变压器保护配置存在的问题及解决方案研究

陈国盛 龚杰 李国志

摘 要：变压器是电力系统中重要的设备之一，随着近年来电力系统的深入改革，超高压大容量变压器的使用，对变压器保护性能要求进一步提高，一旦变压器发生故障将会严重影响电力系统安全稳定的运行。下面本研究首先分析了变压器保护配置的原则，然后详细分析了当前变压器保护配置存在的问题，并针对问题提出一些解决方案，以供参考。

关键词：电力系统；变压器；解决方案

变压器的主要参数有额定电压、额定容量、额定频率、额定变比、阻抗电压百分数等，是发电厂和变电所的重要元件之一。然而在实际运行中，不同类型的变压器故障会严重影响电网稳定性，从而十分有必要针对变压器容量装设继电保护装置，以下则集中探讨分析变压器保护装置中的常见问题，对保障变压器可靠运行起着重要的促进作用。

1 变压器保护配置原则

1.1 纵联差动保护

实现纵差保护可通过比较变压器高、低压测电流的相位及大小，当变压器出现外部故障或正常运行时，流入差动保护回路的电流接近为零，若故障出现于变压器内部或引出线部位，两侧电流互感器的电流之和是继电器电流流入差动保护。纵差保护之所以作为电力变压器的主保护，因其具备选择性好和灵敏度高的优点，如变压器的的单独运行容量为100MVA以上或6.3MVA以上的并列运行变压器，应装设纵联差动保护。

1.2 瓦斯保护

变压器保护中的主要内容之一还有瓦斯保护，可充分反映变压器内部等故障，如分接開关接触不良、内部多相短路、铁芯或外壳间短路、绕组内部断线等。瓦斯保护可在变压器内部发生轻微故障时自动开启保护装置，若严重故障产生大量瓦斯时，其保护装置可断开变压器各电源侧的断路器。虽然瓦斯保护灵敏度高，结构简单，但变压器有向外部线路故障或因外界因素发生的误动作都不能给予充分反应，因此，它只能反映内部故障。

1.3 过电流保护

电力变压器外部相间短路情况都可通过过电流保护反映，一般适用于降压变压器。同时在变压器过电流保护中，为了进一步提高保护的灵敏度，实际应用中可采用复合电压起动的过电流保护。其中复合电压启动的过电流保护与低电压启动的过电流保护原理基本相同，其不同之处主要在于复合电压启动的过电流保护主要是采用低电压继电器和负序电压继电器代替了原来低电压启动的过电流保护中的三个低电压继电器，所以复合电压启动的过电流保护的灵敏度相对较高。

2 电力变压器保护配置存在的问题及解决措施

2.1 电力变压器后备保护存在的问题及对策

电力变压器后备保护主要有外部相间短路引起的变压器过电流保护以及外部接地短路引起的变压器过电流保护等。关于后备保护常见问题，多集中在过流保护和是零序电流保护。首先过流保护，一般复合电压闭锁过电流保护是联络变压器高压测和110kV降压变压器配置最多的，按额定负荷电流整定电流定值，无电源侧出线保护最长动作和时间定值相结合，从而有较长的保护时间。本测出线最后一级保护时间与中、低压测过电流保护相结合，往往当中、低压母线出现故障时，变压器线圈通过大的故障电流，直接损害变压器，影响其安全稳定运行，为此，应在电源规划时合理规划安排供电方式来避免多级线路串供的可能。根据变压器过电流保护整定原则，一般按照1.4倍额定电流整定高测压过电流，电流的绝对数值会随着变压器容量的增大而不断增大。所以，应在检查保护动作的过程中留意低压侧及各条线路的保护是否有动作，综合分析各种情况。

2.2 电力变压器非电量保护问题及对策

当前电力系统中，为了进一步提高电力系统设备运行的安全性和稳定性，所以在大型电力变压器中均设置了电量和非电量保护。其中非电量保护的种类主要瓦斯保护、压力释放阀、压力突变保护以及温度控制器保护和油位计等。非电量保护在变压器保护配置中具有重要的作用。为了反映变压器油箱压力过高或冷却系统故障等，会将非电量保护装设在升压、降压变压器、联络变压器等。在电力变压器非电量保护中，除了冷却器全停需要经过延时跳闸之外，其他的一般都是采用开入直跳方式，所以变压器非电量保护很容易受到外界环境的影响，导致误动作现象常常发生。因此，在电力系统中非电量保护装置设计的要点是分析误动原因并予以解决，以防止误动作现象，降低非电量保护误动率。通过进行分析发现，误动作常见的问题主要有以下几点：（1）接点防护不到位。因非电量保护接点绝缘下降后造成出口，防潮防水性能下降，变压器内部非电量保护继发电器安装的部位在大风大雨的情况下渗入雨水，进而导致接点受潮，而发生误动作的现象。（2）需敷设较长的二次电缆才能满足非电量保护工作，另外，由于二次电缆在长期的运行中处于电磁场较强的场合，所以非电量保护装置对强烈的干扰信号非常敏感，这样就很容易引起光敏三极管的触发导通，最终导致保护继电器的误动现象发生。针对非电量保护配置常见问题，给予以下防护对策：首先应做好非电量保护中的主变瓦斯、压力释放阀等相关设备的外部接点防护工作，同时还应该电缆管口密封的严实性，并增加防雨罩。二次电缆采用屏蔽电缆，交直流分开。由于非电量保护因抗干扰能力较差引起的误动情况较多，应做好相应的抗干扰措施，如适当增加延时，动作电压满足55%～70%UN，当直流系统正、负极对地绝缘对称时，一定程度上提高动作电压能有效防止保护误动作。在敷设电缆时，应尽量将电缆线远离高压线或者活动线，同时还应该屏蔽电缆两端接地，以有效避免非电量保护装置受到外部干扰而发生误动作的现象。

2.3 电力变压器微机保护存在的问题及对策

随着计算机技术的快速发展，计算机技术已经广泛应用到电力系统中，其中微型电子计算机技术在电力系统变压器保护中的应用就是其中之一，其不仅有效保证了电力变压器运行的安全性和稳定性，而且对提高变压器的性能也具有重要的作用。但是电力变压器微机保护装置使用以及操作中难免由于操作不当导致故障发生。其中在电力变压器微机保护装置中常见的问题主要以下几点：（1）变压器原边与副边的电流相位不同而产生不平衡的电流；（2）变压器带负荷调节分抽头时产生不平衡的电流现象；（3）外部故障的切除以及开关的合入也会对电力变压器微机保护带来影响。在电力变压器微机保护配置中，为了有效避免差动保护问题的出现，可以采用相电压制动代替二次谐波制动。二次谐波制动的功能主要是为了区别差动电流为故障电流还是励磁电流，如果是励磁电流，，则比率差动动作被涌流判断为元件闭锁，否则是比率差动动作，其中二次谐波制动比率差动保护曲线图如图1所示。

图1 二次谐波制动比率差动保护曲线

其中K为比率制动曲線斜率，Id为动作电流，Ibp为不平衡电流，Idmin为差动门槛电流；IRT为比率制动电流，IRT1为比率制动拐点电流，通过图1可以得知，当IRTIRT1时，比率差动将会具有较大的制动作用，这样如果变压器发生轻微的故障时，假如具有轻微的匝间短路时，其由于不带制动梁，所以其能够使保护装置具有非常高的灵敏度，而如果发声演奏的区外故障时，则就会带动较大的制动量，进而提高保护的可靠性。另外在差动保护或者电流速断保护装置中，应注意防御变压器绕组和引出线的多相短路以及大接地电流系统侧绕组和引出线的单相接地短路以及绕组匝间短路现象。而对于相间短路的后备保护系统而言，应注意加强变压器外部相间短路。

3 结束语

总之，近年来随着计算机技术的飞速发展，大部分变电站电力变压器继电保护装置已更换成微机保护，新的保护原理也不断应用其中。为了保障电力变压器的可靠运行，也重视其日常运行管理维护，及时针对保护配置中常见问题予以解决，防止事故发生，提高发电厂变压器保护配置的安全稳定运行。

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作者简介：陈国盛（1977，5-），男，籍贯：湖南长沙，研究生学历，职称：工程师，主要研究方向：变压器维护。

龚杰（1984，7-），湖南长沙，研究生学历，职称：工程师，研究方向：变压器维护。

李国志（1966，10-），湖南长沙，大专学历，技师，研究方向：变压器维护。