电力变压器继电保护的原理及应用

谢海涵

摘要：随着科学的不断发展，科学技术的突飞猛进，我国对于电力系统和设备故障的保护进行了深入的研究，发明了继电保护装置。它是根据电力变压器的常见故障进行分析研究而得来的，要对继电保护的各种方式进行研究，找出最适合的保护配置。文章对继电保护进行了研究，阐述了继电保护的发展方向。

关键词：继电保护；电力变压器；保护配置；电力系统；设备故障 文献标识码：A

中图分类号：TM772 文章编号：1009-2374（2015）16-0145-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.16.071

人类在不断探索与创新中发明了有利于电力系统故障或者非正常运行状态时所能进行保护的继电保护装置，我们首先应该对于继电保护的定义及概念进行深刻的认识，明白它的工作运行原理；其次要将如何出现故障和非运行状态进行分析研究，找出问题所在，从而使继电系统顺应时代的要求；最后我们将更好地使配置保护装置发挥作用，从而使其更好地为电力系统进行维护，减少因为故障导致的财产损失。

1 继电保护的定义

1.1 继电保护的概念及工作方式

我们知道，对于电力系统来说，出现故障是时常发生的，这主要取决于外界的因素干扰以及自身的内部因素，无论哪种因素，一旦使电力系统发生故障没有办法正常运行的话，将会给企业、个人带来损失，那么日常生活中我们要想到解决办法的前提是要了解出现的故障原因及没有正常运行的明显状态有哪些，当电力系统出现单相接地、两相接地、三相接地、短路等的话就是很明显的出现了故障。而如果电力系统在运行中出行超负荷、超电压、产生振荡、本身同步运行的发电机却异步运行时等，就是非正常运行状态。

综上各种原因，我们就不难看出继电保护的主要作用是什么。那么继电保护的基本工作原理我们归结为，它主要是根据电力系统发生故障前后电气物理量变化的特征为基础构成的，一旦电力系统发生故障之后，工频电气量将会发生很大的变化，这些变化的主要特征是：（1）电流增大的情况。当设备发生短路时，那么在出现故障的某点和电源与电源相连接的电气设备与输送电能的线路上，所产生的电流将迅速的增大，从负荷电流开始，到最后会比负荷电流大得多；（2）电压降低的情况。一旦相间短路和接地短路发生故障的时候，将会导致电力系统之中的各个点之间的相间电压或者是相电压值迅速降低，而且距离短路点原来越近的话，其中的电压也会越来越低；（3）电流与电压之间的相位角会发生变化。当电力系统处于正常的工作运行状态时，那么电流与电压之间的相位角与负荷的功率因数角是相等的，正常应该为20°，而如果出现三相短路时的话，电流与电压之间的相位角的大小将取决于线路的阻抗角，这个时候会为正常运行的3～4倍；（4）测量点电压与电流之比值会产生变化。一般来说我们将测量点的电压与电流之间的比值称之为测量阻抗。那么如果系统在正常的运行状态时，测量阻抗是负荷阻抗的。如果发生金属性短路的话，线路阻抗将会取代测量阻抗，我们会看出系统故障时测量阻抗的值将会变小，相反的阻抗角将会明显增大。我们利用电路发生故障时电气量的多变性加以利用，便可形成各种原理的继电保护对。

1.2 对于继电保护功能的基本要求

之所以会出现继电保护装置，主要是为了电力系统在发生故障时，继电保护装置将会运用自身的工作原理，将损失降低到最小化，使电力系统设备不损坏或者损坏的程度降低。那么我们就要求继电保护装置要具有一定的可靠性、灵敏性、及时性、速度型，还要有选择性。它自身的工作责任及工作方法将决定主要的工作状态。之所以要具有及时性，就是要求继电装置在电力系统运中出现故障时发出的信号进行感知，并及时地调整或者及时地将主要引起事故的设备进行切断。及时地对系统进行提醒、规范、预防，以减少在运行中出现故障的可能性，使电力系统处于正常运行状态。

2 电力变压器继电保护实例

2.1 电力变压器的主要故障种类及保护方法

2.1.1 电力变压器的故障种类。我们一般可以将变压器的内部故障分为两大类：一类是油箱内故障；另一类是油箱外故障。油箱内故障有很多的原因可以导致其发生，其中包括绕组的相间短路、匝间短路、接地短路及经铁芯烧毁等原因。变压器油箱内如果发生故障的话，我们必须要引起高度重视，因为随时会发生危险，主要因为当变压器内充满了变压器油的时候，如果发生故障，那么短路电流将会使变压器油迅速地去分解气化，这个时候大量的可燃性气体（瓦斯）就会产生，那么油箱会爆炸很容易引起油箱爆，导致人员的伤亡。对于油箱外的故障主要划分为套管和引出线上发生的相间短路和接地短路。电力变压器如果发生故障和非正常的运行状态，那么主要是由于外部相间短路、接地短路引起的相间过电流和零序过电流，负荷超过其额定容量引起的过负荷、油箱漏油引起的油面降低，以及过电压、过励磁等原因造成的。

2.1.2 电力变压器保护方法：（1）装设带时限的电流维护装置或者电流速断的维护；（2）瓦斯的维护；（3）单相接电维护；（4）过电流维护；（5）温度维护；（6）其他的维护。

2.2 电力变压器保护的主要配置

2.2.1 电力变压器保护配置的一般要求。根据实际情况，变压器一般应装设以下的保护设备：（1）瓦斯维护。瓦斯保护能够保护变压器油箱内的各种轻微故障，例如绕组轻微的匝间短路、铁芯烧损等；（2）装设带时限的电流维护装置或者电流速断的维护。对于容量为6300kVA及以上的变压器、发电厂厂用变压器和并列运行的变压器、10000kVA及以上的发电厂厂用备用变压器和单独运行的变压器，应装设电流维护装置。电流速断保护用于对于容量为10000kVA以下的变压器，当后备保护的动作时限大于0.5s时，应装设电流速断保护；（3）单相接电维护。变压器的相间短路后备保护通常采用过电流保护、低电压启动的过电流保护、复合电压启动的过电流保护以及负序过电流保护等。发生接地故障时，变压器中性点将出现零序电流，母线将出现零序电压，变压器的接地后备保护通常都是反应这些电气量构成的；（4）过电流维护。变压器长期过负荷运行时，绕组会因发热而受到损伤。对400kVA以上的变压器，当数台并列运行或单独运行并作为其他负荷的备用电源时，应根据可能过负荷的情况，装设过负荷保护；（5）温度维护。对变压器温度及油箱内压力升高和冷却系统故障，应按现行有关变压器的标准要求，专设可作用于信号或动作于跳闸的非电量保护；（6）其他维护。高压侧电压为500kV及以上的变压器，应装设过励磁保护，在变压器允许的过励磁范围内，保护作用于信号，当过励磁超过允许值时，可动作于跳闸。

2.2.2 电力变压器保护配置情况：（1）主保护：瓦斯保护和差动保护；（2）瓦斯保护：重瓦斯和轻瓦斯保护；（3）差动保护：差动速断、比率差动保护、分侧差动保护；（4）比率差动保护：二次谐波闭锁原理和波形判别闭锁原理的差动保护高压侧后备保护：复合电压（方向）过流、零序方向过流、零序过流、零序电流电压保护、非全相、过负荷、TV断线。

3 结语

本篇文章将电力变压器继电保护的原理、继电保护配置规程规定和继电保护等方面的内容进行了详细的分析与阐述，从而为继电保护的未来发展提出了建设性的意见，我们从中了解到不论是变压器保护、母线保护、线路保护，都能为变压器的保护工作提供维护。我们通过对电力系统的客观分析，看出正常运行与故障时系统中电气量或非电气量的差异，同时可以提出相应的保护原理和保护方式。随着计算机技术的飞速发展以及计算机在电力系统继电保护领域中的普遍应用，新的控制原理和方法被不断应用于计算机继电保护中，以期取得更好的效果，从而使微机继电保护的研究向更高的层次发展。

参考文献

[1] 王增平，马静.关于变压器主保护的若干问题[J].电力系统保护与控制，2008，（14）.

（责任编辑：蒋建华）