简述变电站变压器保护

郑天齐 王永刚 邬军军 高玉宝

摘要：作用于变电站变压器的继电保护装置，从继电保护的原理，变压器继电保护的意义，变压器的继电保护的整定计算以及在变电站变压器中的具体应用入手。期望通过本文的研究能够提高对继电保护的基础认识，对电力系统运行稳定性的提升有所帮助。

关键词：变电站;变压器;继电保护

中图分类号：TP18 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2019）09-0228-02

0 引言

在电力系统中，变压器处于枢纽地位，是保障电网的稳定性运行和电能质量的重要设备。所以，在电网投运之前，需要为变压器添加继电保护装置，由于变压器的型号、容量对继电保护的要求各不相同，需要添加的继电保护装置的种类也不相同。为提高电网运行的稳定性、可靠性需要根据继电保护的整定计算来确定继电保护设备的型号。

对变压器的主保护一般选用差动保护，它具有很高的灵敏性。但是差动保护的缺点很明显，产生励磁涌流的同时容易引起变压器了差动保护误动，通过变压器故障诊断技术可以及时地发现变压器的故障类型，并及早排除隐患，防止故障的发生。

1 继电保护的意义和原理

1.1 继电保护的原理

电力系统发生故障后，工频电气量会较故障前发生很大变化。继电保护设备通过测量部分对工频电气量进行采集，并与设备正常工作时的数据通过逻辑部分进行对比，从而诊断故障的发生和故障类型，如图1所示。

现在的继电保护装置多为微机继电保护。微机继电保护在70年代就已经提出，但由于微机和微处理器成本较高的成本较高，所以一直很少应用于继电保护领域。经过长时间的发展，主要是半导体材料的发展，使微机和微处理器成本显著降低，而且具有运算速度快的优点，因此现在的继电保护设施多选择微机继电保护，如图2所示。

1.2 变电站变压器的故障诊断方法

变压器故障时，最显著的特征就是变压器油温度上升，由于变压器油是从石油中提取的烃类混合物，不同组分吸收不同程度的热量时会发生分子键的裂解，从而在不同温度释放出不同种类和浓度的气体。这些组分主要是：CH4、C2H6、C2H4、C2H2，出现局部放电时还会有H2产生，当某些气体的浓度超标，我们就可以通过其超出正常浓度的比率来推断变压器发生了何种故障。经过长时间的积累和统计，IEC制定了一套依据油中溶解气体的种类和浓度来判断变压器运行状态的规程，即三比值法。

三比值法编码规则见表1。

1.3 变压器继电保护的意义

稳定、可靠的电力供应是建立在电网安全运行的基础之上，而变压器是电网的重要组成部分。世界上80%的重大停电事故的诱因就是变压器故障，造成变压器的故障的原因有很多，以下三点是造成重大变压器事故的主要诱因：

（1）监控运行人员的误操作造成变压器误动。

（2）由于气候、地质等自然因素造成变压器及其周边线路的损坏导致变压器故障。

（3）变压器保养、维护不科学导致变压器加速老化、损坏进程进而导致故障的发生。

因此，需要为变压器添加合适的继电保护装置，实时监测变压器的运行状态，或在故障发生时快速切除故障设备和线路，减小对电网的冲击，进而降低损失。

虽然每年我国都有几十起变压器故障发生，但很少出现大规模停电的事故，主要是因为重要的输变电设备均已为其配置了继电保护装置，许多故障在发生前就已经着手解决，及时出现事故，继电保护装置也会在第一时间切除故障，降低损失。同时，在继电保护装置把故障设备隔离后，技术人员也可以快速的进行检修，大大缩短了排除故障的时间。

2 继电保护在变电站中的应用现状

一直以来，继电保护技术在线路保护上进展较快，已基本可以满足变电站对线路安全的要求，而主设备保护技术发展较为落后，与线路保护相比有较大差距。近年来， 主设备保护的研究也取得了一定进展。其中，多回路分析法的诞生，为变电站主设备内部故障保护的配置具备了理论基础。但技术的实现大多体现在发电机继电保护方向，其他主设备的继电保护技术并不成熟。

2.1 纵差保护的定值整定计算

2.2 继电保护在变压器中的应用

通过设置相应的继电保护，可以减少变压器出现故障的频率，减少故障对电网造成的冲击，增强供电的安全性和可靠性。应用纵差保护可以有效避免变压器短路故障的发生，其优点是可以单独完成故障的诊断和切除，不考虑和其他装置的配合，因此纵差保护具有快速排除故障的优点，但是由于其对电气连接要求较高，一般只能应用于短线路，近年来，随着光纤技术的发展，使得纵差保护甚至可以作为长线路的主保护，消除了纵差保护应用的局限性。

除了纵差保护，還可以瓦斯保护作为变压器的主保护，这种继电保护方式的结构非常简单，易于装配，且运行可靠性高。由前文所述，变压器故障时会产生不同种类、浓度的特征气体，通过对气体的编码可以确定变压器的故障类型和故障发生时间。瓦斯保护就是通过对变压器匝间和层间短路、铁芯故障、套管内部故障、绕组内部断线及绝缘劣化和油面下降等故障造成气体浓度超过临界值而发生动作。

同时依据有关规程规定大型油浸式变压器和处于密闭空间的油浸式变压器，应装设瓦斯保护。

瓦斯保护一般分为轻瓦斯和重瓦斯两类。

轻瓦斯：变压器内部过热，或局部放电，使变压器油油温上升，产生一定的气体，汇集于继电器内，达到了一定量后触动继电器，发出信号。

重瓦斯：变压器内发生严重短路后，将对变压器油产生冲击，使一定油流冲向继电器的档板，动作于跳闸。

瓦斯继电器的整定：（1）轻瓦斯的整定范围一般为250-300cm3，一般整定在250cm3。（2）重瓦斯按油流速度进行整定，整定范围为0.6-1.5m/s，一般整定在1m/s左右，如图3所示。

3 結语

综上所述，变电站作为电力系统的枢纽，而变压器作为变电站的核心，综上所述，变电站作为电力系统的枢纽，而变压器作为变电站的核心，为保障它们的稳定运行，必须要配置合适的继电保护装置，从而快速地对故障进行诊断，对故障线路进行切除处理，减小故障带来的经济损失。继电保护是维持电力系统安全、稳定运行的重要支持技术，针对变电站主设备的继电保护还没有完全跟上变电站发展的脚步，仍需要广大电力工作者的不懈努力。

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Abstract：This paper starts with the analysis of the role of substation transformer relay protection， discusses the principle of relay protection， the significance of transformer relay protection， the setting calculation of relay protection and the specific application in transformer of substation. It is expected that the research on this paper can improve the basic understanding of relay protection and help to improve the stability of power system operation.

Key words：Substation; transformer; relay protection