浅谈变压器继电保护配置设计

摘 要：文章简要说明变压器的各种保护配置类型，通过举例分析加强变压器保护优化配置，可以提高变压器保护动作可靠性。

关键词：变压器；保护；分析

变压器是电力系统中十分重要的供电设备。它的故障将对供电可靠性和系统的正常运行带来严重的影响。现代生产的变压器，虽然结构可靠，故障机会较少，但在实际运行中，仍有可能发生各种类型故障和异常运行，同时大容量的变压器又是十分重的设备，因此，为了保证电力系统安全连续地运行，并将故障和异常运行对电力系统的影响限制到最小范围，必须根据变压器容量大小、电压等因素装设必要的、动作可靠的继电保护装置。

一、变压器的故障类型

主要分为内部故障和外部故障。

1、油箱内故障：包括绕组的相间短路、接地短路、匠间短路以及铁心的烧损等，这些故障将产生电弧，烧坏绕组绝缘及铁心，引起绝缘材料及变压器油的强烈气化，甚至造成油箱的爆炸。

2、油箱外的故障：主要是套管和引出线上发生相间短路、接地短路等。

二、变压器的不正常运行状态

变压器的不正常运行状态，主要有三种状态。

1、由于变压器外部相间短路引起的过电流和中性点过电压；

2、由于负荷超过额定容量而引起的过负荷。

3、由于漏油等原因而引起的油面降低。

三、保护装置

根据以上故障类型和不正常运行状态，应装设下列保护装置：

1、瓦斯保护：反应变压器油箱内部故障和油面降低的保护，容量为800KVA及以上的油浸式变压器，均应装设瓦斯保护。当油箱内部故障产生轻微瓦斯或油面下降时，保护装置应瞬时动作于信号；当产生大量的瓦斯时，瓦斯保护应动作于断开变压器各电源侧断路器。

2、纵联差动保护：反应变压器绕组和引出线的相间短路的保护，对其中性点直接接地侧绕组和引出线的接地短路以及绕组匝间短路能起保护作用。且容量为6300KVA及以上的厂用工作变压器和并列运行的变压器、10000KVA及以上厂用备用变压器和单独运行的变压器、以及2000KVA及以上用电流速断保护灵敏性不符合要求的变压器应装设纵联差动保护。

3、复合电压闭锁过电流保护：反应外部相间短路引起的变压器过电流的保护。宜用于升压变压器和系统联络变压器及过电流保护不符合灵敏性要求的降压变压器。保护动作后，应带时限动作于跳闸。

4、零序过电流保护：外部接地短路时的保护，110KV及以上中性点直接接地电网中，如果变压器中性点可能接地运行，对于两侧或三侧电源的升压变压器或降压变压器上应装设零序电流保护，作为变压器主保护的后备保护，并作为其他元件的后备保护。

5、过负荷保护：对于400KVA及以上的变压器，当数台并列运行或单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。保护接于一相电流上，延时作用于信号。

四、三绕组变压器差动保护分析

为保证动作的选择性，保护装置的动作电流必须躲过外部短路时的最大不平衡电流和励磁电流。但不平衡电流要比普通变压器大，为提高保护的灵敏度，大多数情况都采用制动特性的差动保护。

变压器的接线组别不同时，其两侧的电流相位关系也不同，这时，即使变压器两侧电流互感器的二次电流的大小相等，也会在差动回路中产生不平衡电流，为消除这种不平衡电流的影响，通常采用相位补偿的方法，

即将变压器星形接线一侧电流互感器的二次绕组接成三角形，而将变压器角形接线一侧电流互感器的二次绕组接成星形，便将电流互感器二次电流的相位校正过来。

由于电流互感器不能按需要选择，出现电流互感器的计算变比与实际变比不相符的问题，以致在差动回路中产生不平衡电流，所以可利用BCH型差动继电器中的平衡绕组，通过磁势平衡的原理来消除这种不平衡电流的影响。

对于多绕组变压器，当采用BCH-2型差动保护不能满足灵敏度要求时，用BCH-1型。采用BCH-1型的差动保护的整定计算。

1、计算变压器各侧归算至同一容量的一次额定电流，选择保护用电流互感器的变比，并计算其二次回路额定电流。

2、计算短路电流：计算结果如下：

3、确定制动线圈的接入方式：将制动线线圈接到10.5侧，因为在该侧发生外部短路时，流过变压器的穿越性短路电流和流过保护装置的不平衡电流为最大。

4、确定保护装置的一次动作电流：

（1）、躲过变压器的最大励磁电流

Idz=Kk×Ie=1.5×251=3765A

（2）、躲过35KV侧外部短路时的最大不平衡电流：式中

IdZ=Kk（KzqKtxfwc+ΔU+Δfph）I（3）dmax/nl=1.3（1×1×0.1+0.5+0.05）×6.24×103×37/115=520A

式中 Kk―― 取1.3 ；

ΔU――取0.05；

Ktl――同型系数，型号不同，Ktx=1；

Kzq――非周期分量引起的误差，0.1；

fwc――容许最大相对误差，取0.1；

fph――继电器平衡线圈相对误差，取0.05；

（3）、躲过电流互感器二次回路断线的最大负荷电流：

Idz=KkIe=1.3X251=326.3A

则：保护装置基本侧的动作电流取：

Idz.jb=520A

4、确定差动继电器的动作电流和基本侧差动线圈匝数。

（1）、差动继电器的动作电流：

Idz.J.jb=Kjx×Idz.jb/nlh=（3×520）/（600/5）=7.51A

（2）基本侧差动线圈计算匝数

Ncd.js=（IN）o/Idz.J.jb=60/7.51=7.99匝

（3）、基本侧差动线圈实际匝数为7匝。

（4）、继电器的实际动作电流为：

Idz=（7.51/3 ）×（600/5）=520.3A

5、确定其它侧工作线圈及平衡线圈匝数。

（1）、35KV侧平衡线圈的计算匝数为：

Nph.jz.35=（Ie.2.110-Ie.2.35）× Nct.z/Ie.2.35=（3.62-2.70）×7/2.70=2.39匝 选用Nph.jz.35=2匝。

（2）10.5KV侧平衡线圈计算匝数：

Nph.jz.10.5=（Ie.2.110-Ie.2.10.5）× Ncd.z/Ie.2.10.5=（3.62-2.75）×7/2.75=2.21匝 选用Nph.gz.10.5=2匝

实际工作线圈匝数为：Ngz.10.5=Nph.z.10.5+Ncd.js=2+7=9匝

6、计算由于整定匠数与计算匝数不等使二次电流不能完全平衡而产生的相对误差：

Δfph.35=（Nph.js.35-Nph.z.35）/（Nph.js.35+Ncd.js）=（2.39-2）/（2.39+7）=0.042

Δfph.10.5=（Nph.js.10.5-Nph.z.10.5）/（Nph.js.10.5+Ncd.js）=（2.21-2）/（2.21+7）=0.023 由此可知，实际误差均小于假定值符合0.05，符合要求。

五、结语

变压器保护配置根据实际情况考虑继电保护装置等多种方案，根据变压器容量和接线形式合理选择配置方案，优化配置，确保变压器安全可靠运行。

参考文献：

[1]崔家佩，孟庆炎.电力系统继电保护与安全自动装置整定计算[M].北京：中国电力出版社，1992.

[2]谭秀炳.铁路电力与牵引供电系统继电保护.成都：西南交通大学出版社，2011.7.