变压器保护

浅谈变压器保护

一、概述

电力变压器是电力系统中的重要电气设备。变压器之于变电站就好像心脏之于人体，是变电站中最昂贵的设备，变压器故障会对供电可靠性和系统的安全稳定运行带来严重的影响。因此应该根据变压器容量和重要程度装设性能良好、动作可靠的继电保护装置。

下面以35kv双卷变为例，探讨变压器保护。

二、变压器的故障和异常

变压器故障可以分为内部故障和外部故障

内部故障分为三种，如图：

第一种、变压器绕组相间短路；图中用d1表示

第二种、变压器绕组匝间短路；图中用d2表示

第三种、变压器绕组接地短路：图中用d3表示

外部故障分为两种，如图：

第一种、绝缘套管的相间短路与接地短路；图中用d1表示

第二种、引出线上发生的相间短路和接地；图中用d2表示

其次：变压器的异常：

第一、由于外部短路引起的过电流；

第二、负荷长时间超过额定容量引起的过负荷；

第三、油箱漏油造成的油面降低；

变压器的故障要动作于掉闸或动作于信号，对于异常工作状态，变压器保护也必须能够反应。发告警信号，或延时跳闸。

三、变压器保护配置

针对以上分析结果，对于不同类型的故障和异常，设置相应的保护，变压器保护可以分为主保护和后备保护两种。

1、主保护（包括瓦斯保护和纵差保护或电流速断保护）

（1）瓦斯保护：本体和有载重瓦、轻瓦。其中轻瓦动作于信号，重瓦动作于跳闸

针对：各种内部故障及漏油。

优点：油箱内部所有故障，有较高灵敏性。

缺点：动作时间较长；保护范围小，不能反应油箱外部的故障。（2）纵差保护或电流速断保护（反映电气量的保护，根据变压器容量选择，一般容量6300kva以上的变压器装设纵差保护，这也是目前石家庄地区普遍采用的保护方式）

纵差保护反应绕组、套管及引出线上的相间短路，在一定程度上反应绕组内部匝间短路及中性点接地侧的接地短路。

特点：瞬时动作切除故障

后备保护

包括：（1）过电流保护

（2）复合电压起动的过流保护

3、其它非电气量保护

(1) 油箱内温度（温度计，可以将温度信号通过站端远传至调度，

发报警信号）

(2) 压力升高（通过主变邮箱顶盖上的防爆阀，当内部发生严重短路故障，绝缘油受热急剧膨胀将通过防爆阀释放压力）

上面介绍了变压器的主后及非电量保护，我们可以通过一幅图来直观地对比各种保护的保护范围：

非电量保护范围在主变内部，范围最小；差动保护范围为两侧ct 之间，高后备保护范围可延伸到主变低压侧，低后备保护范围为低压侧ct以下、母线和出线开关近距离部分，还可作为出线保护的后备保护。

需要说明的是：为了使差动保护范围最大化，ct差动圈选用最外侧的圈，而且将开关包在ct内侧。

四、变压器的纵差保护

变压器纵差保护原理

如图：

变压器两侧ct都以母线侧为同名端，当变压器正常运行时，高低压侧一次电流流向都是从上至下，方向相同，二次电流方向相反，矢量和为零，保护不动作。当变压器内部短路时低压侧电流减小，可视为零，高压侧电流突然增大，流入继电器的二次电流为不平衡电流这个值比较大，继电器动作，开关掉闸，故障切除。

变压器纵差保护原理简单，但实现起来并不容易，有若干种干扰因

素产生的不平衡电流，使得正常情况下流入差动继电器的电流不为零：

2、引起变压器纵差保护不平衡电流的主要因素有：

（1）变压器两侧绕组接线方式不同；

（2）变压器、电流互感器的计算变比与实际变比不同；

（3）变压器带负荷调节分接头；

（4）电流互感器传变误差的影响；

（5）变压器励磁电流产生的不平衡电流；

（6）变压器励磁涌流

变压器两侧绕组接线方式不同产生的不平衡

图中为两卷变中最常见的星三角yd11接线方式，由向量图可以看出同一相的三角侧比星测滞后30°

解决办法：将星侧ct二次侧接为角形，三角侧ct二次接为星型。这种方法现在基本已经不用了，目前大多变压器均采用微机保护，两侧都接成星形，在保护装置内部进行软件调整。十分方便。

ct的计算变比与实际变比不同产生的不平衡

变压器的变比、电流互感器的变比都是根据产品目录来选择的标准变比，很难满足。

比如一台10000kva变压器，额定电压35/10.5kv，高压侧额定电流=10000/1.732/35=165a,低压侧额定电流

=10000/1.732/10.5=550a,高压侧ct变比应选165/5，低压侧ct变

比应选550/5，实际并没有这种规格的ct，只能选200/5和600/5。所以应该nta2/nta1=165/5/550/5=3.33，也就是变压器变比，而实际上ct变比之比=3。

变压器带负荷调整分接头产生的不平衡

变压器在运行中常常需要改变分接头来调电压，这样就改变了变压器实际变比，出现不平衡差流。

解决办法: 定值整定时增大动作电流门槛值。

（4）两侧电流互感器传变误差产生的不平衡

a.稳态不平衡电流

变压器两侧电流互感器的型号不同，励磁特性差别较大。

b.暂态不平衡电流

外部故障时，短路电流中还含有非周期暂态分量，非周期分量按一定的时间常数衰减，是低频分量，大部分流经励磁支路，增加 ct 的传变误差，导致不平衡电流增大。

克服措施: a.选用具有较好暂态传变特性的ct；

b.增大动作电流门槛值；

变压器励磁涌流的影响

当变压器空载合闸或外部故障切除后电压恢复过程中，由于变压器铁心中的磁通急剧增大，使变压器铁心瞬时饱和，出现数值很大的励磁涌流。励磁涌流可达变压器额定电流的 6～8 倍，如不采取措施变压器纵差保护将会误动。这一因素是影响差动保护的重要因素。