变压器相间短路保护研究

摘 要：近年来，供电量的需求越来越大，由于变压器损坏而导致的供电系统故障也越来越频繁，而变压器作为电力系统中的重要供电元件，也是维持电路正常运行的核心要素，所以变压器相间短路保护工作值得重视并进一步的优化提高。文章旨在变压器保护装设基本原则进行简要的介绍，并就短路现象产生的具体原因提出相应的预防措施。

关键词：变压器;相间短路保护;原理;预防措施

中图分类号：TN715+ 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）02-0102-02

1 变压器保护装设的基本原则

变压器是电力系统中的重要供电元件，而其对于保证供电系统的稳定性和安全性都有着重大的意义，所以重视并优化变压器保护装设对于提高发电系统的运行效率以及经济效益都有着显著的作用。而对于变压器保护装设合理工作的基本原则，首先应该结合供电系统实际运行环境以及其不同的设计方案来构建，并保证其具体配置能达到可靠性、选择性、速动性、灵敏性这四个基本要求。但由于变压器类型与重要程度上的差异性，在对其实际的保护方案中，也必须根据不同工程的具体需要来提供可靠的继电保护装置。变压器一般装设以下保护：

瓦斯保护、纵差动保护或电流速断保护、过电流保护、零序电流保护以及防御对称过负荷的过负荷保护。而在对于变压器主保护的具体要求中，不同容量和机能的变压器都采用不同的主保护措施，电压在10 kV及以下、容量在10 MVA及以下的变压器采用电流速断保护;而一般采用纵差保护来维持电压在10 kV以上、容量在10 MVA以上的变压器的安全运行;对于电压在220 kV以上的变压器设备应装设数字式保护。当然，在对细分后的继电保护措施也有着不同的具体设计方案，以下简单介绍变压器差动保护和后备保护的基本工作原理和要求。

1.1 变压器相间短路差动保护的基本原理和要求

差动保护能防御变压器绕组和引线的多相短路、中性点直接接地电网侧绕组和引线的电路以及绕组匝间的短路现象，而其工作原理是根据基尔霍夫电流定理制成的，如图1所示。

差动保护把被保护的电路看作是一个节点，在稳定状态下即流进设备的电流和流出的电流相等，此时差动电流等于零。而当设备出现故障时，差动电流大于零，即此时流进设备的电流和流出的电流不相等。当差动电流大于差动保护装置的整定值时，上位机报警保护出口动作，将相关设备的各侧断路器跳开，使故障设备断开电源。

在对差动保护能高效维持变压器安全、稳定工作的基本要求中要做到以下几点：①能减小供电系统稳态情况下的不平衡电流，并当通过外部最大稳态短路电流时始终能维持各侧用的电流互感器的稳定运行;②能减小电流互感器的二次负荷，并相应的控制变压器差动保护专用的D级电流互感器中励磁电流的产生，并严格将差动保护回路的二次负荷控制在10%误差以下，而为实现这一工作目的，一般采用适当增大导线截面、缩短控制电缆长度这两方面的措施来尽量减少控制电缆的电阻或者采用弱电控制用的电流互感器等来实施运行方案;而为了进一步改善在一次侧电流较大的情况下，电流互感器容易饱和的情况，变压器差动保护设计方案一般采用带小气隙的电流互感器来减少不平衡电流，从而改善了电流互感器常见的暂态特征，有效地提高了变压器运行的安全性和稳定性。

1.2 变压器相间短路后备保护的基本原理和要求

变压器一般采用过电流保护或复合电压闭锁过流保护作为后备保护，其是对变压器主保护工作的补充，也可以说是对相邻线路的后备保护，其原理图如图2所示，是指当主保护出现运行故障时而产生了很短工作延时，另一个保护将启动并动作，将故障回路跳开，从而严格保障系统电路的安全性。

由于变压器类型与重要程度上的差异性，在对其实际的保护方案中，也必须根据不同工程的具体需要来提供可靠的继电保护装置，而在对于变压器后备保护的具体要求中，不同容量和机能的变压器都采用不同的后备保护措施，过电流保护措施适用于降压变压器;对于大容量的变压器组则采用负序电流和单项式低压过电流保护，以此来避免额定电流大而导致电路元件灵敏度达不到要求的情况。

2 变压器短路原因分析

就笔者在实践工作中的经验并且从变压器的短路事故统计中可以发现，短路事故中变压器损坏的主要原因是变压器本身的抗短路能力以及承受短路动稳定能力不足，其中，变压器的质量不达标严重影响了供电系统的运行效率，多数变压器是经过多次相间短路冲击下，或者是使用期较长，在经过多次过电流冲击之下，导致绕组变形的加剧而损坏，并且动作失灵。而变压器在短路情况发生时最容易发生变形的是低压绕组和平衡绕组、后使高中压绕组、铁芯和夹件。变压器在遭受突发短路时，高低压两侧都都会受到较大强度的短路电流冲击，并且大部分都因为不能及时跳闸而发生短路事故，而且往往在断路器还没有及时断开的很短时间内，短路电流产生与电流平方成正比的较强电动力将作用于变压器的绕组上，其中又具体分为辐向力和轴向力，在遭受短路情况时，此电动力中的辐向力会对高压绕组施以较强的张力，并使低压绕组受到压缩，因此，低压绕组会很容易产生变形，从而改变了变压器保护设备的内部特征，并严重降低了其工作效率。而在突发短路时产生的轴向力使绕组压缩、扭曲、鼓包和匝间短路。使高压低压绕组发生轴向位移。而在另一方面，由于在实践工作中对于变压器相间电路保护工作流程和方法都还不够科学、系统，因此，建立一个在适应实际供电系统运行环境的电路保护程序也是不可或缺的工作环节，而且其对于提高供电系统的运行效率、稳定性乃至经济效益都有着非凡的意义。

3 预防变压器短路现象的具体措施

3.1 加强变压器的质量检测工作

要保证变压器的质量要求，首先要规范对变压器的全过程管理工作。在订购变压器设备时，应该十分注意对于变压器的选型，要注意一些不同变压器应具备的特征细节，例如110 kV有载调压变压器中压侧不宜设调压线圈并且降压变压器最好能有67%及以上的自冷能力，而且优先选用已通过专业突发短路试验并检测合格的产品，并就所购变压器突发短路试验的试验报告进行分析，并进行相应的核算工作。而在对所购变压器进行出厂检测时，也要保变压器的各项性能在特殊短路情况实验下的数值能满足实际工作的需求，如在变压器出厂时应进行绕组变形试验来检验绕组承受突发短路时产生的轴向力的能力，并通过频响实验检验其相间频响特性是否具有良好的一致性，并将变压器的各项实验数据制表并科学分析，而为了保证实验数据具有代表性和准确性，需要通过多次试验来积累原始数据，并将多次结论前后进行对比，以检查变压器是否能正常运行，而这样的检查工作应该变压器投入使用后就定期开展，以保证变压器的良好运行状态，例如可以每5年对变压器进行一次绕组变形测试，以便对绕组变形的实时情况及变压器的健康状况充分的掌握，以此来控制变压器相间短路现象发生的概率。

3.2 合理进行变压器相间短路的保护工作

要保证变压器保护装设合理高效的工作，首先要严格遵守变压器保护装设合理工作的基本原则，并应该结合供电系统实际运行环境以及其不同的设计方案来构建，并保证其具体配置能达到可靠性、选择性、速动性、灵敏性这四个基本要求。在实践工作中，要根据现实情况来制定相应的变压器保护方案，并依据各个电路保护策略的具体特征，最终选择最优方案。并在处理相应的问题时，能做到对电路的及时保护，并在技术和管理上采取有效措施，改善变压器运行条件，最大限度防止或减少变压器的出口短路。

为减少变压器低压侧出口短路几率，可装设绝缘热缩保护材料在母线桥上，而对于110 kV及以上电压等级变压器出现出口短路、近区短路等故障时，应该立即对变压器的油作色谱分析。如色谱分析异常，应立即申请变压器停运，并做进一步的检查试验;如色谱分析正常，还应在短期内进行一次色谱分析，确认变压器的合理运行状态，并作出调查报告。而加强开关柜管理也是一项关键的工作，当变压器发生出口或近区短路时，应确保开关正确动作切除故障，也能控制短路现象的扩散，保证其他线路的安全。

4 结 语

总而言之，要降低变压器短路问题发生的几率，首先要保证变压器本身的质量合格，并且做到定期检查和修理;而在另一方面，变压器相间电路保护工作也是一项至关重要的环节，只有完善了变压器电路保护工作的各个工作流程，才能进一步提高供电系统的稳定性和安全性，并在一定程度上提升相关机构的经济效益，而且能改善现今越发频繁的变压器短路现象给人们日常生活带来的影响。所以，变压器相间短路保护应该逐渐成为我们的工作重心之一，并且值得进一步深化的研究和探讨。

参考文献：

[1] 周旭，包玉胜，尤旦峰，等.变压器相间后备保护的改进[J].电力系统自动化，2002，（7）.

[2] 徐进亮，刘效孟，芮志浩，等.微机型变压器保护的再认识[J].电力自动化设备，2001，（7）.

[3] 王维俭，桂林，唐起超.主设备后备阻抗保护反应绕组短路的灵敏度分析[J].电力自动化设备，2003，（9）.