浅谈电力变压器的继电保护

摘要：电力变压器是供配电系统中最重要的电气设备，它的故障将对供配电系统的正常运行造成严重的影响，同时大容量的变压器也是十分贵重的器件，因此对电力变压器的故障及异常运行方式，应装设相应的继电保护装置。本文介绍了电力变压器的常见故障及异常运行状态、分析了电力变压器常见的继电保护措施。

关键词：电力变压器继电保护电流保护气体保护差动保护

中图分类号：TM411 文献标识码： A 文章编号：

1 引言

电力变压器是供配电系统中最重要的电气设备，它的故障将对供配电系统的正常运行造成严重的影响，同时大容量的变压器也是十分贵重的器件，因此对电力变压器的下列故障及异常运行方式，应装设相应的保护装置：绕组及其引出线的相同短路和中性点直接接地侧的单相接地短路；绕组的匝间短路；外部相间短路引起的过电流；中性点直接接地电力网中外部接地短路引起的过电流及中性点过电压；过负荷；油面降低；变压器温度升高或油箱压力升高或冷却系统故障。

对于高压侧为6～10kV的车间变电所主变压器来说，通常装设有带时限的过电流保护。如果过电流保护动作时间大于0.5～0.7s，那么还应装设电流速断保护。容量在800kV•A及以上的油浸式变压器和400kV•A及以上的车间内油浸式变压器，按规定就装设瓦斯保护，又称气体继电保护。容量在400kV•A及以上的变压器，当数台并列运行或单台运行并作为其他负荷的各用电源时，应根据可能过负荷的情况装设过负荷保护。过负荷保护及瓦斯保护在变压器内部有轻微故障时，动作于信号，而其他保护包括瓦斯保护在变压器内部有严重故障时，一般动作于跳闸。

对于高压侧为35kV及以上的工厂总降压变电所主变压器来说，也应装设过电流保护、电流速断保护和瓦斯保护；在有可能过负荷时，也需装设过负荷保护。如果单台运行的变压器容量在10000kV•A及以上或并列运行的变压器每台容量在6300kV•A及以上时，则要求装设纵联差动保护来取代电流速断保护。

2 变压器的电流保护

变压器的过电流保护

变压器的过电流保护主要对变压器外部故障进行保护，也可作为变压器内部故障的后备保护。变压器过电流保护的组成、原理与线路过电流保护的组成、原理完全相同。变压器过电流保护动作电流的整定计算公式与线路过电流保护的基本相同，只是式中的取为（为变压器的额定一次电流）。变压器过电流保护的动作时间按“阶梯原则”整定，与线路过电流保护完全相同。但是对车间变电所（电力系统的终端变电所），其动作时间可整定为最小值（0.5s）。

变压器过电流保护的灵敏度，按变压器低压侧母线在系统最小运行方式下发生两相短路时的高压侧穿越电流值来检验，要求Sp1.5。

变压器的电流速断保护

变压器的电流速断保护主要是对变压器的内部短路故障进行保护。其组成、原理与线路的电流速断保护完全相同。变压器电流速断保护动作电流的整定计算公式也与线路电流速断保护的基本相同，只是式中的取为低压母线的三相短路电流周期分量有效值换算到高压侧的短路电流值，即变压器电流速断保护的速断电流按不小于低压母线三相短路电流周期分量的有效值来整定。

变压器电流速断保护的灵敏度，按其保护装置装设处（即高压侧）在系统最小运行方式下发生两相短路的短路电流Ib来校验，要求Sp1.5。

变压器的电流速断保护，与线路电流速断保护一样，也有“死区”。弥补死区的措施，也是配备带时限的过电流保护。

变压器的过负荷保护

变压器过负荷保护的组成、原理与线路的过负荷保护完全相同。其动作电流的整定计算公式与线路过负荷保护的基本相同，只是式中的取为变压器的额定一次电流。

3 变压器的气体保护

变压器的气体保护即为气体断电保护，又称瓦斯保护，是保护油浸式电力变压器内部故障的一种基本的继电保护装置。

气体保护的主要器件是气体继电器。它装设在变压器的油箱与储油柜之间的连通管上。为了使油箱内产生的气能够顺畅地通过气体继电器排往储油柜，变压器安装应取1%～1.5%的倾斜度；而变压器在制造时，连通管对油箱顶盖也有2%～4%的倾斜度。

气体继电器主要有浮筒式和开口杯式两种类型，现在广泛应用的是开口杯式。在变压器正常运行时，气体继电器容器中的上、下开口油杯都是充满油的；而上、下油杯因各自平衡锤的作用而升起，此时上、下两对触点都是断开的。

当变压器油箱内部发生轻微故障时，由故障产生的少量气体慢慢升起，进入气体继电器的容器，并由上而下地排除其中的油，使油面下降，上油杯因其中盛有残余的油而使其力矩大于另一端平衡锤的力矩而降落。此时上触点接通信号回路，发出音响和灯光信号，这称之为“轻瓦斯动作”。

当变压器油箱内部发生严重故障时，由故障产生的气体很多，带动油流迅猛地由变压器油箱通过连通管进入储油柜。大量的油气混合体在经过气体继电器时，冲击挡板，使下油杯下降。此时下触点接通跳闸回路（通过中间继电器），使断路器跳闸，同时发出音响和灯光信号（通过信号继电器），这称之为“重瓦斯动作”。

4 变压器的差动保护

前述线路及变压器的各种保护有一个共同的特点，就是动作参数的整定必须与相邻元器件的保护相配合，因此就不能快速切除被保护线路末端附近的故障，这在高压电网中往往不能满足系统稳定性的要求，对发电机、变压器等贵重电气设备也不能满足快速切除故障以减轻损失和避免事故扩大的要求。

而变压器差动保护，从原理上不反应相邻元器件上发生的故障，因而不需与相邻元器件的保护配合，所以可实现保护范围内全范围速动。

差动保护分纵联差动和横联差动两种形式，纵联差动保护用于单回路，横联差动保护用于双回路。

变压器的差动保护主要用来保护变压器内部以及引出线和绝缘套管的相间短路，并且也可用来保护变压器内部的匝间短路，其保护区在变压器一、二次侧所装电流互感器之间。纵联差动保护是利用比较被保护元器件各侧电流的幅值和相位原理而构成的。

参考文献：

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[2]夏国民 供配电技术[M] 北京：中国电力出版社 2004

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