探析變壓器故障解決中繼電保護技術的應用

林亦鵬

摘 要：變壓器是電力系統運行的重要組成部分，一旦發生故障，電力系統的安全就會受到威脅。探討了繼電保護技術在變壓器發生故障時的應用，以期能對變壓器故障的預防和排除提供參考。

關鍵詞：變壓器；繼電保護技術；差動保護；后備保護

中圖分類號：TM774 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）13-0020-02

變壓器是電力系統中使用較多的關鍵設備，其運行的可靠性對電力系統的安全起著保護作用。變壓器發生故障時，保護裝置無法在規定時間內快速運作，容易造成變壓器的損壞，嚴重情況下會燒毀。因為工作原理的局限性，有時會造成互感器與斷路器間的故障不能及時消除，對變壓器造成很大危害。因此，可選擇低壓開關作為輔助方法，通過更改外部接線消除故障。

1 電氣量保護配置

根據有關保護技術規程的要求，變壓器除了安裝必備氣體和差動保護外，還要針對因相間短路造成的過電流，安裝序電壓過流保護作為后備，其與差動保護存在重疊區，保護動作發生后，帶時限動作引起跳閘。

1.1 差動保護

諧波閉鎖差動保護多數關系到啟動元件和差動元件，包括諧波制動元件、異常判定元件和其他元件等。具體保護過程分為以下幾個方面：①啟動元件。其包括差流突變量元件與越限元件。當差電流突變，持續超過啟動電流時，保護就會啟動。對于越限元件在差動電流超過越限啟動電流時，維持5 ms后就會啟動，其動作電流是差動定值的80%. ②差動原件。其作用是當變壓器發生嚴重故障時，自動斷開變壓器開關。③諧波元件。其作用是在變壓器空投情況下，避免勵磁涌流引起差動保護的誤動，動作依據是差流的諧波量比二次諧波系數和差動電流的乘積。④比率制動部件。其作用是當變壓器外部發生故障時，差動保護開始啟動有效的制動功能，同時對內部故障有高靈敏度。⑤TA判別元件。其作用是在運行過程中判斷回路情況，發生異常時發出告警，可通過控制元件來決定是否需要閉鎖保護。⑥電流相位補償元件。變壓器中的電流互感器常使用星形接線方式，把二次電流接入到裝置中。互感器的各個側極性都以母線側作為極性端，變壓器TV電流相位可通過軟件調整。⑦過負荷可監測變壓器兩側的電流。⑧過負荷通過冷卻器表現出變壓器負荷，監測其高壓側的電流。⑨過負荷閉鎖能體現出變壓器的負荷。

1.2 波形差動保護

其與諧波制動的不同之處在二次諧波上，本元件通過波形算法，在變壓器空載運行情況下，可分清楚合閘時生成的勵磁涌流和故障電流。當空載合閘因出現內部故障或外部故障而發生轉化情況下，本保護也能夠瞬間啟動。

差動保護包括電流互感器之間各種設備，內部發生故障的情況下，會自動跳開主變兩側斷路器。兩側的后備保護是差動后備保護和母線保護，動作過程中會延時跳開相應的斷路器。主變進行投產或檢修后，為有效且及時地斷開主變，根據相應的操作規定，必須選擇差動保護和高、低壓側壓板投入使用。

1.3 后備保護

在運行過程中，因為主變阻抗的影響，低壓側發生故障時，高壓側的電壓往往會變小，造成無法較快速啟動電壓閉鎖。為了保證在故障發生情況下，啟動動作有合適的靈敏度，在應用過程中應采用高、低壓側的并聯方法，保證低壓側發生故障時可以有效動作，同時利用高、低壓側的電壓，任何一側動作都可以啟動閉鎖回路。

1.4 復合閉鎖過流保護

在短路故障時，復合閉鎖過流保護可當成變壓器的后備保護使用。交流回路選擇90°接線時，如果這一側的TV發生斷開，保護元件將關閉。在這種情況下，如果電壓恢復，有關保護也能恢復。復合元件選擇這一側的TV或變壓器的TV；有關功率元件和電壓采用這一側的TV與TA；過流保護元件、電流采用這一側的TA。

1.5 零序過流保護

對于接地故障，零序過流保護可作為變壓器的后備保護，交流應采用專門接線，電壓電流采用這一側的TV與TA。在TV斷線的情況下，本保護元件關閉。當電壓恢復時，本保護即可恢復，可起到間隙保護作用，表現出間隙電壓、擊穿電流和零序電壓。

2 主變保護過程中的故障

變壓器發生故障時，其復役操作會通過低壓側的斷路器發生斷開，閉合有關斷路器來影響主變、傳輸負荷。在影響主變的過程中，如果低壓側斷路器和某種互感器間發生短路故障，差動保護是無法啟動的，而高壓側將選擇這一側的母線電壓，但由于其主變抗阻的影響而不能動作，低壓側母線由于電壓正常，也不能通過并聯來使用回路啟動高壓側的過流保護，這將導致其不能快速、有效地切除故障，致使主變燒毀和損壞。

在變壓器正常運行時，如果低壓側的斷路器和互感器間發生故障，低壓側的保護會在該側母線電壓下降、電流變化過大和短延的情況下跳開相應的斷路器，使低壓側相應線路的電壓得到恢復。但在這種情況下，電流會經過高壓側母線和主變到達故障部位，雖然高壓側的線路上故障電流較大，但這一側的電壓會因為主變阻抗的影響而不能通過動作開放，同樣不能快速、有效地解決故障，產生保護盲區。

3 對于故障采取的保護技術

3.1 高壓側有關動作的改進措施

在相應變壓器的后備保護過程中，可加上若干個與門電路，其動作情況是：在低壓側有關斷路器斷開，且高壓側電流大于允許值的情況下，根據規定時間跳開高壓側的斷路器；在三圈變壓器后備保護的過程中，可加上若干個與門電路，其動作情況是：在低壓或壓側斷路器斷開，且高壓側電流大于允許值的情況下，根據規定時間跳開有關斷路器。

3.2 改進中低壓側的保護方法

在變壓器后備保護的過程中，可加上若干個與門電路，其動作情況是：在低壓側斷路器斷開的情況下，且這一側的電流大于允許值時，根據規定時間跳開高壓側的斷路器。在三圈變壓器后備保護中，可加上若干個與門電路，其動作情況是：在中壓側的斷路器發生斷開時，且中壓側的電流超出了規定值，根據規定時間跳開高、中壓兩側的斷路器。

3.3 實際應用中的問題和解決措施

在實際應用過程中，由于運行方法的不同，會引起保護裝置發生誤判，因此必須采取有針對性的措施。對于兩圈變壓器，在低壓側斷路器停用或檢修狀態，但高壓側斷路器和主變處于運行狀態時，為防止低壓側斷路器由于移動引起保護異常啟動，要結合實際情況加上一塊位置壓板。對于三圈變壓器，除了和兩圈變壓器相同的問題外，還應考慮在高、中壓側的斷路器正在運行，而低壓側的斷路器處于備用時，可能出現的因中壓側短路造成的高壓側過流保護啟動；或在低壓側的斷路器發生斷開時，跳開變壓器兩側的斷路器等問題。因此，要注重動作時間的合理性，且部分變壓器應改變中壓側邏輯與接線方式，以防止發生此類情況。

4 結束語

長期以來，主變運行的安全始終受到人們的高度重視，很多專家與專業人員對其故障的原理做了較多的試驗和研究。對于變壓器發生的大部分故障，目前已經擁有比較健全的保護措施。由于變壓器的外部故障容易引起較大的損害，所以，應該深入分析在各種運行條件下導致外部故障的因素和相應的保護動作。

參考文獻

[1]柏再勝.繼電保護技術在變壓器故障解決中的應用[J].中國新技術新產品，2011（22）：129-130.

[2]劉昊瑋.淺談電力變壓器故障中的繼電保護技術運用[J].電子世界，2012（23）：37-38.

〔編輯：張思楠〕

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