变压器故障解决中继电保护技术的应用研究

陈洁韬

（国网上海市电力公司崇明供电公司）

0 引言

在电力系统中， 变压器是重要的组成部分， 它的主要作用是将电压升高、 将电流变大、 将电能供应给电力用户。当变压器出现故障时， 会导致电力系统大面积停电， 不仅会对人们的生活造成很大影响， 还会影响人们正常工作和生产。因此， 必须采取有效措施来加强对变压器故障问题的处理。在电网中， 变压器发生故障时， 一般都是因为设计不当、 制造工艺不合格、 安装使用不当等原因导致的。因此， 必须要加强对变压器故障问题的处理研究与分析， 采取有效措施来加强对变压器故障的防治， 从而确保电力系统能够安全稳定运行。随着社会经济的不断发展和科学技术水平的不断提高， 电力系统在运行过程中发生故障的概率越来越高。为了有效提高电网运行安全性和稳定性， 必须要加强对电力系统中变压器故障问题的解决研究和分析。

1 继电保护技术的具体内涵

继电保护是指利用一定的技术手段对电力系统中的故障问题进行检测与控制， 以保证电力系统正常运行。在电网中应用继电保护技术， 能够及时、 快速地发现故障问题， 并及时采取有效措施来对故障进行处理。而且， 继电保护技术还能够对电力系统的各种故障问题进行分析， 从而为设备检修提供科学依据。现阶段， 在电网中应用的继电保护技术主要包括两大类： 第一类是微机保护装置， 它可以实现对电网中各种故障问题的快速检测， 并及时做出处理； 第二类是综合自动化保护装置， 它能够在电力系统发生故障问题时进行实时检测， 并将数据传输至相关工作人员手中， 并及时做出判断与处理。综合自动化保护装置能够实现对电网中各种故障问题的实时监测与控制。为了提高继电保护技术应用效果， 相关工作人员应重视对继电保护技术的研究与探索， 从而为电网运行提供更加优质的服务。

2 变压器保护设施的常见配置情况

对于变压器而言， 其保护设施主要包括高压侧过负荷保护、 变压器油色谱分析装置、 差动保护等。此外， 为了保证变压器的安全运行， 还应设置跳闸回路， 并根据实际情况选择不同的跳闸方式。当变压器运行中出现问题时， 应根据不同的故障类型选择不同的保护装置， 通过相关手段来保证变压器能够正常运行。一般情况下， 可采取以下几种方法： 一是利用具有高灵敏度的电压互感器进行短路保护； 二是利用差动保护装置来对变压器内部故障进行及时处理； 三是利用微机保护装置来实现变压器内部故障的自动、 快速处理； 四是在高压侧安装有压差式过流保护装置，并与高压侧开关配合使用； 五是在低压侧安装有电流速断保护装置； 六是利用变压器油色谱分析装置来对变压器内部故障进行检测， 并在出现异常情况时及时报警。

2.1 主保护

主保护是变压器保护中最重要的一部分， 对整个电网安全、 稳定运行起着关键作用。主保护主要包括过电流保护、 过负荷保护和纵联差动保护等。当变压器发生短路故障时， 主保护能快速切除故障， 防止故障扩大和对电网造成较大的破坏。当变压器发生短路时， 电流速断保护能够快速切除短路电流， 防止电力系统受到较大影响， 对电网安全、 稳定运行具有重要作用。目前， 大多数电力系统中的变压器都配置了电流速断保护装置， 这主要是因为变压器运行过程中可能会出现多种故障问题， 为了保证供电稳定性和安全性， 必须配置电流速断保护装置来对变压器进行快速、 可靠的处理。

2.2 后备保护

在电网中， 变压器保护装置通常采用的是纵联方向过流保护， 其主要功能是通过过电流保护装置来实现对变压器的保护， 若变压器出现了内部故障， 则能够通过纵联方向过流保护装置来实现对故障进行有效处理。变压器故障产生后， 如果保护装置不能及时发出跳闸信号， 则可能会造成变压器的损坏。因此， 为了能够避免这种现象的发生， 必须要安装相应的后备保护装置， 通过该装置来实现对变压器的故障进行处理。在变压器的内部发生故障时， 若保护装置无法及时发出跳闸信号， 则会导致变压器内部出现故障扩展现象， 这会导致更大范围内的停电情况发生。因此，必须要在变压器内部设置相应的后备保护装置来实现对故障进行及时处理。另外， 在电网运行过程中， 若出现了较大范围内的停电情况时， 还应安装相应的后备保护装置来实现对故障进行有效处理。

图1 两圈高压器高压侧后备保护逻辑

图2 三圈高压器高压侧后备保护逻辑

2.3 辅助保护

变压器的辅助保护装置必须满足高可靠性、 高灵敏度以及高实时性等要求。例如， 在变压器低压侧和高压侧分别安装有电流速断保护装置， 通过对电流速断保护装置动作值的分析， 当电流速断保护装置出现故障时， 其跳闸时间要比高压侧时间短； 又如在变压器高压侧绕组与低压侧绕组之间安装有电压互感器，其作用是将变压器高压侧和低压侧绕组间的电压互感器与低压侧绕组间的电压互感器分开， 同时为了确保电压互感器二次侧能够正常工作， 还应在其二次侧安装有低电压保护装置， 为了确保变压器内部发生故障时不会影响其他设备的正常工作， 还应在变压器低压侧绕组与高压侧绕组之间安装有电流速断保护装置。

3 变压器出现故障的可能原因

（1） 铁芯故障。变压器铁芯主要由硅钢片和穿芯线组成， 其中硅钢片与铁芯相接触的一面叫夹紧面，如果夹紧面和硅钢片有杂质或破损， 就会造成硅钢片间的接触不良和接触电阻增加， 使变压器的铁芯绕组产生较大的涡流和损耗， 进而降低变压器的运行效率。此外， 硅钢片与铁芯间的接触不良还会造成铁芯电流的变化， 使变压器绕组产生附加损耗， 当其长期过载运行时会导致绕组温度上升过快和发热加剧。变压器内部故障主要表现为： 绕组匝间短路、 相间短路和接地短路等。其产生原因主要是： 变压器结构设计不合理； 变压器内部缺陷； 变压器运行环境恶劣等。外部故障主要包括： 变压器本体受潮或进水； 变压器内部出现短路故障； 外力损坏； 异物掉入变压器中。

（2） 其他原因。运行中的保护装置误动作， 导致停电等事故的发生； 设备接地不良或接地保护错误；设备长期超载运行； 由于环境温度和湿度变化大导致绝缘劣化而产生的缺陷； 由于雷电过电压而引起的故障等。

（3） 维修人员不按规程进行操作造成的。维修人员没有按照规程对设备进行定期检查、 维护和试验，使设备带病运行， 是造成设备故障和损坏的主要原因之一。例如： 不按规定对高压套管进行定期检查、 维护和试验； 绝缘老化或击穿后没有及时更换； 绕组在温度过高、 湿度过大或雷雨天容易出现匝间短路和接地故障等。

（4） 自然灾害影响导致变压器损坏。例如， 发生严重自然灾害， 如台风、 暴雨等， 将导致变压器受损或停电。

3.1 操作性故障

操作性故障是指由于人为因素造成的保护装置失灵、 误动作等情况。为了避免这些问题， 在进行变压器检修工作时， 应做好以下几点工作： 首先， 严格执行操作规程， 在对变压器进行检修时， 要按照操作规程的要求进行， 这样才能保证其安全稳定运行； 其次， 对变压器的保护装置要定期进行检查与维护， 使其保持良好的运行状态， 这样才能有效避免误动作的发生； 再次， 对变压器保护装置中的元件、 设备以及相关仪表进行定期检查与维护工作； 最后， 在运行过程中要做好相关记录工作， 将设备运行过程中出现的异常现象及时记录下来， 并找出问题发生的原因。

3.2 运行性故障

运行性故障是指变压器发生的故障， 可以分为内部故障和外部故障。内部故障是指变压器绕组和绝缘套管发生的故障， 外部故障是指变压器发生的短路、过热等。运行性故障对于变压器来说， 是比较常见的一种问题， 具有较强的危害性， 需要及时进行处理，防止其进一步恶化。对于内部故障来说， 通常情况下会引发铁芯与绕组损坏， 如果绕组受到严重损害， 还会引发其他问题。因此， 在对内部故障进行处理时，通常需要借助一定的技术手段来进行检查， 如采用红外测温、 超声波检查等方式来发现问题。外部故障主要是指变压器出现的外部短路问题。当变压器发生外部短路时， 通常会引发绕组变形、 内部烧毁等问题。

4 继电保护对变压器故障的解决方法

目前， 我国电力系统中应用最多的是继电保护技术， 这是因为继电保护技术能够快速准确地检测出变压器内部故障。在变压器正常运行时， 继电保护装置可以将故障及时显示出来， 并发出警报信号。在变压器发生故障时， 继电保护装置则可以将故障及时地消除掉， 确保变压器安全稳定运行。当前， 我国电力系统中采用的是微机继电保护装置， 这种继电保护装置不仅能够准确判断出变压器内部故障， 而且还能将故障信号及时发送给监控中心。变压器运行过程中发生故障时， 监控中心可以利用继电保护装置发出警报信号， 工作人员可以根据警报信号及时进行处理， 防止事故进一步扩大。

4.1 高压侧的解决方法

首先， 应该使用继电保护的快速切除变压器内部故障的方法， 及时地将变压器内部故障切除， 并确保电网正常运行。因为变压器内部故障需要进行相关处理， 因此可以将继电保护装置的快速切除功能应用到其中， 在对变压器进行保护时， 将电流、 电压继电器接入到继电保护装置中， 从而实现变压器内部故障的快速切除。但是， 在进行高压侧故障保护时， 如果不能将继电保护装置接入到继电保护装置中， 会出现误动现象。在利用继电保护装置时， 应确保其灵敏度足够高， 对该问题进行有效处理。其次， 在采用继电保护装置来进行高压侧故障切除时， 应充分发挥其功能作用。应该选择高灵敏度的继电保护装置， 在对变压器进行相关处理时， 可以直接使用高压侧故障保护装置来实现。在实际应用中需要注意以下几点： 首先是对断路器的类型进行合理选择。若断路器的开断能力不足时， 就不能利用继电保护来解决故障问题。其次是要对继电保护装置进行合理选择。在对变压器进行相关处理时， 应尽量选择具有较高灵敏度的继电保护装置。最后是要充分发挥继电保护装置的作用。在变压器进行相关处理时， 应尽量使用高灵敏度的继电保护装置来实现相关处理功能， 从而使变压器内部故障问题得到有效解决。

4.2 低压侧的解决方法

根据变压器的运行特点， 如果发生低压侧短路故障， 在保护动作时会导致变压器内部出现大量的电弧， 引起变压器剧烈燃烧， 从而造成变压器被烧毁，严重威胁到人们的生命财产安全。因此， 对于低压侧短路故障应该采取有效措施进行解决。首先， 要针对低压侧短路故障进行分析研究， 根据故障情况选择最合适的保护装置。其次， 在选择保护装置时， 要考虑到低压侧的实际情况， 确保保护装置能够充分发挥作用。再次， 要加强对低压侧短路故障的研究力度， 通过对实际情况进行分析与研究， 合理选择保护装置。最后， 要确保低压侧短路故障发生后能够及时发出信号。如果故障发生后没有发出信号或者信号不正确时， 应该及时采取有效措施进行解决。

5 结束语

综上所述， 电力变压器是电力系统中最为重要的一种设备， 其运行的安全性与稳定性对整个电力系统的稳定运行有着直接的影响。因此， 在进行变压器故障处理时， 需要重点关注变压器保护装置的性能、 性能参数、 运行状态等方面， 确保变压器故障保护装置能够可靠、 高效地运行。在具体应用过程中， 可以将继电保护技术应用到变压器故障解决中， 实现对变压器故障的快速发现、 准确定位以及有效处理。