压器继电保护系统已逐步发展到了微

机型的继电保护系统的状态，该类型的电力变压器继电保护系统主要由3部分组成。①电力系统信号采集部分。其主要功能是收集并整理电力系统内部的电力数值的情况，然后将其收集整理的数据通过有效的传递方式提交给电力系统继电保

护部分。②电力系统的信号处理部分。其能够对电力系统信号采集整理的信号进行处理，并以有效的方式对相关问题进行分类与处理。③信号输出部分。该部分是十分重要的一环节，信号输出部分可以有效地将输出信号的指令精准无误地发

送给电力系统，从而保障调节工作的顺利进行。

二、电力变压器继电保护系统常见故障类型

1）电力变压器继电保护系统中电压互感器的二次回路故障

系统的电压互感器部分属于继电保护系统的核心组成部分，是电力变压器继

电保护系统的心脏部分，其主要功能是将电力系统中过高的电压排除。在通常情

况下，电压互感器在承受相对数值较大的电阻负载的同时，其承受的二次电压数

值与其所承受的一次电压数值还以正比的关系存在。因此，在这样的情况下，一

旦发生电阻数值减小等相关现象，那么极容易造成电压互感器出现短路现象。在

开口三角电压数值不稳定的情况下，通常就会引起以上原因造成的故障与问题。

因为在电压互感器内部的铁芯中极易发生由于电压的升高所造成的线性不稳限次，所以在处理这类力变压器继电保护系统故障的时候，应当格外注意电压互感器的

短路以及回路等问题。

2）电力变压器继电保护系统电流互感器的故障

因为电力变压器继电保护系统内的电流互感器是根据电磁感应的相关原理制

作设计的，因此，将原有的较大数值电流转换成为较小的数值电流是设计电流互

感器的主要功能，也是电流互感器存在的价值。基于以上原因很容易知道，一旦

电流互感器内部的绝缘部分发生破裂或类似现象，则极容易引起电流的窜出等系

列问题，则给电力系统的安全、稳定、正常运行造成了严重的阻碍，严重时还可

能引发安全事故。

3)计算机型电力变压器继电保护装置的故障

在现代信息技术迅速发展、计算机技术迅速提升的时代背景下，计算机型电

力变压器继电保护装置已经逐渐开始运用于继电保护工作。然而，在实际操作、

运用的过程中，如果发生了输入功率不足的现象，则极易引起计算机系统控制所

输出的电压数值减少等现象，该问题会对电力系统电力数值的正常运行带来十分

不利的影响。

三、电力变压器继电保护设计优化方法

1）差动保护设计

将变压器两侧的电流互感器二次侧按正常时的“环流接线”是变压器差动保护

动作电流设计的原则。如果变压器处于正常运行的状态，那么差动继电器中的电

流为其两侧电流互感器CT的二次电流之差，其数值趋于0。如果差动继电器不发

生任何动作，那么其保护也不会有任何作为。也就是说，如果在电流互感器二次

回路端线，并且变压器处于最大符合的状态下，差动保护是不会产生任何动作的。随着计算机芯片性能的提升，对位于变压器1套保护装置中所具有的主保护以及

各侧全部后备保护的两套主变压器微机型保护装置进行了全力开发，其成果已经

被广泛应用于实际工程中。所以，在330kV及以上高压侧电压的变压器可以采用

安装双重差动保护的方法对电力变压器引出线、套管及其内部短路故障进行反应，从而实现有效反应电力变压器绕组及其引出线的多相短路及绕组匝间短路的纵联

差动保护，同时也可以将电流速断保护作为主保护，另外也能达到将瞬时动作于

断开各侧断路器的目的。

2）瓦斯保护设计

除了瓦斯保护可以动作，像差动保护以及其他有关保护设计通常是都不能进

行动作的。瓦斯保护主要是依靠气体继电器来实现动作的，其位于变压器油箱和

油枕之间的连接导油管中。瓦斯保护主要有两种：①首先轻瓦斯保护动作于信号，然后依照气体的属性，包括：颜色、可燃性、数量以及化学成分来判断保护的理

由以及电力变压器继电保护装置故障的性质。根据此有关工作人员则可以及时察

觉故障的发生并有针对性地对故障进行相关处理。②首先重瓦斯保护动作于断路器跳闸，然后通过监视确定气体发生的速度，并对气体的不同特征以及相关成分

进行剖析，从而根据有关分析间接地推测、判断造成故障发生的原因、故障出现

的部位和以及故障的严重程度。

3）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，