電力變壓器繼電保護的原理及應用

謝海涵

摘要：隨著科學的不斷發展，科學技術的突飛猛進，我國對于電力系統和設備故障的保護進行了深入的研究，發明了繼電保護裝置。它是根據電力變壓器的常見故障進行分析研究而得來的，要對繼電保護的各種方式進行研究，找出最適合的保護配置。文章對繼電保護進行了研究，闡述了繼電保護的發展方向。

關鍵詞：繼電保護；電力變壓器；保護配置；電力系統；設備故障 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM772 文章編號：1009-2374（2015）16-0145-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.16.071

人類在不斷探索與創新中發明了有利于電力系統故障或者非正常運行狀態時所能進行保護的繼電保護裝置，我們首先應該對于繼電保護的定義及概念進行深刻的認識，明白它的工作運行原理；其次要將如何出現故障和非運行狀態進行分析研究，找出問題所在，從而使繼電系統順應時代的要求；最后我們將更好地使配置保護裝置發揮作用，從而使其更好地為電力系統進行維護，減少因為故障導致的財產損失。

1 繼電保護的定義

1.1 繼電保護的概念及工作方式

我們知道，對于電力系統來說，出現故障是時常發生的，這主要取決于外界的因素干擾以及自身的內部因素，無論哪種因素，一旦使電力系統發生故障沒有辦法正常運行的話，將會給企業、個人帶來損失，那么日常生活中我們要想到解決辦法的前提是要了解出現的故障原因及沒有正常運行的明顯狀態有哪些，當電力系統出現單相接地、兩相接地、三相接地、短路等的話就是很明顯的出現了故障。而如果電力系統在運行中出行超負荷、超電壓、產生振蕩、本身同步運行的發電機卻異步運行時等，就是非正常運行狀態。

綜上各種原因，我們就不難看出繼電保護的主要作用是什么。那么繼電保護的基本工作原理我們歸結為，它主要是根據電力系統發生故障前后電氣物理量變化的特征為基礎構成的，一旦電力系統發生故障之后，工頻電氣量將會發生很大的變化，這些變化的主要特征是：（1）電流增大的情況。當設備發生短路時，那么在出現故障的某點和電源與電源相連接的電氣設備與輸送電能的線路上，所產生的電流將迅速的增大，從負荷電流開始，到最后會比負荷電流大得多；（2）電壓降低的情況。一旦相間短路和接地短路發生故障的時候，將會導致電力系統之中的各個點之間的相間電壓或者是相電壓值迅速降低，而且距離短路點原來越近的話，其中的電壓也會越來越低；（3）電流與電壓之間的相位角會發生變化。當電力系統處于正常的工作運行狀態時，那么電流與電壓之間的相位角與負荷的功率因數角是相等的，正常應該為20°，而如果出現三相短路時的話，電流與電壓之間的相位角的大小將取決于線路的阻抗角，這個時候會為正常運行的3～4倍；（4）測量點電壓與電流之比值會產生變化。一般來說我們將測量點的電壓與電流之間的比值稱之為測量阻抗。那么如果系統在正常的運行狀態時，測量阻抗是負荷阻抗的。如果發生金屬性短路的話，線路阻抗將會取代測量阻抗，我們會看出系統故障時測量阻抗的值將會變小，相反的阻抗角將會明顯增大。我們利用電路發生故障時電氣量的多變性加以利用，便可形成各種原理的繼電保護對。

1.2 對于繼電保護功能的基本要求

之所以會出現繼電保護裝置，主要是為了電力系統在發生故障時，繼電保護裝置將會運用自身的工作原理，將損失降低到最小化，使電力系統設備不損壞或者損壞的程度降低。那么我們就要求繼電保護裝置要具有一定的可靠性、靈敏性、及時性、速度型，還要有選擇性。它自身的工作責任及工作方法將決定主要的工作狀態。之所以要具有及時性，就是要求繼電裝置在電力系統運中出現故障時發出的信號進行感知，并及時地調整或者及時地將主要引起事故的設備進行切斷。及時地對系統進行提醒、規范、預防，以減少在運行中出現故障的可能性，使電力系統處于正常運行狀態。

2 電力變壓器繼電保護實例

2.1 電力變壓器的主要故障種類及保護方法

2.1.1 電力變壓器的故障種類。我們一般可以將變壓器的內部故障分為兩大類：一類是油箱內故障；另一類是油箱外故障。油箱內故障有很多的原因可以導致其發生，其中包括繞組的相間短路、匝間短路、接地短路及經鐵芯燒毀等原因。變壓器油箱內如果發生故障的話，我們必須要引起高度重視，因為隨時會發生危險，主要因為當變壓器內充滿了變壓器油的時候，如果發生故障，那么短路電流將會使變壓器油迅速地去分解氣化，這個時候大量的可燃性氣體（瓦斯）就會產生，那么油箱會爆炸很容易引起油箱爆，導致人員的傷亡。對于油箱外的故障主要劃分為套管和引出線上發生的相間短路和接地短路。電力變壓器如果發生故障和非正常的運行狀態，那么主要是由于外部相間短路、接地短路引起的相間過電流和零序過電流，負荷超過其額定容量引起的過負荷、油箱漏油引起的油面降低，以及過電壓、過勵磁等原因造成的。

2.1.2 電力變壓器保護方法：（1）裝設帶時限的電流維護裝置或者電流速斷的維護；（2）瓦斯的維護；（3）單相接電維護；（4）過電流維護；（5）溫度維護；（6）其他的維護。

2.2 電力變壓器保護的主要配置

2.2.1 電力變壓器保護配置的一般要求。根據實際情況，變壓器一般應裝設以下的保護設備：（1）瓦斯維護。瓦斯保護能夠保護變壓器油箱內的各種輕微故障，例如繞組輕微的匝間短路、鐵芯燒損等；（2）裝設帶時限的電流維護裝置或者電流速斷的維護。對于容量為6300kVA及以上的變壓器、發電廠廠用變壓器和并列運行的變壓器、10000kVA及以上的發電廠廠用備用變壓器和單獨運行的變壓器，應裝設電流維護裝置。電流速斷保護用于對于容量為10000kVA以下的變壓器，當后備保護的動作時限大于0.5s時，應裝設電流速斷保護；（3）單相接電維護。變壓器的相間短路后備保護通常采用過電流保護、低電壓啟動的過電流保護、復合電壓啟動的過電流保護以及負序過電流保護等。發生接地故障時，變壓器中性點將出現零序電流，母線將出現零序電壓，變壓器的接地后備保護通常都是反應這些電氣量構成的；（4）過電流維護。變壓器長期過負荷運行時，繞組會因發熱而受到損傷。對400kVA以上的變壓器，當數臺并列運行或單獨運行并作為其他負荷的備用電源時，應根據可能過負荷的情況，裝設過負荷保護；（5）溫度維護。對變壓器溫度及油箱內壓力升高和冷卻系統故障，應按現行有關變壓器的標準要求，專設可作用于信號或動作于跳閘的非電量保護；（6）其他維護。高壓側電壓為500kV及以上的變壓器，應裝設過勵磁保護，在變壓器允許的過勵磁范圍內，保護作用于信號，當過勵磁超過允許值時，可動作于跳閘。

2.2.2 電力變壓器保護配置情況：（1）主保護：瓦斯保護和差動保護；（2）瓦斯保護：重瓦斯和輕瓦斯保護；（3）差動保護：差動速斷、比率差動保護、分側差動保護；（4）比率差動保護：二次諧波閉鎖原理和波形判別閉鎖原理的差動保護高壓側后備保護：復合電壓（方向）過流、零序方向過流、零序過流、零序電流電壓保護、非全相、過負荷、TV斷線。

3 結語

本篇文章將電力變壓器繼電保護的原理、繼電保護配置規程規定和繼電保護等方面的內容進行了詳細的分析與闡述，從而為繼電保護的未來發展提出了建設性的意見，我們從中了解到不論是變壓器保護、母線保護、線路保護，都能為變壓器的保護工作提供維護。我們通過對電力系統的客觀分析，看出正常運行與故障時系統中電氣量或非電氣量的差異，同時可以提出相應的保護原理和保護方式。隨著計算機技術的飛速發展以及計算機在電力系統繼電保護領域中的普遍應用，新的控制原理和方法被不斷應用于計算機繼電保護中，以期取得更好的效果，從而使微機繼電保護的研究向更高的層次發展。

參考文獻

[1] 王增平，馬靜.關于變壓器主保護的若干問題[J].電力系統保護與控制，2008，（14）.

（責任編輯：蔣建華）