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摘要：电力变压器是主要的电力设施之一，现代电力输送，均需要通过电力变压器对电压进行处理后才能进行使用，但受各种未知因素的影响，电力变压器的故障时有发生，降低了电力输送的效率，影响了电力资源的正常使用。继电保护作为变压器的有效保护措施，是提高变压器安全稳定使用的关键所在，优化继电保护的设计，对于提高电力变压器的稳定运行，有着不可替代的重要作用。本文对电力变压器继电保护设计进行了探讨。
关键词：变压器；继电保护；工作原理；基本构成；故障类型
近几年来，随着我国电力工业水平的快速发展，电网规模与日俱增，且网络的密集程度也有了较为明显的增长。在整个电力系统当中，作为一种极其重要的电气设备，电力变压器充当着一个负责转换的中间桥梁的角色。电力变压器很容易受到外接负荷的作用，因此在其工作期间可能会出现各种类型的故障，将对电力系统的稳定运行造成直接的影响，甚至会对大容量的变压器造成一定程度的损坏。所以，为使供电的安全、可靠性具有一定的保障，就必须根据具体的工作情况设置相应的继电保护装置。
1电力变压器继电保护系统的工作原理与基本组成
1.1电力变压器继电保护系统的工作原理
电力变压器继电保护是根据电力系统中元件发生短路或异常情况时的电气量（电流、电压、功率、频率等）的变化构成继电保护动作的原理，还有其他的物理量，如:变压器油箱内故障时伴随产生的大量瓦斯和油流速度的增大或油压强度的增高、变压器绕阻油温异常等；因此电压力变器继电保护由反应电气量的保护装置和物理量的非电量保护装置共同组成。变压器运行中的参数（如电流、电压、油温、气体含量）在正常运行和故障情况时是有明显区别的。正是通过对具体运行状态参数的实时采样测量分析，根据不同状态下的数据参数，能够判断继电保护系统是否处于正常的工作状态。与此同时，继电保护装置就是利用这些参数的变化，在反映、检测的基础上来判断电力系统故障的性质和范围，进而作出相应的反应和处理。
1.2电力变压器继电保护的基本构成
经过不断的发展，电力变压器继电保护系统已经到达了微机型的继电保护系统的状态。通过研究分析发现，这种类型的继电保护系统的组成主要包括测量比较部分、逻辑判断部分和执行输出部分三个方面：首先，要介绍的是继电保护装置的测量比较部分，由电流、电压互感器组成，它将被保护的电力系统运行中的物理量（参数）经过电气隔离并转换为继电保护装置中可以接受的信号；并与给定值进行比较，根据比较结果，从而判断保护装置是否启动，其次，是继电保护的逻辑判断部分，根据测量采样数值，按一定的的逻辑关系判定故障类型和范围，来确定应该使断路器跳闸、发信还是不动作等，并将对应的指令传给执行输出部分；最后是执行输出部分，它是根据逻辑部分传来的指令，来执行保护装置输出指令，如：在故障中动作于跳闸，不正常时发出信号，在正常时不动作等。
2继电保护基本要求
2.1选择性
保护配置一般按主保护、后备保护双重化原则考虑。所谓保护的选择性，是指当设备故障时应该由该设备的主保护予以切除故障，当故障设备或线路本身的保护或断路器拒动时，才允许由相邻设备保护、线路保护或断路器失灵保护来切除故障，否则会造成停电范围扩大化。
2.2可靠性高
可靠性是要求不误动、不拒动，即：继电保护装置在保护范围内该动作时应可靠动作，在正常运行状态时，不该动作时应可靠不动作。任何电力设备（线路、母线、变压器等）都不允许在无继电保护的状态下运行，可靠性是对继电保护装置性能的最根本的要求。
2.3快速性
电力系统的故障影响基本以毫秒为单位进行衡量，如果保护装置不能在整定时间点完成故障处理行为，那么即使最终故障被切除，但其造成的影响已经无可挽回，已经使某些设备形成不可恢复的损坏，因此要求护装置应尽快切除短路故障。引发变压器故障的原因多种多样，不同地域的变压器外部环境存在着较大的差异，但是经过系统的数据分析和案例分析，可以将所有故障归纳为相应的几大类型，进行数据存档。因此，在继电保护装置运行过程中可以通过这些数据的分析，对常见的一些故障进行有效解决，能够及时排除故障。
2.4灵敏性
当电力变压器在属于继电保护的范围内发生故障或者出现不正常的运行时，继电保护能够根据故障或问题的不同及时作出反应，并正确动作。
3电力变压器的常见故障
电力变压器的运行，具有两种不同形态的运行模式，其中正常运行与带病运行有着本质上的区别，正常运行状态的下的变压器，在不受到外力的影响下，不容易产生故障，而带病运行的变压器则极易产生故障问题。
3.1正常运行时
通常情况下，变压器不会受到内部环境的影响，但由于变压器变电压力等级的不同，各变压器之间可能存在电压不稳的状况，不稳定的电压极有可能是促使变电压力产生变化的主要诱导因素。
3.1.1变压器内部故障
变压器油箱的内部故障分为多种情况，而变压器的检测，需要按照相关顺序进行，通过电传导的方式，进行内部故障的排查，首先故障发生率最高的影响因素是线圈，早期的线圈主要采用银质与金质进行制造，具有良好的传导性，传输稳定性好，不容易产生老化，但由于受到当时经济环境的影响，采用以上材料制造的线圈频频发生失窃事件，因而不得不采用铜质作为线圈的主要制作材料，相比于金质与银质材料，铜质材料更加容易老化，同时线圈的工作环境始终处于高温，更加速了线圈的老化程度，使变压器油箱内部更容易出现故障问题。
其次是油箱内部的短路问题，油箱内部的短路问题由来已久，在诸多的变压器故障中，油箱内部的短路处理难度较大，主要原因是工作量较大，需要对内部进行逐一的排查，成本较高，部分变压器由于使用年限较长，大多数企业选择更换变压器或变压器油箱，而非是拆除维修。变压器中的高强度振动，是产生油箱短路的主要原因。最后一种是油箱内部的环境变化，引起的变压器内部的故障，为能够对电压能够有效的分配，变压器内部，必然产生巨大的热能，而高强度的热能源，则促使变压器内部的部分零件出现坏损的情况，铁芯是变压器内，坏损最为频繁的零件，铁芯损坏极有可能生产氧气，而氧气的堆积，对变压器内部其余零件也具有一定的腐蚀能力，进而增加了变压器的故障几率。
3.1.2变压器外部故障
变压器的外部故障，主要是变压器油箱外部绝缘套管及其引出线上发生的各种故障，主要是绝缘套管闪络或破碎而发生的单相接(通过外壳)短路，引出线之间发生的相间故障等，此外设备的不规范安装提高了外部损坏的几率。
3.2带病运行时
变压器的带病运行，主要是变压器超出了自身的运载负荷，在高压强的环境下进行工作；带病运行的产生，也可能是变压器超出了自身的运行期限，超期使用也是变压器带病运行的主要因素，变压器带电运行，极易造成变压设备的损坏，同时带来严重的后果与经济损失，对提高变压器的安全稳定运行，造成不利影响。
4电力变压器继电保护设计优化方法
4.1差动保护设计
将变压器两侧的电流互感器二次侧按正常时的“环流接线”是变压器差动保护动作电流设计的原则。如果变压器处于正常运行的状态，那么差动继电器中的电流为其两侧电流互感器CT的二次电流之差，其数值趋于0。如果差动继电器不发生任何动作，那么其保护也不会有任何作为。随着计算机芯片性能的提升，对位于变压器保护装置中所具有的主保护以及各侧全部后备保护的两套主变压器微机型保护装置进行了全力开发，其成果已经被广泛应用于实际工程中。所以，在330kV及以上高压侧电压的变压器可以采用安装双重差动保护的方法对电力变压器引出线、套管及其内部短路故障进行反应，从而实现有效反应电力变压器绕组及其引出线的多相短路及绕组匝间短路的纵联差动保护，同时也可以将电流速断保护作为主保护，另外也能达到将瞬时动作于断开各侧断路器的目的。
4.2瓦斯保护设计
差动保护以及后备保护设计反应的是电气量的变化，对非电气量，如：变压器本体油压、瓦斯气体无法监测，因此变压器应增设瓦斯保护设计。瓦斯保护主要是依靠气体继电器来实现动作的，其位于变压器油箱和油枕之间的连接导油管中。瓦斯保护主要有两种：①轻瓦斯保护动作于信号，故障分析可以通过采集气体继电器气体，来分析气体的含量，包括：颜色、可燃性、数量以及化学成分来判断保护的故障原因。根据此有关工作人员则可以及时察觉故障的发生并有针对性地对故障进行相关处理。②重瓦斯保护动作于断路器跳闸，变压器重瓦斯保护动作后，通过主变在线监测装置观察气体含量；气体采集并对气体的不同特征以及相关成分进行剖析；变压器高压试验等多方面进行综合分析，从而根据有关分析间接地推测、判断造成故障发生的原因、故障出现的部位和以及故障的严重程度。
4.3过电流保护设计
①低压变压器过电流保护设计。三相式三卷变压器通常用于配电变压器低压侧，而在低压侧两相短路时高、中压侧的阻抗保护通常无法发挥作用，起不到保护功能，因此难以达成作为相邻元件所具有的后备保护需求。在这种情况下可以在低压侧安置复合电压闭锁过流保护，并同时在其高、中压侧都设计并安装复合电压闭锁过流保护以及零序方向过电流保护或间隙保护等。
②高压变压器的保护设计。在电力变压器高压侧的过电流保护对低压侧母线规定有灵敏系数的时候，可以在电力变压器低压侧断路器和电力变压器高压侧断路器上设计安装有关的过电流保护装置，此时过电流保护则可以作为电力变压器低压侧母线的主保护以及后备保护。不过需要注意的是，一旦出现的是非金属性短路，在经过弧光短路的时候，则容易出现阻抗保护灵敏度不足以及整定延时超过2s等情况。基于以上分析，应该在电力变压器的高压侧也安装一个保护变压器热稳定的反时限过流保护装置，并且该装置的整定值必须根据电力变压器的热稳定要求进行设置。另一方面在电力变压器的低压侧应当另行设计保护，或者可以在电力变压器低压侧的中性线上实际零序电流保护装置。值得关注的是，需要根据中性线不平衡电流不超过变压器额定电流的25%的要求设计动作电流。
③负序过电流保护设计。在按照相间后备保护远后备原则进行配置的时候，必须避免被保护电力变压器所连接相邻线路发生一相断线时，在流过保护安装位置的时候出现负序电流。另外为了不引起负序过电流保护出现非选择性动作，在灵敏度方面应当配合相邻线路零序电流保护的后备段。
5结语
变压器的继电保护是提高电力系统安全性和可靠性的有效措施，在电力运行系统中，继电保护均起到极为重要的作用，不仅提高了输电的效率，也在一定程度上，提高了变压器的使用寿命。变压器作为一种重要的电力消耗品，降低使用的故障几率极为重要，较高的故障几率有损变压器的使用寿命，从而增加了电力运行的成本，而积极做好继电保护，是降低电力运行成本的有效途径。
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