淺析電力變壓器繼電保護原理及配置

韓鵬

（國網江蘇省電力有限公司南京供電分公司，江蘇 南京 210000）

在變壓器當中，屬于發電、變電和配電的重要設備，可以為電力系統的正常運行提供必要的能量，因此需要對繼電保護裝置進行嚴格的分析，從而減少電力變壓器的故障現象和異常狀態，為廣大居民提供出安全可靠的電力能源。

一、變壓器

變壓器當中，包含器身、調壓裝置、油箱及冷卻裝置、保護裝置以及絕緣套管這幾個部分共同組成，其中器身包含鐵芯、繞組、絕緣部件以及引線，在調壓裝置也就是分接開關，分為無勵磁調壓和有載調壓兩種方式。

在電網當中，變壓器屬于重要的電器設備，可以實現電網的安全穩定運行，對于用戶的需求進行最大限度的滿足，實現電力負荷靈活的調度，在變電站的運行過程當中，一般存在兩臺或者兩臺以上的變壓器進行聯合運行，一般都會利用分級絕緣的變壓進行運行，其中中性點接地的方式需要根據實際情況來做出合理科學的選擇。

二、變壓器常見故障及原理

（一）常見故障

在變壓器的使用過程當中，需要進行電力變壓器的合理配置，因此需要對其常見的故障進行分析和研究。在現階段當中，油浸式的變壓器最為常見，此種變壓器的故障類型主要為油箱的內部故障和外部故障兩種類型，在內部故障當中，可以分為高低壓側繞組相間短路、匝間短路、單相接地短路以及鐵心的過熱燒蝕等現象，產生此種類型的故障對變壓器會產生相當嚴重的危害，所產生的電弧對于設備的絕緣性會造成嚴重的破壞作用，導致變壓器絕緣油的氣化現象，最終引起變壓器的嚴重事故。因此在出現內部故障的過程當中，繼電保護裝置應該迅速切除。油箱的外部故障發生的概率相對較小，主要表現在高低壓絕緣套管、絕緣套管當中的引線發生的相間短路、中性點直接接地側的接地短路現象。

在變壓器運行的過程當中，包含正常和故障狀態、不正常運行狀態，一般情況下主要表現形式包含短路引起的過電流現象、接地故障引起的過電流和過電壓、變壓器負荷引起的電流超大現象、絕緣油滲漏引起的油面降低、冷切裝置故障引起的升溫和變壓器的過勵磁等多種現象，在此種運行狀態當中需要對其進行立刻采取措施。在變壓器的工作當中，包含著故障和不正常的運行狀態，需要根據變壓器的容量以及電力系統當中所起到的作用來進行設置繼電保護裝置的選擇。

（二）變壓器保護工作原理

在電力變壓器差動保護當中，對電力電壓器的兩側電流值進行測量，對變壓器的兩側流入和流出的電流向量之和來作為判斷依據。在雙側測量的情況下對保護范圍內外的故障可以實現精確的測量的同時，還可以實現對單側測量無法實現全線速動的問題進行測量，如果保護區域出現故障的時候就可以進行故障的迅速切除。在變壓器的瓦斯保護方面，主要是變壓器油箱內部發生故障的情況下會產生短路電流和電弧的現象，在此種情況下對于油箱內部的絕緣油和其他部分的絕緣物質在局部方面就會在熱力作用下分解產生氣體，從下島上進行流動到油箱上部的油枕當中。在變壓器內部的故障嚴重的情況下，所產生的其他就會越多，其變壓器內部故障在一定程度形成了變壓器內部的瓦斯保護。其原理接線圖如圖1 所示。

在變壓器油箱內部當中，如果在短路狀態下發生微小故障的情況下，在輕度瓦斯動作就會產生報警信號，由此變壓器內部就會出現嚴重的故障或者漏油現象，造成的油位快速下降，在出現瓦斯動作的狀態下，會使得變壓器兩側當中的斷路器產生跳閘的現象。在瓦斯保護當中利用具有自保持電流線圈的繼電器BCJ 來當作中間出口，從而實現在瓦斯繼電器在雙桿黃觸點抖動的狀態下，有效避免所造成的斷路器的拒動現象。在換切片XS的基礎上可以實現跳閘的回路和信號回路之間的靈活切換，可以對瓦斯保護的可靠性起到一個提升的作用。在瓦斯保護的反應當中，可以實現對油箱內部所發生的各種短路故障現象進行反應，并且其反應的動作靈敏，靈活度相對較高。在外部故障當中，瓦斯保護不能起到對應的保護作用，因此經常和電流的差動來配合使用，對變壓器當中的各種出現的故障可以快速地進行保護，這兩種共同組成了變壓器內部的主保護動作。

三、電力變壓器的保護配置

在變壓器的保護裝置當中，每一個環節都起到了關鍵作用，其產生的故障對于電力系統的整體安全性能和可靠性都會產生相當大的影響和威脅，因此需要在電力變壓器的故障類型以及運行狀態情況下實現合理的配置，其中性能良好、動作可靠的保護裝置了可以分為以下幾個方面：

在瓦斯保護方面，屬于油箱內部的故障和油面的降低現象，在配置原則上需要利用0.8MVA 以及以上的油浸式變壓器和0.4MVA 及以上的戶內式的油浸變壓器。

在縱聯差動保護方式當中，屬于繞組套管以及引出線的故障類型，在此種情況下，需要并聯運行容量在6.3MVA 以上，單獨運行的容量需要保持在10MVA 以上，發電廠的廠用工作變壓器或者是重要的變壓器進行設置。

在電流速斷保護方面，屬于變壓器的繞組、套管以及引出線上所發生的故障，在此種情況下可以利用容量在10MVA 以下的變壓器，過電流保護時限方面需要保持在0.5s以上。當變壓器本身沒有出現故障現象，在其下級的供電網絡當中出現短路故障會在間接方式下導致變壓器的電流過壓現象，過電流的保護對變壓器的保護效果是相對良好的，可以當作變壓器的主保護失靈之后的近后備的同時，也可以當作變壓的相鄰元件的遠后備保護。在電力變壓器當中，屬于系統的重要關鍵部位，其中容量的大小可以實現不同方式的電流保護，可以對多側的電源進行保護，在這個過程當中需要注意其方向性。在變壓器的過電流的保護裝置當中，原理接線圖如圖2 所示，對任意一個相過的電流信號進行檢測，可以實現保護延時動作，因此需要避開變壓器兩側的斷路器。

在過電流保護方面，屬于外部短路時引起的變壓器過電流，可以利用一般用于降壓變壓器，保護整定值應考慮在事故狀態下可能出現的負荷過電流。

在復合電壓起動的過電流保護方面，屬于外部短路狀態下引起的變壓器過電流、相鄰元器件產生的后備保護，此種情況下可以用于變壓器過電流保護的靈敏性不滿足要求的狀態。

在負序電流的過電流保護方面，可以分為外部短路時引起的變壓器過電流，此種情況主要用于大容量的生涯變壓器和系統的聯絡變壓器。

在阻抗保護方面，屬于外部短路時引起的變壓器過電流，可以利用升壓變壓器以及當采用復合電壓、低電壓啟動的過流保護不能滿足靈敏性以及選擇性的要求時，可采用阻抗保護。

在零序電流保護方面，屬于外部接地短路現象，此種可以利用變壓器中性點接地運行來實現。

在過負荷保護方面，屬于變壓器過載運行的現象，可以利用0.4 MVA 以上的變壓器，當數臺變壓器并列運行，或者單獨運行并且作為其他負荷備用電源時，根據負荷配置情況裝設。

在過勵磁保護方面，主要是在過勵磁范圍內，保護則作用于信號，當超過了允許值時，則保護可動作于跳閘高壓側的電壓應為不低于 500 kV 變壓器，對由于頻率降低或電壓升高導致變壓器勵磁電流的升高，應該裝設。

結語：綜上所述，在電力系統當中，變壓器起到了決定性的重要作用，在繼電保護的選擇配置過程當中，需要實現優化配置，將其靈敏性和可靠性發揮其最大價值，從而保證變壓器運行過程當中的故障可以實現及時的發現并且解決，對于變壓器的安全穩定運行提供必要的前提條件。