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摘要：电力系统变压器是非常重要的部件。为了供电的可靠性和系统正常运行，必须视其容量的大小、电压的高低和重要程度，设置性能良好，动作可靠的继电保护装置电力变压器在运行中，可能发生各种类型的故障，对电力系统的安全连续运行会带来严重影响，特别是大容量变压器的损坏，对系统的影响更为严重。因此需要对电力变压器继电保护设计进行不断的完善，不断提升其工作性能以及运行的稳定性。
关键词：电力变压器；继电保护装置；设计策略
我国的电力事业随着我国的经济建设快速发展而飞速前进。不断扩大的电力设施以及日益复杂的电力网络都给人们的日常生产和生活带来了极大地方便。电力变压器是电力系统中极其重要的电气设备，它在整个电力系统中起转换枢纽的作用，变压器的安全运行与否，直接关系到电力系统能否连续稳定地工作。因此，为了供电的可靠性和系统正常运行，就必须视其容量的大小、电压的高低和重要程度，设置相应的继电保护装置。
1、变压器继电保护的特点
1.1可靠性
电力系统变压器的继电保护装置的工作特点决定了继电保护装置的高可靠性，这需要对继电保护装置进行有合理的设计配置以保证继电保护的优良性能，此外，在运行过程中进行合理的维护与管理也是很有必要的。在电力系统中，方法库和数据仓库是继电保护装置所采用的信息管理技术，这不仅方便对保护系统进行维护和升级，而且在继电保护装置运行时，整个信息管理系统为集中于网络中心的数据库和规则库，简言之就是集中式的运输，比传统分散式的传输更具有优势。具备了这样的继电保护系统，个别有问题的客户工作站就不会对整个电力系统造成不良的影响。
1.2速动性
速动性是指为提高系统稳定性，减轻故障设备和线路的损坏程度，缩小故障波及范围，提高自动重合闸和备用电源或备用设备自动投入的效果等，保护装置应尽快地切除短路故障。一般从装设速动保护（如高频保护、差动保护）、充分发挥零序接地瞬时段保护及相间速断保护的作用、减少继电器固有动作时间和断路器跳闸时间等方面入手来提高速动性。
1.3操作性
当前的电力系统变压器的继电保护装置都能与变电站的微机监控系统有通信联系。继电保护装置能实现与变电站的微机监控系统联系沟通是保护装置具备串行通信的能力，这样就能通过远程监控对整个电力系统变压器的继电保护装置进行实时监控，保障了继电保护系统的可操作性，进而使电力系统更为安全的运行。
2、电力系统变压器的故障类型
2.1电力系统变压器产生绕组故障
绕组是变压器的核心部件，负责电能的传输和转换，构成了变压器输人/输出电能的电气回路，绕组故障是出现在变压器线圈、纵绝缘中的故障，可分为绕组短路、断路、变形等。如果线圈的接头部分的焊接质量较低或者线圈与导电杆的接触不良，那么变压器则会因为接头温度过高加速局部的绝缘功能的老化，这样当其绝缘恶化发展到一个极限的时候，绕组就会出现短路。在变压器的正常工作过程中其外部如果出现比较严重的短路问题，绕组的外部形态就会因为受到机械力与电动力的共同作用产生不可逆转的变化，这种情况是引发绕组变形的主要原因，这一状况出现之后就会影响变压器的正常工作，另外，如果发生雷击绕组的薄弱部分也会发生绝缘损坏或者击穿的状况。
2.2电力系统变压器的铁芯故障与分接开关故障
铁芯是除绕组之外的又一重要部件，它与绕组共同负责电磁能量的传递和交换，要想确保变压器稳定运行，铁芯的质量也在其中起着决定性的作用。变压器的铁芯问题通常是发生在磁路之中的，这种类型的故障主要表现在三个部分，其一就是铁芯叠片发生绝缘故障，这时会产生大冲击力的电流，进而会产生很多的热量，从而影响变压器中线圈以及铁芯的绝缘功能，还会增加变压器的铁耗。其二就是铁芯在制作的时候，如果产生较大的毛刺或者叠片发生弯曲，那么铁芯容易发生局部的变形与短路，进而形成涡流损坏变压器。其三就是在变压器正常的工作时应避免铁芯出现多点接地的状态，否则会产生局部温度过高，从而使得变压器发生跳闸或者损坏的故障。
3、电力系统变压器的不正常工作状态
变压器的不正常运行状态主要有：变压器外部相间短路引起的过电流和外部接地短路引起的过电流和中性点过电压；负荷长超过额定容量引起的过负荷；油箱漏油引起的油面降低或冷却系统故障引起的温度升高。此外，对大容量变压器，由于其额定工作时的磁通密度接近于铁芯的饱和磁通密度，因此，在过电压或低频率等异常运行方式下，还会发生变压器的过励磁故障。这些不正常的运行状态会使绕组、铁芯和其他金属构件过热，威胁变压器绝缘。
4、电力系统变压器器继电保护设计方案
针对上述电力系统变压器的各种故障类型及不正常运行状态，设置相对应并且安全可行的继电保护装置是非常有必要的。其核心任务就是通过继电器切除故障变压器，或通过一些信号传达给运行的相关人员采取相应消除异常的措施。根据DL400―1991《继电保护和安全自动装置技术规程》技术的相关规定，电力系统变压器应装设如下保护设计。
4.1差动保护设计
变压器差动保护动作电流的设计原则是将变压器两侧的电流互感器二次侧按正常运行时的环流接线，变压器处于正常运行时，差动继电器内的电流等同于两侧电流互感器二次电流的差，该值非常接近于零，因此继电器不会动作，差动保护也不会发生动作。即在电流互感器二次回路端线且变压器处于最大符合时，差动保护不应动作。由于高性能计算机芯片的出现，在变压器1套保护装置中包含主保护、各侧全部后备保护的2套主变压器微机型保护装置已开发，并得到广泛应用。因此，为反应电力变压器引出线、套管及内部短路故障，对高压侧电压为330kV及以上的变压器，可装设双重差动保护，达到反应变压器绕组和引出线的多相短路及绕组匝间短路的纵联差动保护或电流速断保护作为主保护，瞬时动作于断开各侧断路器的目的。
4.2瓦斯保护设计
如果变压器内部发生严重漏油或匝间短路、铁心局部烧损、线圈断线、绝缘劣化和油面下降等故障时，往往差动保护及其他保护均不能动作，而瓦斯保护却能动作。瓦斯保护主要由气体继电器来实现，通常使用的瓦斯保护主要包含轻瓦斯保护动作于信号以及重瓦斯保护动作于断路器跳闸着两方面：一方面是轻瓦斯保护动作于信号，根据气体的数量、颜色、化学成分和可燃性等，判断保护的原因和故障性质，运行人员能够迅速发现故障并及时处理；另一方面是重瓦斯保护动作于断路器跳闸，监视气体发生的速度，分析气体的各种特征及成分，可以间接地推测故障发生原因、部位和严重程度，在变压器出现突然性严重故障时自动报警或切断电源。
4.3过电流保护设计
瓦斯保护装置的主要工作是针对油箱的内部状态，如果是油箱外部出现了问题，那么瓦斯保护装置就无能为力了，而过电流保护则可以检测到油箱外部出现的故障问题，可以成为瓦斯保护与差动保护的另一个后备保险装置，在外部的出线与绝缘套管出现问题导致短路。过电流保护通常是指变压器启动电流按躲开最大负荷电流来整定的一种保护装置。它主要在其各侧母线故障时起作用，特别是中、低压侧母线的故障。主要分为以下两种情况：
1）低压变压器过电流保护设计
变压器低压侧一般采用三相式三卷变压器，高、中压侧的阻抗保护很可能对压侧短路起不到保护作用，不能满足作为相邻元件后备保护的要求，这时可以同时在其高、中压侧均装设复合电压闭锁过流保护及零序方向过电流保护与间隙保护，低压侧装设复合电压闭锁过流保护。复合电压闭锁过流保护装置的电流元件应按大于变压器的额定电流整定，即I=K1/K2×I0式中，K1为可靠系数，取1.2～1.3；K2为返回系数，取0.85；I0为变压器的额定电流。同时，为了正确反映各侧的不对称短路残压，此装置还应安装一套低电压锁闭元件。电压元件的动作电压应低于运行中可能出现的最低工作电压，如大容量电动机启动引起的电压降低等，其计算如下：U=U0/K1×K2，式中，U0为校验点故障时，电压继电器装设母线上的最大残压；K1为可靠系数，取1.2～1.25；K2为返回系数，取1.15～1.2。
2）高压变压器的保护设计
如果变压器高压侧的过电流保护对低压侧母线有规定的灵敏系数时，则在变压器低压侧断路器与高压侧短路器上可配置过电流保护装置，当低压侧母差保护校验停运或故障拒动及开关与TA间故障时，此装置成为低压侧母线的主保护及后备保护。但是，如果短路为非金属性的，经弧光短路时，阻抗保护可能灵敏度不足或整定延时长于2.0s。因此，最好在高压侧设一个保护变压器热稳定的反时限过流保护，其整定值应由变压器的热稳定要求决定。同时，在低压侧另安装保护或在低压侧中性线上装设零序电流保护，跳高压侧短路器，其动作电流可按中性线不平衡电流不超过变压器额定电流的25%。
5、结语
在社会经济发展的推动下，人们对电力系统的供电安全、稳定的要求更加高，变压器在电力体系中担任着比较重要的工作职责，变压器的具体工作情况直接影响着供电的稳定性与安全性，电力变压器继电保护在运行的时候会受到其他方面的影响，产生一些运行问题，对人们的日常用电造成阻碍。因此，继电保护设计在以供电的可靠性和连续性为前提下，做好相应的严格设置。