论电力变压器的继电保护

钟 科

(广东电网有限责任公司河源供电局，广东 河源 517000)

论电力变压器的继电保护

钟 科

(广东电网有限责任公司河源供电局，广东 河源 517000)

从继电保护的实际要求、特点出发，分析了电力变压器继电保护的常见故障，并探讨了部分继电保护方式及实现措施。

电力变压器；继电保护；故障；实现

0 引言

电能已经成为社会发展的基础，随着经济的不断发展，空调、微波炉等大功率电气设备越来越多，用电量逐年增加，这是电力企业面临的一大问题。同时如何快速解决电力变压器故障，恢复正常供电也是迫切需要解决的问题。继电保护装置是保障电力系统安全可靠的关键之一，对某些故障可以自动加以解决，如果继电保护装置出现故障，无法及时跳开切断电力系统与电力变压器的连接，电力变压器的故障会导致整个电力系统电能质量的下降，严重时还可能导致系统解列。

1 继电保护概述

继电保护是保证供电可靠性及系统正常运行的关键，当系统发生故障时，要尽可能快速地解决故障，并把故障控制在最小范围内，一般是将故障设备直接从电力网络中切除，当系统出现异常时，继电保护装置可以将异常信号发送给值班人员，再进行维护或维修操作消除异常。下面分析继电保护的实际要求及特点。

1.1 继电保护的实际要求

(1) 继电保护装置要具有独立性，继电保护设备要由专用电源供电，并且其开关回路必须与一次侧高压隔离。(2) 继电保护装置之间要相互联系，及时通信，如发生短路故障时，短路点所在支路两端的保护装置需要跳闸，上一段线路的保护装置要可靠不动作。(3) 跳闸回路要单独设置，由于继电保护装置主要目的是将故障从电力系统中迅速切除，减小电力企业损失，故跳闸回路可靠性要非常高。

1.2 继电保护的特点

继电保护一般具有可靠性高、实用性强、反应速度快、灵敏性好的特点。

2 电力变压器继电保护常见故障

2.1 电力变压器常见故障

电力变压器在运行时，可能出现故障或者运行在不正常状态。电力变压器故障包括内部故障和外部故障2种，内部故障指变压器油箱内发生的故障，一般有绕组单相接地短路、绕组相间短路、匝间短路、线圈和铁芯间绝缘破坏引起的接地短路，还包括油箱内油面过低引起的散热困难、变压器油温升高等。内部故障危险性很高，短路故障引起的大电流会产生电弧，击穿并烧毁绕组绝缘，烧坏铜线及变压器铁芯，同时产生的大量热能会蒸发变压器油，使箱内气压增大，有爆炸危险。外部故障指的是油箱外部出现的故障，一般有引出线相间短路、单相接地短路和油箱套管漏油等故障。电力变压器的不正常运行状态是指不存在严重故障时，变压器在故障状态下继续运行的状态，此时绝缘材料更容易老化，铁芯、绕组等金属温度会升高，绕组的绝缘性能也会变差，容易导致其他更严重的故障。应选择装设继电保护装置，及时切除变压器的各类故障，降低电力企业的经济损失。

2.2 继电保护常见故障

继电保护装置也可能发生故障，主要包括以下几个方面：(1) 采用微机控制的继电保护装置抗干扰能力较差，通讯线路上如果存在强干扰源，容易使信号改变，导致继电保护装置误动作或不动作，而电力变压器中副边电流较大，大电流会产生强磁场，会对继电保护装置造成干扰，导致继电保护装置发生故障。(2) 继电保护装置是对互感器测得的电压电流进行分析判断来决定是否动作的，电压互感器二次侧容易出现中性点接地、接触不良、回路断线等问题，导致地网与二次接地之间存在压差，容易造成保护装置误动。(3) 继电保护中的跳闸元件虽然可靠性要求很高，但是并不能排除出故障的可能性，如果保护装置发出动作信号但跳闸元件拒动作，会带来严重的电力事故。继电保护装置采用的零部件有些精度较差，且质量不合格，也会造成继电保护装置的误动或拒动，继电保护装置如果散热不佳，也容易对各电气元件造成永久性损坏，使得继电保护装置故障频发。

3 电力变压器继电保护方式及实现措施

电力变压器所采用的继电保护装置及措施有很多种，在此对几种常见保护进行分析，包括瓦斯保护、差动保护、过电流保护，还有非电量保护，如冷控失电保护。

3.1 瓦斯保护

瓦斯保护是电力变压器最常用的保护手段，包括轻瓦斯保护和重瓦斯保护。瓦斯保护可以监测油箱内变压器油量的多少。瓦斯保护对于铁芯故障的反应较为敏感，对于微小故障电流，其他反应电气量的保护不动作时，瓦斯保护会通过检测油流、气体来进行动作。瓦斯保护使用的继电器包括上下2个油杯，且内部盛满变压器油，在平衡锤的作用下，触点是分开状态，并不会产生报警或跳闸动作。当变压器出现轻微故障时，油箱液面稍微降低，使得轻瓦斯动作，发出报警信号；如果变压器内出现严重故障，短时间内变压器油就可能被蒸发，产生大量气体，此时重瓦斯动作，直接进行跳闸操作。

3.2 差动保护

差动保护主要针对电力变压器出线端的相间故障，差动保护装置通过分析变压器输入端和输出端的电流幅值以及相位，判断变压器是否发生故障。一般包括纵联差动和横联差动，区别在于保护对象不同，纵联差动主要保护单回路器件，横联差动主要保护双回路器件。在变压器正常运行或者出现外部故障时，流入继电器的电流是两侧电流的差值，值很小，接近于0，继电保护装置不动作；当变压器出现内部故障时，通过继电器的电流大小是两侧电流的和，值为短路电流，差动保护动作。当前差动保护大多采用微机控制，微机差动保护装置出口逻辑如图1所示，只要任一相差动保护动作就会引起出口跳闸，如果TA断线，会导致闭锁保护同时延时发出告警信号。差动保护根据其保护原理还可以分为比率差动保护、分侧差动保护、工频变化量比率差动保护等。

图1 微机差动保护装置出口逻辑图

3.3 过电流保护

过电流保护一般作为瓦斯保护和差动保护的后备保护，某些情况下，可以采用阻抗保护来替代。在变压器启动过程中会出现较大的启动电流，过电流保护要防止这种短时大电流通过时误动作。

3.4 冷控失电保护

电力变压器有一种常见故障，冷控失电。根据DL/T572—95《电力变压器运行规程》规定，如果冷却系统出现故障并被全部切除，对于强油循环风冷和水冷的变压器可以继续带载运行20 min，20 min后顶层油温如果超过75 ℃变压器需要停止工作，冷却装置全部切除的状态下，变压器运行不得超过1 h。

4 结语

作为电力系统中的重要组成部件，电力变压器的可靠工作已经成为电力系统安全可靠运行的前提之一。对电力变压器的保护十分重要，继电保护作为一种可靠、快速、灵敏的保护手段，已经被广泛用于电力设备的保护之中。对变压器进行继电保护，可以有效预防事故发生，减小事故影响范围，提高系统运行可靠性，为用户提供更加可靠的电力服务。

[1] 金益毅.浅谈电力变压器的继电保护[J].硅谷，2010(8)

[2] 俞如兵.浅析电力变压器的继电保护[J].科技资讯，2011(30)

2014-09-01

钟科(1984—)，男，广东河源人，电气工程师，研究方向：变电运行。