电力变压器的电气试验与继电保护研究

雷国波 何先华

【摘 要】电力是国家产业的龙头产业。随着现代社会经济的快发展，电力系统向超高速，大容量，跨区域，高电压的方向发展。但是，随着电力系统容量增加，电网规模的扩大和非线性元器件的大量投入，电力设备故障发生的频率越来越频繁，对人们的生活和生产的影响也越来越大，电力系统的稳定性对电网经济运行也提出了更高、更新的要求，所以对于继电保护的要求日益增加。作为电力主设备之一的变压器，承担着输变配电的重任，对于如何提高变压器安全运行的时长，提高使用效率，这是今后应该关注的课题。

【关键词】电力变压器；电气试验；继电保护

1分析电力变压器常见电气试验

电力变压器使用过程中会出现不同程度的故障，针对不同故障要进行对应的电气试验，检查出设备故障，并进行维修。其中常见的电气试验有绝缘测量、耐压试验、变比试验、瓦斯继电器试验，如果继电器故障难以处理，还要进行直流电阻试验。绝缘测量是所有试验的基础，通过变压器一次和二次之间对地电阻测量，可以确定简单的故障，也可以确保设备的绝缘强度，防止漏电和破损。当电压器存在相间电阻平衡问题时，采用直流电阻试验来测试其稳定性。继电器瓦斯试验较为复杂，但在大型变压器故障查找和检修中不可缺少，也要根据电力变压器的运行对其进行继电器保护。

2分析变压器结构

变压器的类型是多种多样的，但它们的基本结构是相同的。由铁芯和绕组绕线组成。根据铁芯和绕组不同的位置，变压器可以分为两种类型：第一，绕组铁芯。铁芯类型结构简单，降低含铁量，使得绕组和绝缘更容易实现；第二，外壳型变压器。它的特点是绕组多即铁芯绕组。1）器身：包括铁心、绕组、绝缘部件及引线。2）调压装置：即分接开关，分为无励磁调压和有载调压。3）油箱及冷却装置。4）保护装置：包括储油柜、安全气道、气体继电器、吸湿器、净油器和测温装置等。5）绝缘套管。6）铁心。

3分析变压器继电保护的基本原理

继电保护装置在自己的保护区范围内应具备对受保护部件进行区分的能力。当变压器在保护范围内发生故障时，继电保护装置应及时出口动作，不应该拒动；当在保护范围外发送故障时，继电保护装置又能做到不误动作。要实现这一功能，就需要充分考虑电力系统中电气量变化。变压器发生故障后，与未发生故障时相比，电压、电流等电气量会发生明显变化。第一，电流急剧增大。未发生故障时，电流为变压器的额定电流；发生短路后，变压器内将会出现数值远大于额定电流的短路电流，易烧毁变压器内的绝缘部分，造成内部局部过热，甚至烧毁变压器本身。第二，系统电压降低。当发生短路故障时会使变压器的相电压下降，尤其接近于短路点的电压值下降最多。第三，电流和电压之间的相位角发生变化。正常运行时的电流和电压的相位角是负载的功率因数角，发生短路故障时，相位角增大。第四，测量阻抗的变化。测量阻抗是测量点（保护安装处）电压与电流的比值。在正常运行时，阻抗是负载阻抗；当金属短路时，测量阻抗减小。

4变压器保护类型

根据变压器的故障和异常状态，变压器通常装设以下保护装置。

4.1瓦斯保护

该保护在变压器运行中较为常见，是一种电力变压器内部的装置，以气体变压器为主。瓦斯保护的目的是保证电力变压器油箱内部的气体可以及时排出，防止油箱温度突然上升，并且确保了绝缘油的基本性能，防止出现漏电和短路等安全隐患。针对不同的变压器故障，瓦斯保护的原理不同。在正常运行状态下，变压器信号由油箱的上觸点连通中间变压器发出，当系统存在故障时，则警报信号由油箱的下触点连通信号回路发出，并辅以跳闸应急处理，此时可以确保故障的正确预警，并且降低了故障的可能范围，提高了故障排除和维修的效率。

4.2差动保护

差动保护是反映变压器两侧电流差额而动作的保护装置，其工作原理见图1所示。变压器两侧电流互感器同极性端相连串联在回路中，差动继电器并联在环路上，流入差动继电器的电流等于两侧电流互感器电流之差，即I=I1-12。适当选择两侧电流互器的变比和接线，使正常运行和区外故障时两侧二次电流向量相同，流入差动继电器的电流为零，保护装置不动作。

4.3电力变压器的过电流保护和负荷保护

过电流保护是变压器主保护的后备保护，又是相邻母线或线路的后备保护。变压器的过电流保护应按躲过变压器最大负荷电流整定的，受系统运行方式及故障类型影响，其灵敏性较差，这时可采用低电压起动的过电流保护、复合电压起动的过电流保护等。低电压起动的过电流保护电气原理见图2。

与之相对应的变压器负荷保护主要应用于故障预防，变压器长期处于大负荷状态下，会导致其电流增大，负荷保护就是通过降低负荷来控制过电流。该装置通常指采用一只电流继电器与某个单相线路相连的一对一的接线方式，一般在经过一定延时后动作于信号，或延时跳闸。

4.4零序（接地）保护

在中心点直接接地运行或可接（接地运行时）的变压器应装设零序电流保护；中心点不接地运行时，为防止电网单相接地引起过电压损坏变压器，应装设零序电压保护；在中心点直接接地系统中，变压器接壳可采用变压器碰接外壳保护。

5结语

总而言之，电网的发展有着不可磨灭的作用，变压器是电网运行中的核心设备，变压器的运行稳定决定了整个网络的稳定。继电气试验和继电保护是维持变压器安全和稳定的基本策略，要求电网系统正确运用继电保护策略，减少设备故障并及时清除已发生的故障。

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作者简介：

雷国波（1985.6-），男，重庆人，华北电力大学本科，中级工程师，单位：国网青海省电力公司黄化供电公司，研究方向：电气试验，邮编：811200。

（作者单位：国网青海省电力公司黄化供电公司）