主變壓器繼電保護設計及原理分析

陳乾雄

摘要：隨著社會的不斷發展，我們國家電力工業水平也在飛速運轉中，電網的形式與日俱增，社會的網絡密集程度也在不斷的增加，在整個電氣系統中，電力變壓器機電設備是一種非常重要的電力設備設施，其自身負責電力系統非常重要的轉換工作，因此電力變壓器很容易受到一些外界自然條件的影響，工作期間很容易導致大量的變壓器受到損壞，為了保障用電的安全和可靠，一定要根據實際的工作情況做好電力變壓器的繼電保護裝置。本文對電力變壓器繼電保護設計進行了探討，分析了電力變壓器繼電保護的工作原理，介紹了電力變壓器繼電保護的基本構成，指出了電力變壓器繼電保護系統常見的故障類型，具有一定的參考價值與指導意義。

關鍵詞：變壓器;繼電保護;工作原理;基本構成;故障類型

1、電力變壓器繼電保護系統的工作原理

電力變壓器繼電保護系統的工作原理是電力變壓器繼電系統根據電力系統中電力數值的波動情況而產生的一種進行自我調節的功能。整個電力變壓器繼電系統處于安全可靠的運行狀態是電力變壓器繼電保護系統進行正常工作的基本前提條件。根據實際運行情況的不同，繼電保護系統發揮保護作用的原理也會有所差別。通過對具體運行狀態參數的分析和測量，再找出不同狀態下的數據參量，能夠判斷繼電保護系統是否處于正常的工作狀態。與此同時，這些參數也能夠作為繼電保護系統不同運行狀態的依據，從而形成不同的原理。當繼電保護系統處于正常的工作狀態時，其工作原理是先測量后執行;當其處于非正常的工作狀態時，則需要將在系統故障情況下產生的物理參量與其正常運行時得到的結果進行對比。

2、電力變壓器繼電保護的基本構成

經過長時間的發展與演變，如今電力變壓器繼電保護系統已逐步發展到了微機型的繼電保護系統的狀態，該類型的電力變壓器繼電保護系統主要由3部分組成。①電力系統信號采集部分。其主要功能是收集并整理電力系統內部的電力數值的情況，然后將其收集整理的數據通過有效的傳遞方式提交給電力系統繼電保護部分。②電力系統的信號處理部分。其能夠對電力系統信號采集整理的信號進行處理，并以有效的方式對相關問題進行分類與處理。③信號輸出部分。該部分是十分重要的環節，信號輸出部分可以有效地將輸出信號的指令精準無誤地發送給電力系統，從而保障調節工作的順利進行。

3、電力變壓器繼電保護系統的故障類型

一般情況下，我們將電力變壓器保護裝置的故障類型簡單的分為兩種類型，即為油箱內部故障和油箱外部故障這兩種。一般來說，對于造成油箱內部故障發生的主原因，是在變壓器的內部相間短路、接地短路和鐵芯短路等問題引起的。由于發生在電力變壓器裝置系統內部故障的出現幾率非常高，并且內部故障的危險系數較大，所以，當內部故障發生時，產生的較大電弧不僅會燒毀變壓器內的絕緣部分，還會使變壓器內部的大部分絕緣體在嚴重受熱情況下，產生大量的有毒氣體，容易導致變壓器內部的油箱發生爆炸，產生嚴重的威脅人身安全的事故，因此對于變壓器內部的故障需要及時的對繼電保護裝置中進行排查，避免嚴重事故的發生。而一般油箱外部的故障發生的主要原因則是，變壓器自身的阻線與絕緣體相關的電路或接地斷線的現象引起的。此外，對于電力變壓器繼電保護中不能夠正常的進行運轉，需要我們從下面幾個方面進行概括。首先，因為電力變壓器外部線路短路造成的電流過大，或者是實際的變壓器負荷超載現象。其次，變壓器自身的油箱漏油會造成油面下降，導致在變壓器發生故障時不能夠及時的冷卻，而出現了溫度過高的現象。這些現象無疑都會對變壓器自身內部金屬設施造成嚴重的傷害，從而導致變壓器絕緣體的損壞，使得其后期事故不斷的發生。

4、電力變壓器繼電保護系統的有效設計方案

4.1、差動保護設計

變壓器繼電保護系統的差動保護設計原則是：使變壓器兩側的電流互感器按照正常工作狀態下的環流接線進行。在正常運行的狀態之下，差動繼電器中的電流值即為兩側電流互感器二次電流的差值，一般情況下，它近似等于零。當差動繼電器不工作時，其具有的保護作用也會相應停止。隨著高性能計算機芯片的出現，差動保護設計也已取得了一定的成果，因此，對于高壓側電壓大于330千伏的變壓器，可以采用雙重差動保護設計，從而對裝置的實際運行狀態進行有效的保護。

4.2、瓦斯保護設計

除了瓦斯保護可以動作，像差動保護以及其他有關保護設計通常是都不能進行動作的。瓦斯保護主要是依靠氣體繼電器來實現動作的，其位于變壓器油箱和油枕之間的連接導油管中。瓦斯保護主要有兩種：①首先輕瓦斯保護動作于信號，然后依照氣體的屬性，包括：顏色、可燃性、數量以及化學成分來判斷保護的理由以及電力變壓器繼電保護裝置故障的性質。根據此有關工作人員則可以及時察覺故障的發生并有針對性地對故障進行相關處理。②首先重瓦斯保護動作于斷路器跳閘，然后通過監視確定氣體發生的速度，并對氣體的不同特征以及相關成分進行剖析，從而根據有關分析間接地推測、判斷造成故障發生的原因、故障出現的部位和以及故障的嚴重程度。

4.3、過電流保護設計

設計低壓變壓器在過電流時進行保護裝置。一般情況下，如果是應用三相式的變壓器時主要是在變壓器的低壓側，一旦在壓側出現短路時，或者是沒有發揮出阻抗保護時，那么就起不到保護的作用。所以，在所有相鄰元件的后備必須要達到保護的作用。如果發生這種問題時，可以在低壓側設計一個復合電壓閉鎖過流保護，也可以在高、中壓側安裝一個復合的電壓閉鎖過流保護。另外，在設計高壓變壓器保護裝置時，當變壓器高壓側電流保護會對低壓側母線產生一定的靈敏度，所以，就可以對變壓器高壓側短路以及低壓側斷路器安裝一個保護裝置。一旦變壓器低壓側產生停運問題以及發生故障時，就會發生在開關和TA間出現非正常狀況，此時保護裝置則當作變壓器低壓側母線后備保護設計應用，也可以作為主保護的設計應用。有一點我們也是可以忽略的，就是發生非金屬性短路時，會出現靈敏度不足的阻抗保護，或者是出現延時以及超時的問題發生。通過在對上述問題發生過程當中，最好的解決方法就是在變壓器的高壓側設計一個保護裝置，可以安裝保護變壓器，也就是熱穩定的反時限過流裝置。并且必須把這種設置的整定值要與變壓器的熱穩定相適應，除此之外，對變壓器低壓側也要進行相應的保護，安裝一個電流保護裝置。

總結來說，根據上面的分析我們可以得知，電力變壓器的繼電保護系統在整個電力系統中具有非常重大的作用，所以就需要我國相關的技術人員加強對這一方面的研究與分析，還要對系統中存在的各種問題進行及時有效的處理，從而使電力系統正常的工作。除此之外，根據以前的經驗總結和研究結果發現，在電力變壓繼電保護系統中最常出現的問題就是二次回路的故障和電流互感器故障的出現。這就要求技術人員加強對這兩方面的重點研究，積極的改進這些問題，這樣會對電力變壓器系統的工作帶來很大的幫助，從而保證我國電力的正常運行，為社會的發展打下堅固的基礎。

參考文獻：

[1]禚超.配電變壓器繼電保護設計探討[J].科技經濟導刊，2017（36）：58+56.

[2]吉龍軍.110kV智能變電站繼電保護研究與設計[D].蘭州理工大學，2017.

[3]王愛心.淺談電力變壓器繼電保護設計[J].中國新技術新產品，2017（07）：59-60.

[4]李俊其.35kV變電站繼電保護改造調試的心得[J].農村電氣化，2016（09）：61.