继电保护技术在变压器故障解决中的应用

摘 要在电力系统运行过程中，变压器是非常关键的一部分，如果出现故障会直接影响电力系统的安全性。本文首先对变压器常见的故障类型进行了分析，然后对继电保护技术在变压器故障预防和排除方面的应用进行了探讨。

【关键词】变压器故障 继电保护技术 电气量保护配置

电力变压器作为电力系统中的关键设备，是保证电力系统安全运行的基础，如果变压器出现故障时，保护装置不能再规定的时间内快速完成动作，有可能会导致变压器被损坏，严重时会导致变压器被烧毁，由于变压器工作过程中有一定的局限性，当断路器和互感器之间出现故障且无法及时消除时，会对变压器造成比较大的影响，对于这种情况可以选择低压开关辅助的方法来对外部结构进行更改，进而达到消除故障的目的。

1 电力变压器继电保护装置的基本含义

电力变压器继电保护装置的主要作用是确保电力系统稳定运行，给予用户提供可靠和安全的供电服务，其中电力变压器继电保护的主要功能有以下几点。

（1）一旦电力变压器系统产生动作信号或者故障信息就能够快速做出回应，确保继电保护功能和设计能力能够充分发挥出来。

（2）若是变压器产生异常问题或者故障问题时，能够迅速命令继电保护动作将电力变压器切点，并隔离线路异常问题和故障问题，减少故障事故带来的影响。

（3）电力变压器继电保护能够减少异常问题或者故障问题带来的经济损失，确保电网和电力变压器运行的经济性和稳定性。

电力变压器继电保护装置主要具有四种性能，即灵敏、快速、可靠以及选择等多种性质。其中灵敏性是指继电保护对于设备设定的动作故障和相关异常情况能够及时可靠的完成中断动作。而继电保护装置的快速性则是指设备在发生故障时能够以最快的速度促使断路器跳闸，从而断开故障，终止异常状态。继电保护装置的可靠性则主要划分为两种形式，即可信赖性和安全性，其中可信赖性是指继电保护在正常动作过程中出现异常或者故障时，能够及时准确的完成既定动作，安全性是要求继电保护在非设计状态下，能够立即停止动作，从而将损失降至最低。

2 电气量保护配置分析

2.1 差动保护

在变压器的谐波闭锁差动保护中，涉及到的绝大多数都是启动和差动元件，其主要囊括谐波制动和异常判定以及其他等多种元件。而继电保护装置的保护过程主要划分为以下几个方面：

（1）对于启动元件的使用，其主要包含差流突变量和超限两种元件，在实际使用过程中如果差电流产生变动并且持续性的超过启动电流时，便是立即激发启动保护动作。而朝鲜元件在差动电流在差动电流超过超限启动电流并且超过5ms时，则会立即启动保护动作。

（2）对于差动元件的使用，其主要作用时在变压器产生故障或者线路异常时，能够实现快速切断电路的基本功能。

（3）而谐波元件的基本作用时变压器在空投状态是能够有效避免励磁涌流所产生的差动保护错误动作，而动作产生的依据其实是差流中二次谐波分量电流和基波分量电流的基本比例。

（4）比率制动部件。比率制动部件的主要作用是指变压器外部产生故障，差动保护便能够立即启动制动功能，减少故障问题的影响范围，并且比率制动部件对于内部故障具有较高的灵敏度。

（5）过负荷通过泠却器产生的变压器负荷，能够准确的检测到高压侧的电流。

2.2 波形差动保护

波形差动保护和谐波制动的主要区别在于二次谐波，在变压器空载运行的状态下，利用波形算法，计算合闸生成的励磁涌流与故障电流。如果空载合闸产生内部故障或者外部故障，波形差动保护会立即启动，并确保电力系统的安全和稳定。

而差动保护则主要囊括有流互感器中的各种设备，在内部产生故障时则会立即跳开主变两侧的断路器。而两侧的后背保护则主要包括差动后背保护和母线保护，在保护指令和动作过程中会延时跳开断路器。在主变经过投产和检修之后，为了快速和有效的断开主变，应当严格按照相关设备操作要求进行。

2.3 后备保护

后备保护在实际运行中由于受到主变阻抗的影响，当低压侧产生异常问题或者故障时，则高压侧电压可能变小，因此导致难以迅速启动电压闭锁。通常情况下使用高、低压侧的并联方式来提高故障状态下启动动作的灵敏性和快速性，确保低压侧产生故障过程中能够迅速启动保护动作。此外还可以通过高、低压侧电压，高低两侧动作都可以快速启动闭锁回路。

2.4 零序过流保护

在接地故障产生时，借助零序过流保护能够对变压器形成后背保护，而交流应当选择专有接线，并且电压和电流分别采取该侧的TV和TA。而TV如果产生断线情况，零序过流保护将会即刻关闭。在电压恢复正常之后，零序过流保护则会立即恢复正常，并投入使用。借助该种方式能够将间隙保护的作用发挥到最大。

3 分析主变保护的主要故障

3.1 分析变压器操作过程中产生的主要故障

变压器在工作过程中，其检修复役的主要操作过程为：当低压侧断路器断开时，则合上高压侧断路器迅速冲击主变，完成主变冲击之后会迅速合上低压侧断路器，然后再送出负荷。若在冲击主变过程中低压侧断路器与电流互感器产生短路故障，则差动保护无法正常启动跳闸命令。并且高压侧后备保护的高压侧母线电压因为主变阻抗相对较大，所以难以正常启动跳闸命令，而低压侧母线因为电压正常所以也无法利用并联启动回路保护高压侧，无法迅速切除线路故障，从而产生主变烧毁损坏的现象，这就是主变保护的盲区，如图1所示。

3.2 对变压器运行中所产生的故障进行分析

变压器在实际运行中，如果低压侧断路器与电流互感器之间产生故障问题或者异常状况，变压器低压侧保护必须在低压侧母线电压降低与电流增大两个条件下，通过较短时延动作跳开主变低压侧断路器，确保低压侧母线电压稳定和正常。而实际上故障点没有得到隔离，并且短路电流由高压侧母线经过主变向故障点进行输送，尽管高压侧故障电流相对大，但是高压侧电压受到主变阻抗影响，难以启动可靠动作，因此无法快速清除故障，从而产生保护盲区。

4 有效避免主变故障的方法

4.1 不断优化高压侧后备保护动作逻辑

为了有效减少主变故障可以不断优化高压侧后备保护动作，在两圈变压器主变高压后备保护中添加与门电路，动作逻辑是：若低压侧断路器已经断开时，高压侧电流比规定数值较大，则根据规定时间跳高压侧断路器，动作逻辑电路如图2。

同时，在三圈变压器主变高压后备保护中添加与门电路，动作逻辑是：若低压侧断路器或者中压侧断路器已经断开时，而高压侧电流比规定值大，那么就需要根据固定时间跳高、中、低压断路器。

4.2 不断优化中低压侧后备保护动作逻辑

在两圈变压器主变低压后备保护中添加与门电路，动作逻辑是：若低压侧断路器已经断开，而低压侧电流比规定值大，那么就需要根据规定时间跳高压侧断路器；然后再在三圈变压器主变中压后备保护中添加与门电路，动作逻辑是：若中压侧断路器已经断开，而中压侧电流比规定值大，那么就需要根据规定时间跳高、中压侧断路器。

5 注意事项与应对策略

（1）在两圈变压器中，当检修低压侧断路器时，高压侧断路器与主变正在运行，需要在高压侧断路器安装低压侧断路器位置输入压板，以免低压侧断路器位置产生变化导致高压侧出现误判现象。

（2）在三圈变压器中，不仅需要对低压侧断路器冷备用和检修问题进行考虑，还需要对高中低压侧断路器运行状态进行综合考虑，同时中低压侧断路器热备用状态极易产生线路短路状况，迫使高压侧保护过流动作，迅速做出跳开动作。其中，改变中低压侧保护逻辑与接线能够有效实现变压器动作的时限配合。

6 结论

综上所述，为了保证变压器安全稳定的运行，在原有的变电系统中除了要安装继电保护设备以外，还需要增设门电路辅助或复合电压闭锁，通过对对变压器内部逻辑判据和变压器外部接线进行调整来达到消除故障的目的，保证电力系统可以稳定、安全的运行。

参考文献

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作者简介

王海峰（1979-），男，山东省济南市人。大学本科学历。现为华电章丘发电有限公司助理工程师，从事发电设备管理工作。

作者单位

华电章丘发电有限公司 山东省章丘市 250216