探析变压器故障解决中继电保护技术的应用

林亦鹏

摘 要：变压器是电力系统运行的重要组成部分，一旦发生故障，电力系统的安全就会受到威胁。探讨了继电保护技术在变压器发生故障时的应用，以期能对变压器故障的预防和排除提供参考。

关键词：变压器；继电保护技术；差动保护；后备保护

中图分类号：TM774 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）13-0020-02

变压器是电力系统中使用较多的关键设备，其运行的可靠性对电力系统的安全起着保护作用。变压器发生故障时，保护装置无法在规定时间内快速运作，容易造成变压器的损坏，严重情况下会烧毁。因为工作原理的局限性，有时会造成互感器与断路器间的故障不能及时消除，对变压器造成很大危害。因此，可选择低压开关作为辅助方法，通过更改外部接线消除故障。

1 电气量保护配置

根据有关保护技术规程的要求，变压器除了安装必备气体和差动保护外，还要针对因相间短路造成的过电流，安装序电压过流保护作为后备，其与差动保护存在重叠区，保护动作发生后，带时限动作引起跳闸。

1.1 差动保护

谐波闭锁差动保护多数关系到启动元件和差动元件，包括谐波制动元件、异常判定元件和其他元件等。具体保护过程分为以下几个方面：①启动元件。其包括差流突变量元件与越限元件。当差电流突变，持续超过启动电流时，保护就会启动。对于越限元件在差动电流超过越限启动电流时，维持5 ms后就会启动，其动作电流是差动定值的80%. ②差动原件。其作用是当变压器发生严重故障时，自动断开变压器开关。③谐波元件。其作用是在变压器空投情况下，避免励磁涌流引起差动保护的误动，动作依据是差流的谐波量比二次谐波系数和差动电流的乘积。④比率制动部件。其作用是当变压器外部发生故障时，差动保护开始启动有效的制动功能，同时对内部故障有高灵敏度。⑤TA判别元件。其作用是在运行过程中判断回路情况，发生异常时发出告警，可通过控制元件来决定是否需要闭锁保护。⑥电流相位补偿元件。变压器中的电流互感器常使用星形接线方式，把二次电流接入到装置中。互感器的各个侧极性都以母线侧作为极性端，变压器TV电流相位可通过软件调整。⑦过负荷可监测变压器两侧的电流。⑧过负荷通过冷却器表现出变压器负荷，监测其高压侧的电流。⑨过负荷闭锁能体现出变压器的负荷。

1.2 波形差动保护

其与谐波制动的不同之处在二次谐波上，本元件通过波形算法，在变压器空载运行情况下，可分清楚合闸时生成的励磁涌流和故障电流。当空载合闸因出现内部故障或外部故障而发生转化情况下，本保护也能够瞬间启动。

差动保护包括电流互感器之间各种设备，内部发生故障的情况下，会自动跳开主变两侧断路器。两侧的后备保护是差动后备保护和母线保护，动作过程中会延时跳开相应的断路器。主变进行投产或检修后，为有效且及时地断开主变，根据相应的操作规定，必须选择差动保护和高、低压侧压板投入使用。

1.3 后备保护

在运行过程中，因为主变阻抗的影响，低压侧发生故障时，高压侧的电压往往会变小，造成无法较快速启动电压闭锁。为了保证在故障发生情况下，启动动作有合适的灵敏度，在应用过程中应采用高、低压侧的并联方法，保证低压侧发生故障时可以有效动作，同时利用高、低压侧的电压，任何一侧动作都可以启动闭锁回路。

1.4 复合闭锁过流保护

在短路故障时，复合闭锁过流保护可当成变压器的后备保护使用。交流回路选择90°接线时，如果这一侧的TV发生断开，保护元件将关闭。在这种情况下，如果电压恢复，有关保护也能恢复。复合元件选择这一侧的TV或变压器的TV；有关功率元件和电压采用这一侧的TV与TA；过流保护元件、电流采用这一侧的TA。

1.5 零序过流保护

对于接地故障，零序过流保护可作为变压器的后备保护，交流应采用专门接线，电压电流采用这一侧的TV与TA。在TV断线的情况下，本保护元件关闭。当电压恢复时，本保护即可恢复，可起到间隙保护作用，表现出间隙电压、击穿电流和零序电压。

2 主变保护过程中的故障

变压器发生故障时，其复役操作会通过低压侧的断路器发生断开，闭合有关断路器来影响主变、传输负荷。在影响主变的过程中，如果低压侧断路器和某种互感器间发生短路故障，差动保护是无法启动的，而高压侧将选择这一侧的母线电压，但由于其主变抗阻的影响而不能动作，低压侧母线由于电压正常，也不能通过并联来使用回路启动高压侧的过流保护，这将导致其不能快速、有效地切除故障，致使主变烧毁和损坏。

在变压器正常运行时，如果低压侧的断路器和互感器间发生故障，低压侧的保护会在该侧母线电压下降、电流变化过大和短延的情况下跳开相应的断路器，使低压侧相应线路的电压得到恢复。但在这种情况下，电流会经过高压侧母线和主变到达故障部位，虽然高压侧的线路上故障电流较大，但这一侧的电压会因为主变阻抗的影响而不能通过动作开放，同样不能快速、有效地解决故障，产生保护盲区。

3 对于故障采取的保护技术

3.1 高压侧有关动作的改进措施

在相应变压器的后备保护过程中，可加上若干个与门电路，其动作情况是：在低压侧有关断路器断开，且高压侧电流大于允许值的情况下，根据规定时间跳开高压侧的断路器；在三圈变压器后备保护的过程中，可加上若干个与门电路，其动作情况是：在低压或压侧断路器断开，且高压侧电流大于允许值的情况下，根据规定时间跳开有关断路器。

3.2 改进中低压侧的保护方法

在变压器后备保护的过程中，可加上若干个与门电路，其动作情况是：在低压侧断路器断开的情况下，且这一侧的电流大于允许值时，根据规定时间跳开高压侧的断路器。在三圈变压器后备保护中，可加上若干个与门电路，其动作情况是：在中压侧的断路器发生断开时，且中压侧的电流超出了规定值，根据规定时间跳开高、中压两侧的断路器。

3.3 实际应用中的问题和解决措施

在实际应用过程中，由于运行方法的不同，会引起保护装置发生误判，因此必须采取有针对性的措施。对于两圈变压器，在低压侧断路器停用或检修状态，但高压侧断路器和主变处于运行状态时，为防止低压侧断路器由于移动引起保护异常启动，要结合实际情况加上一块位置压板。对于三圈变压器，除了和两圈变压器相同的问题外，还应考虑在高、中压侧的断路器正在运行，而低压侧的断路器处于备用时，可能出现的因中压侧短路造成的高压侧过流保护启动；或在低压侧的断路器发生断开时，跳开变压器两侧的断路器等问题。因此，要注重动作时间的合理性，且部分变压器应改变中压侧逻辑与接线方式，以防止发生此类情况。

4 结束语

长期以来，主变运行的安全始终受到人们的高度重视，很多专家与专业人员对其故障的原理做了较多的试验和研究。对于变压器发生的大部分故障，目前已经拥有比较健全的保护措施。由于变压器的外部故障容易引起较大的损害，所以，应该深入分析在各种运行条件下导致外部故障的因素和相应的保护动作。

参考文献

[1]柏再胜.继电保护技术在变压器故障解决中的应用[J].中国新技术新产品，2011（22）：129-130.

[2]刘昊玮.浅谈电力变压器故障中的继电保护技术运用[J].电子世界，2012（23）：37-38.

〔编辑：张思楠〕

Abstract： Transformer is an important part of power system operation， once a failure occurs， the security of the power system would be threatened. Discusses protection technology in the transformer failure， with a view to prevent and preclude reference to transformer failure.

Key words： transformer； protection technology； differential protection； backup protection