变压器保护技术的研究

谭金林

摘要：电力变压器是电力系统中极其重要的电气设备，它在整个电力系统中起着能量和电压转换的作用，本文介绍了对不同电压等级变压器所要求配置的保护类型，阐述了中、低压等级变压器保护系统所设置的各类保护的整定计算，并对各种保护的原理作了详细说明。

关键词：变压器；保护配置；保护技术

Abstract: electric power transformer is in power system extremely important electrical equipment, it in the whole power system plays the role of energy and voltage transformation, this paper introduces the different voltage grade of transformer protection type of configuration required, this paper expounds the low and medium voltage transformer protection system level set by all kinds of protection of the setting, and calculation of the principle of various protection described in detail.

Keywords: transformer; Protection configuration; Protection technology

中图分类号： TM4 文献标識码：A文章编号：

电力变压器能否安全运行，直接关系到电力系统能否连续稳定地工作。由于电力变压器的重要性及其本身的贵重价值，一旦发生故障而遭到破坏，影响范围大，破坏系统的正常运行，将造成严重后果。本文就变压器保护的基本要求和配置问题作了相关介绍和分析。

1、电力变压器可能发生的故障

电力变压器可能发生的故障主要包括：各相绕组之间的相间短路；单相绕组部分线匝之间的匝间短路；单相绕组和铁芯间绝缘损坏而引起的接地短路；引出线的相间短路；引出线的接地短路。其中可能发生的故障也包括变压器不正常工作的情况，主要有由外部短路或过负荷引起的过电流和不正常电压过高引起的过励磁等。

2、电力变压器几种保护简介

电力变压器保护主要包括：变压器油箱内部各种短路故障和油面降低的瓦斯保护；变压器绕组和引出线相间短路、大电流接地系统侧绕组和引出线的单相接地短路及绕组匝间短路的纵联差动保护；变压器外部相间短路故障并作为瓦斯保护和差动保护的后备的低压启动过电流保护或者复合电压启动的过电流保护或者负序过电流保护；大电流接地系统中变压器外部接地短路的零序电流保护；变压器对称过负荷的过负荷保护；变压器过励磁的过励磁保护。

微机保护的广泛应用形成了较完整的保护配置，电压等级不同，变压器的保护配置也不同。其中，对于中、低压变压器的保护配置来说，主保护包括差动保护：包括差动速断保护、比率制动的差动保护、涌流制动一般采用二次谐波制动；本体保护：包括本体瓦斯保护、有载调压瓦斯保护和压力释放保护；后备保护包括复合电压启动过流保护、零序电流电压保护、冷却系统故障及变压器过温保护和冷却系统故障及变压器过温保护。变压器后备保护一般按侧配置，各侧后备保护之间，各侧后备保护与主保护之间的硬件和软件可以相互独立，也可以使用相同的处理系统。

3、 变压器的主保护简介

（1）差动速断保护

一般情况下，二次谐波比率制动的差动保护，作为电力变压器的主保护已经足够，但是在电力变压器发生严重的内部故障时，短路电流将会变得很大，这时电流互感器将会严重饱

和，而使交流暂态严重恶化。电流互感器的二次侧在电流互感器严重饱和时，基波分量为零，高次谐波分量增大，使得二次谐波比率制动的微机差动保护无法反映区内短路故障，从而影响了二次谐波比率制动的微机差动保护的正确动作。同时，差动速断保护还起着差动电流过流瞬时速断的保护功能，也就是说，差动速断保护没有制动量。它的动作是在半个频率内实现，而决定动作的测量过程是在1/4 个频率内完成，这时电流互感器还未严重饱和，能实现快速正确地切除故障。差动速断的整定值，以躲过最大不平衡电流和励磁涌流来整定，这样在正常操作和稳态运行时，差动速断保护可靠不动作。

（2）二次谐波比率制动的差动保护

传统的二次谐波比率制动的差动保护满足下列3 个判据，才能判断为变压器内部故障使保护动作：

而改进型二次谐波比率制动的差动保护，在满足以上3个判据的情况下，且K2 大于阈值MK 时，尚需要计算二次谐波与基波分量的相角差φ，如果φ-180° ≤θ (θ 为相角差裕度)，则制动差动保护；反之不制动差动保护。在设计变压器差动保护时，必须正确地设定最小起动电流Iop_min、比率制动的差动保护的整定值D1 和二次谐波制动系数D2。

（3）差动CT 二次断线保护

为了防止电流互感器CT 二次断线时保护的误动，可以设置CT 断线闭锁保护，当差动动作条件满足时，尚需要经过CT断线检测。如检测为CT 断线，则发出警告信号，并闭锁差动保护出口。如通过检测，则确认差流不是由于CT 二次断线引起的，保护出口跳闸。本系统判别CT 是否断线的方法，是正常情况下(即三相线路没有断线的情况下)通过检查三相电流，只要检查出一相无电流，就判别为该相CT 二次断线。

4、变压器的后备保护

（1）复合电压启动过流保护：由复合电压元件和三相过流元件相“与”构成。复合电压元件由负序过电压和正序低电压组成。负序过电压反应系统的不对称故障；正序低电压反映系统的对称故障。当任一相电流I 大于动作电流整定值Iset 时，复合电压起动过流保护就动作。

（2）过负荷保护：由于短时间的过负荷，不至于使变压器遭到破坏，一般情况下不需要将变压器断开。在有人值班的情况下，过负荷保护只作用于信号。考虑到过负荷时的对称性，过负荷保护只在一相中装设。为了防止变压器外部元件短路时，变压器过负荷保护发出错误的信号，过负荷保护的动作时间，应大于变压器过流保护的动作时间。实际运行时，为了在出现能自行消除的短时过负荷时，不致发出信号，通常过负荷保护的动作时间取9~10s。

（3）变压器通风启动保护：该保护的主要目的是为了降低变压器的温度，反映的是变压器的负荷情况。该保护监测的是变压器高压侧的三相电流，当三相电流中有一相大于整定值时（电流整定值根据实际运行情况独立整定），该保护延时动作，延时时间设置为5s。

（4）定时限速断过流保护：定时限速断过流保护是为了防止外部相间短路引起的变压器过电流而设置的。为了保证选择性，动作电流应躲过流过变压器的最大负荷电流。

（5）零序过流保护：在电力系统中，接地故障是主要的故障形式，所以在大接地电流系统中的变压器，要求装有接地保护，即零序保护，作为变压器主保护的后备保护和相邻元件接地短路的后备保护。这里采用了两段式零序过电流保护。

参考文献：

[1] 周理. 电力变压器的安全运行及探讨[J]. 铁合金, 2007

[2] 敖明, 郝德智, 武志勇. 66kV 电力变压器安全运行分析[J]. 吉林电力, 2008