变压器的继电保护范文

导语：如何才能写好一篇变压器的继电保护，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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关键词 电力变压器；二次回路；瓦斯保护；定时限过电流

中图分类号：TM4 文献标识码：A 文章编号：1671—7597（2013）021-085-02

电力变压器是电力系统变配电的重要设备，它的故障对配电的稳定、可靠和系统的正常运行都有明显且比较严重的影响，同时，电力变压器也是非常昂贵的设备，由此，提供对电力变压器的继电保护尤为重要。变压器通常需要的保护装置有瓦斯保护、纵差动保护或电流速断保护、相间短路的后备保护、接地保护、过负荷保护、过励磁保护等等。下面就电力变压器常用的典型保护做分析。

对于输电线路高压侧为110 kV及以上的工厂总降压的主变压器来说，应装设过流保护、速断保护和瓦斯保护。过流保护作为电流速断保护的后备保护，在有可能超过电力负荷时，也需装设过负荷装置。但是如果单台运行的电力变压器容量在10000千伏安及以上和并列运行的电力变压器每台容量在6300千伏安及以上时，则要求装设纵联差动装置保护来取代电流速断保护。由于主电源出口处继电保护装置动作时限为 2 s，则变压器保护的过电流保护动作时限可整定为1.5 s。

1 装设瓦斯保护

当变压器油箱内故障产生轻微瓦斯或油面下降时，瞬时动作于信号；当产生大量瓦斯时，应动作于高压侧断路器。

2 装设定时限过电流保护

2.3.2 过负荷保护动作时限

上述设计的电流及电压回路、保护操作回路的继电保护回路图设计情况如下：

1）电流回路：A相第一个绕组头端与尾端编号1A1，1A2，如果是第二个绕组则用2A1，2A2，其他同理。

2）电压回路：母线电压回路的星形接线采用单相二次额定电压57V的绕组，变电站高压侧母线电压接线，如图2。

①为了保证PT二次回路在莫端发生短路时也能迅速将故障切除，采用了快速动作自动开关ZK替代保险。

②采用了PT刀闸辅助接点G来切换电压。当PT停用时G打开，自动断开电压回路，防止PT停用时由二次侧向一次侧反馈电压造成人身和设备事故，N600不经过ZK和G切换，是为了N600有永久接地点，防止PT运行时因为ZK或者G接触不良，PT二次侧失去接地点。

③1JB是击穿保险，击穿保险实际上是一个放电间隙，正常时不放电，当加在其上的电压超过一定数值后，放电间隙被击穿而接地，起到保护接地的作用，这样万一中性点接地不良，高电压侵入二次回路也有保护接地点。

④传统回路中，为了防止在三相断线时断线闭锁装置因为无电源拒绝动作，必须在其中一相上并联一个电容器C，在三相断线时候电容器放电，供给断线装置一个不对称的电源。

⑤因母线PT是接在同一母线上所有元件公用的，为了减少电缆联系，设计了电压小母线1YMa，1YMb，1YMc，YMN（前面数值“1”代表I母PT。）PT的中性点接地JD选在主控制室小母线引入处。

⑥PT二次电压回路并不是直接由刀闸辅助接点G来切换，而是由G去启动一个中间继电器，通过这个中间继电器的常开接点来同时切换三相电压，该中间继电器起重动作用，装设在主控制室的辅助继电器屏上。

3）保护操作回路：

继电保护操作回路是二次回路的基本回路，110 kV操作回路构成该回路的主要部分，220 kV操作电压回路也是应用同样的原理设计形成的，传统电气保护的阀值、开关量进行逻辑计算后，提交给操作回路。对微机装置进行保护。因此微机装置保护仅仅是将传统的操作回路小型化，板块化。下面的操作回路见图3。

1）当开关闭合时，DL1立即断开，然后DL2闭合。HD、HWJ、TBJI绕组、TQ组成回路，点亮HD，HWJ开始操作，但是由于线圈的各个绕组有较大的电阻阻值，致使TQ上获得的电压不至于让其执行跳开动作，保护跳闸出口时，TJ、TYJ、TBJI线圈、TQ直接连通，TQ上线圈电流变大，获得较大电压后开始工作，由于TBJI接点动作自保持，所以TBJI绕组线圈一直等待所有断路器断开后，TBJI才返回（即DL2断开）。

2）二次保护合闸回路原理与二次保护跳闸回路相同。

3）在二次回路合闸绕组线圈上并联了TBJV回路，这个保护回路是为了防止在线圈失去电压跳闸过程中又有电压合闸命令，由于短时间内的繁复跳合闸而损坏机构。例如合闸后绕组充放电的延迟效应，及容易造成合闸接点HJ或者KK的5，8粘连，当开关在跳闸过程中，使得TBJI闭合，HJ、TBJV绕组、TBJI接通，TBJV动作时TBJV绕组线圈自保持，相当于将合闸线圈短路了（同时TBJV闭触点断开，合闸绕组线圈被屏蔽）。这个回路叫防跃回路，防止开关跳跃的意思，简称防跃。

4）D1、D2两个二极管的单相连通让KKJ合闸后的继电器开始工作，KKJ的工作通过手动合闸来完成，手动跳闸的目的是让KKJ复归，KKJ是电磁保持继电器，动作后并不是自动返回的，所以KKJ又称手动合闸继电器，广泛用于“备自投”、“重合闸”，“不对应”等的二次回路设计。

5）HYJ与TYJ是感压型的跳合闸压力继电器，它一般接入断路器机构的气压接点，根据SF6产生的气体所造成的气体压力而动作，所在以SF6为绝缘介质的灭弧开关量中，若气体发生泄露，那么当气体压力降到不能够灭弧的时侯，接点J1和J2连通，将操作回路断开，防止操作发生，造成火灾隐患。在设计和施工中，值得注意的是当气压低闭锁电气操作时候，不能够在现场直接用机械方法使开关断开，气压低闭锁是因为灭弧气压已不能灭弧，这个时候任何将开关断开的方法都容易造成危险，容易让灭弧室炸裂，造成设备损毁，正确的方法是先把负荷断路器的负荷去掉之后，再手动把开关跳开，保证电气的安全特性。

6）辅助的位置继电器HWJ，TWJ，主要用于显示二次回路当前开关的合跳闸位置和跳合闸线圈的工作状况。例如，在运行时，只有TQ完好，TWJ才动作。

所有保护及安控装置作用于该断路器的出口接点都必须通过该断路器的操作系统，不允许出口接点直接接入断路器。

目前的保护装置都已经采用微机式保护方式，但从电气操作的灵敏性、快速性、安全性考量，机电式保护在许多电厂及变电站被广泛的使用着。

参考文献

[1]熊为群，陶然.继电保护、自动装置及二次回路第二版[J].中国电力出版社.

[2]李瑞荣.电气二次回路识图与常见故障处理[J].中国电力出版社.

[3]程逢科，李公静.电气二次回路应用入门[J].中国电力出版社.

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关键词：电力系统 变压器 常见故障 继电保护

电力变压器是电力系统中输配电的主要设备，如果发生故障将会给电力系统的正常运行及供电可靠性带来严重的影响。为了保证电力变压器的安全运行，防止事故扩大，确保电力系统安全稳定的运行，可根据变压器的容量、结构及故障类型装设相应的继电保护装置。

1、电力变压器常见故障及不正常运行状态

变压器油箱内部原副边绕组可能发生相间短路、匝间短路、中性点直接接地系统侧绕组的单相接地短路以及原副绕组之间的绝缘击穿等故障。油箱内部故障产生电弧，引起绝缘油的剧烈气化，可能导致变压器油箱的爆炸。油箱外部套管和引出线也可能发生相间短路和接地短路。

2、根据情况及异常运行方式，变压器一般需要配置以下保护

2.1差动保护或电流速断保护

利用变压器高、低压侧电流大小和相位，可实现差动保护。反应变压器引出线、套管及内部短路故障的纵联差动保护或电流速断保护。保护变压器绕组或引出线各相的相间短路、大接地电流系统的接地短路以及绕组匝间短路，保护瞬时动作于断开变压器的各侧断路器。差动保护不仅能够正确区分区内外故障，还可以在无其他元件的保护配合的情况下无延时的切除区内各种故障，因此差动保护经常作为电气主设备的主保护被广泛应用于各种电气主设备和线路的保护中。《继电保护和安全自动装置技术规程》中对装设纵联差动保护和电流速断保护有如下规定：

2.1.1对6.3MVA以下厂用变压器和并列运行的变压器，以及10MVA以下厂用备用变压器和单独运行的变压器，当后备保护时间大于0.5s时，应装设电流速断保护。

2.1.2对6.3MVA及以上厂用工作变压器和并列运行的变压器，10MVA及以上厂用备用变压器和单独运行的变压器，以及2MVA及以上用电流速断保护灵敏性不符合要求的变压器，应装设纵联差动保护。

2.1.3对高压侧电压为330kV及以上变压器，可装设双重纵联差动保护。

2.2过电流保护

电网中发生相间短路故障时，电流会突然增大，电压突然下降，过流保护就是按线路选择性的要求，整定电流继电器的动作电流的。过电流保护可作为瓦斯保护和差动保护或电流速断保护的后备保护，反应变压器外部相间短路。一般过电流保护宜用于降压变压器；复合电压起动的过电流保护，宜用于升压变压器、系统联络变压器和过电流保护不满足灵敏性要求的降压变压器；负序电流和单相式低电压起动过电流保护，可用于63MVA及以上升压变压器；对于升压变压器、系统联络变压器，当采用过电流保护不能满足灵敏性和选择性要求时，可采用阻抗保护。

2.3零序电流保护

反应大接地电流系统中变压器外部接地短路的零序电流保护。110kV及以上大接地电流系统中，如果变压器中性点可能接地运行，对于两侧或三侧电源的升压变压器或降压变压器应装设零序电流保护，作变压器主保护的后备保护，并作为相邻元件的后备保护。

利用接地时产生的零序电流使保护动作的装置，叫零序电流保护。在电缆线路上都采用专门的零序电流互感器来实现接地保护。将零序电流互感器套地三芯电缆上，电流继电器接在互感器的二次线圈上，在正常运行或无接地故障时，由于电缆三相电流的向量之和等于零，零序互感器二次线圈的电流也为零(只有很小的不平衡电流），故电流继电器不动作。当发生接地故障时，零序互感器二次线圈将出现较大的电流，使电流继电器动作，以便发出信号或切除故障。

2.4过负荷保护

反应变压器对称过负荷的过负荷保护，仅作用于信号

对于400kVA及以上的变压器，当数台并列运行或单独运行并作为其他负荷的备用电源时，应根据可能过负荷的情况装设过负荷保护。对自耦变压器和多绕组变压器，保护装置应能反应公共绕组及各侧过负荷的情况。变压器的过负荷电流，在大多数情况下，都是三相对称的，故过负荷保护只要接入一相电流，电流继电器来实现，并进过一定的延时作用于信号。选择保护安装在哪一侧时，要考虑它能够反映变压器所有各侧线圈过负荷情况。在无经常值班人员的变电所，必要时过负荷保护可动作于跳闸或断开部分负荷。

2.5过励磁保护

目前的大型变压器设计中，为了节省材料，降低造价，减少运输重量，铁心的额定工作磁通密度都设计得较高，接近饱和磁密，因此在过电压情况下，很容易产生过励磁。在过励磁时，由于铁心饱和，励磁阻抗下降，励磁电流增加的很快，当工作磁密达到正常磁密的1.3~1.4倍时，励磁电流可达到额定电流水平。其次由于励磁电流是非正弦波，含有许多高次谐波分量，而铁心和其他金属构件的涡流损耗与频率的平方成正比，可引起铁心、金属构件、绝缘材料的严重过热，若过励磁倍数较高，持续时间过长，可能使变压器损坏。因此，高压侧为500kV的变压器宜装设过励磁保护。

装设变压器过励磁保护的目的是为了检测变压器的过励磁情况，及时发出信号或动作于跳闸，使变压器的过励磁不超过允许的限度，防止变压器因过励磁而损坏。

2.6瓦斯保护

瓦斯保护是反应变压器内部气体的数量和流动的速度而动作的保护，保护变压器油箱内各种短路故障，特别是绕组的相间短路和匝间短路。当油箱内故障产生轻微瓦斯或油面下降时，应瞬时动作于信号；当油箱内故障严重时，产生的气体量非常大，气体流和油流相互夹杂着冲向油枕上部，由于压强的作用，继电器内部的油面降低，瓦斯保护启动，瞬时断开变压器各侧的断路器。《继电保护和安全自动装置技术规程》规定，0.4MVA及以上车间内油浸式变压器和0.8MVA及以上油浸式变压器，均应装设瓦斯保护。

瓦斯保护具有可靠、灵敏和速动性，但只能反应油箱内部的故障，不能反应引出线的故障。有时还会受到一些外界因素的影响，所以还需要设置其他后备保护。

2.7压力保护

压力保护也是变压器油箱内部故障的主保护，当变压器内部故障时，温度升高，油膨胀压力增高，弹簧带动继电器触点，使触点闭合，作用于切除变压器。

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关键词：电力系统；变压器；继电保护装置；油沉式变压器；断路器保护

电力变压器的正常运行可以保证电力的有效运输，而保证电力变压器正常发挥功能的关键是继电保护，其工作能否完成将影响着电力体系的完整度。只有对电力变压器的继电保护进行科学分析，才能在电力变压器续电出现故障时做出合理应对，更好地处理电力运输过程中可能出现的各种意外状况，从而保证电力系统的稳定性和安全性。

1 继电保护基本概念

在研究电力系统故障和危及安全运行的异常工况时，需要探讨应对事故的自动化措施。由于这些措施主要用带有触点或辅助触点的继电器来保护电力系统及其元件，例如线路、发电机、变压器和母线等，使之免遭损害，所以称其为继电保护。

2 电力变压器的继电保护

GB/T50062―2008《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》中第4.0.3条，针对变压器引出线、套管及内部短路故障的保护范围已经有了详细的说明，结合《工业与民用配电设计手册》第三版第七章的内容，电力变压器的继电保护配置（容量在5000kV・A以下的电力变压器）如下表所示。

通过上表不难看出，除容量小于400kV・A的变压器外，目前大多数的设计中，高压侧均采用断路器，变压器均需要装设带时限的过电流保护，并且当过电流保护时限大于0.5s时，还需要加装电流速断保护；对于2000～5000kV・A的变压器，当电流速断保护不能满足灵敏性时，还需要装设纵联差动保护。

3 电力变压器继电保护实例

某大型研发中心项目，两路10kV高压进线，高压母线采用单母线分段运行方式，高压开关柜采用断路器保护；选用两台10/0.4kV的油沉式变压器，容量为1250kV・A，变压器型号为SCB11-10/0.4kV-1250//Dyn11。低压侧母线采用单母线分段运行方式。10kV母线上短路容量假定为300MV・A。

本案例中，过电流继电器选用GL感应型，是考虑到GL型继电器的反时限特性。反时限过电流继电器的动作根据电流的大小决定，电流上升越快动作时间越短，上升慢时间就长。而DL定时限过电流继电器是根据电流的大小变化，在大于整定值时发出信号，通过时间继电器延时，到时间就发出跳闸信号。所以对短路这种情况来说用GL型是最理想的，可以做到瞬时保护，而DL型一定要在时间继电器延时时间到才能动作。

3.1 过电流保护

根据短路电流的计算方法（或查《工业与民用配电设计手册》第三版P.169）不难得出：在变压器低压侧发生三相短路时，变压器出口端的三相短路电流为Ik=25.22kA，流过高压侧的超瞬态电流为：

（1）

正常运行时，变压器的额定电流（高压侧）为

（2）

因此，装设三个GL型过电流继电器和三个电流比为100/5的电流互感器TA1～TA3，即

nTA=100/5 （3）

继电器接线方式如图2所示，采用接于相电流的方式。

根据《工业与民用配电设计手册》第三版第7章表7-3可以查出，过电流保护时，保护装置的动作电流按下式计算（应躲过可能出现的过负荷电流）

（4）

式中，Krel为可靠系数，取1.3；Kjx为接线系数，取1；Kgh为过负荷系数，取3；Kr为继电器返回系数，取0.85。

将以上数值及式（2）、式（3）代入式（4），得保护装置的动作电流Iop.K=16.52A，取17A。

继续校验保护装置的灵敏系数，应满足（按电力系统最小运行方式下，低压侧两相短路时流过高压侧的短路电流校验）

（5）

为省略计算，依然假定电力系统最小运行方式下，10kV母线上短路容量为300MV・A（实际应用时应从电力部门获取相关数据），即

（6）

则最小运行方式下变压器低压侧两相短路时，流过高压侧的稳态电流

（7）

式中，2/ 为变压器低压侧发生两相短路时，流过高压侧的电流分布系数，其取值根据变压器连接组别、继电器接线方式、短路故障形式以及保护方式的不同略有不同。

3.2 电流速断保护

同理，假定电力系统最大运行方式下，变压器低压侧三相短路时，流过高压侧的超瞬态电流为 （8）

则保护装置的动作电流（应躲过低压侧短路时，流过保护装置的最大短路电流）为 （9）

式中，Krel为可靠系数，取1.5；Kjx为接线系数，取1。

将式（3）、式（8）代入式（9），得

（10）

取76A。瞬动电流倍数为76A/17A=4.47，取5倍。

3.3 低压侧单相接地故障保护

拟利用高压侧三相式过电流保护完成低压侧的单相接地保护，保护装置的过电流和动作时限与过电流保护相同，校验保护装置的灵敏性。则保护装置的灵敏系数为（11）

最小运行方式下，变压器低压侧母线或母干线末端单相接地短路时，流过高压侧的稳态电流为I2k1.min。

4 结束语

总之，电力变压器是现代电力系统的重要组成部分，如果它出现故障，将会极大的影响电力系统的正常运转。而电力变压器的继电保护是电力变压器最重要的保护体系和设备，同时也是保护电力变压器的有效手段，不仅可以保证电力变压器的正常运行，而且还可以将发生故障的可能性降到最低。因此，为了能够发挥电力变压器继电保护工作的最大价值，必须对电力变压器的继电保护技术进行分析，从而保障电力变压器继电保护工作的正常进行，保证电力系统的安全性和稳定性，减少电力系统故障发生的概率。

参考文献

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Abstract:The short circuit impedance of 35kV high-capacity transformers is relatively small, resulting in over-current protection 35kV and 35kV lines 10 kV side of transformer backup protection could not coordinate with each other, through the example of substation protection setting calculations, the problems are analyzed by the definite value cases of transformer relay protection calculation. The methods of add 10 kV side of the outlet sections with a sensitivity of back-up to 35kV transformer are proposed which could solve the problems of non-coordination and could improve reliability.

关键词:大容量变压器;继电保护;后备保护;整定;配合

Key words:high capacity transformer; relay protection; back up protection; coordination

中图分类号:TM77 文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)03-0063-01

0引言

针对35kV大容量变压器的相关继电保护整定计算进行分析,并提出在35kV变压器10kV侧增加一段后备保护的方法,可实现10kV母线或10kV线路故障时动作的选择性,提高了用户变电站的供电可靠性。

1保护的整定计算

计算以一条110kV变电站的35kV线路所连接变电站的20MVA变压器为例。已知35kV线路长度为4km,35kV变压器型号为SFZ11-20MVA,阻抗电压为8%,变35kV系统母线阻抗为0.28/0.36。按照DL/T584-2007《110kV电网继电保护装置运行整定规程》(以下简称《整定规程》),延时电流速断定值应对本线路末端故障有足够的灵敏度,DZ≤10min/KLM;KLM为灵敏系数,KLM≥1.5;IDmin为本线路末端两相短路最小电流。

为保证选择性,35kV线路延时电流速断保护应躲过35kV变电站10kV母线短路,即应满足,IDmax为35kV变电站10kV母线短路时流过35kV线路三相短路最大电流;对于35kV中、小容量变压器其35kV供电线路延时电流速断保护定值一般能同时满足要求,这样的定值既可对全线路故障有足够灵敏度,又能可靠躲过对侧10kV母线故障。变35kV母线两相短路最小电流为:IDmin=23(0.3165+600.12)=2702A;变10kV母线短路流过35kV线路的三相短路最大电流为:IDmax=(0.28+10.51620+0.375)=2012A;很显然,同时满足以上两式的定值是不存在的。从以上计算不难看出,正是由于大容量变压器的投入,使变压器的阻抗值变小,35kV变电站10kV母线短路时流过35kV线路短路电流较大,是造成保护不配合的重要原因。因此,35kV主变后备保护按照GB/T14285-2006《继电保护和安全自动装置技术规程》第4.3.5.1条及《整定规程》第6.2.9条的规定,供电区35kV主变压器后备保护整定计算的一般原则为:①高、低压侧均采用过电流保护:②过流保护定值按躲过最大负荷电流整定;③对用户变电站一台主变运行一台备用(或单台主变)的运行方式,高、低压侧过流保护均采用以较短时限跳低压侧分段,以较长时限跳变压器两侧开关,跳两侧开关时间与35kV线路过流保护动作时间采用相同。根据以上原则,对35kV变主变高、低压侧后备保护整定如下:高压侧后备保护KKI=0.95×330=451A;低压侧后备保护:DZkPH.maxPHf中:kPH为配合系数,低压侧后备保护动作时限及跳闸开关与高压侧相同。

2 保护整定计算中存在的问题

保护整定计算中存在的问题。根据《整定规程》规定,35kV线路延时电流速断保护必须保证灵敏度要求,即定值必须进行计算取值,这样35kV线路延时电流速断保护的保护范围延伸至10kV母线。为保证电网故障时有选择性地保护动作,根据《整定规程》4.3.4条规定,35kV线路延时电流速断保护可按与10kV出线灵敏度段的电流保护进行配合,按10kV线路灵敏度段的保护时限为0.3s考虑,35kV线路限时电流速断保护可按延长一个时限级差即0.6s考虑。此时,在35kV变电站10kV母线发生短路故障时,如发生短路,此时在变压器后备保护动作前(1.1s跳10kV分段后恢复10kV另一段母线正常供电),35kV线路延时电流速断保护(0.6s)可能已经先动作跳开35kV线路,在经过不少于1.0s延时重合闸动作后将再次重合于永久性故障而跳闸。同样,所在母线10kV线路故障,10kV开关拒动时,同样会发生上述越级跳闸现象。这种在35kV大容量变压器系统中按常规的整定配合方法在故障时扩大了停电范围(多停了一段10kV母线),而且可能使变压器后备保护因时限较长在母线故障时没有动作机会。

3 解决不配合问题的措施

为解决所出现的不配合问题,可以考虑在现有接线方式的情况下,探索新的整定配合方案,以满足保护配合关系,提高供电的可靠性。(1)35kV线路限时电流速断保护按保证线路末端故障灵敏度整定,并考虑和10kV线路有灵敏度段电流保护(0.3s)配合,保护时限按比10kV线路电流有灵敏度段保护长一个时限段(0.6s)整定,10kV线路有灵敏度段电流定值;ID Z.10≤103.55IDZ.35/KPH中:IDZ.10为10kV线路有灵敏度段保护电流定值;IDZ.35为35kV线路延时电流速断保护电流定值;kPH为配合系数,kPH≥1.1。(2)考虑在35kV变压器10kV侧后备保护中增加一段过流保护,保护电流定值按10kV母线故障又不低于1.5倍的灵敏度整定,动作时限按与10kV线路有灵敏度段保护的一个时限整定。10kV母线短路流过主变低压侧开关的两相短路最小电流为:ID.min=23(0.36+05.51020+0.375)=5570A,DZ(2)D.minLM5570I≤IK=1.5=3713A动作时限:与10kV线路有灵敏度段保护配合,0.6s跳10kV母线分段开关,0.9s跳主变10kV侧开关。主变10kV侧增加一段后备保护,当所在母线及其所连设备发生故障时或本段母线上10kV线路故障开关拒动时,后备保护0.6s跳开10kV母线分段开关切除故障点,同时35kV线路延时电流速断保护动作后重合成功,恢复对10kV另一段母线供电。这样可以很好地解决10kV母线及其连接设备故障及10kV线路故障开关拒动时的保护配合问题,保留原后备保护(电流定值较小),可对10kV线路末端故障起后备作用。

4结语

对于35kV大容量变压器由于阻抗较小造成的保护不能相互配合问题,本文通过分析计算,提出了采用35kV主变压器10kV侧增加一段后备保护的方法,可有效解决10kV母线及其连接设备故障和10kV线路故障开关拒动时的保护配合问题,防止出现越级跳闸扩大事故停电范围,保留原后备保护,可对10kV线路末端故障起到很好的后备作用,保护方案做到了较好配合,提高了供电可靠性。

参考文献:

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关键词：继电保护；供电系统；电力变压器故障

中图分类号：TM7文献标识码： A

一、电力变压器的常见故障和非正常运行状态

电力变压器的故障分为内部和外部两种故障。内部故障指变压器油箱里面发生的各种故障，主要靠瓦斯和差动保护动作切除变压器；外部故障指油箱外部绝缘套管及其引出线上发生的各种故障，一般情况下由差动保护动作切除变压器。速动保护（瓦斯和差动）无延时动作切除故障变压器，设备是否损坏主要取决于变压器的动稳定性。而在变压器各侧母线及其相连间隔的引出设备故障时，若故障设备未配保护（如低压侧母线保护）或保护拒动时，则只能靠变压器后备保护动作跳开相应开关使变压器脱离故障。因后备保护带延时动作，所以变压器必然要承受一定时间段内的区外故障造成的过电流，在此时间段内变压器是否损坏主要取决于变压器的热稳定性。因此，变压器后备保护的定值整定与变压器自身的热稳定要求之间存在着必然的联系。

变压器的不正常运行状态即变压器在故障状态运行的状态，变压器在不正常的运行状态运行，会加快绝缘材料老化、使得铁芯、绕组和其他金属构件热量过高，从而降低绝缘强度，减少变压器的使用寿命，导致其他故障的发生。因此，电力变压器要装设继电保护装置，以及时将短路故障切断，防止更大的损坏的发生。

二、电力变压器常见故障

电力变压器在运行过程中，一般常出现的故障主要分为内部故障和外部故障两种。内部故障的危险性要大于外部故障，曾有内部故障在严重情况下导致变压器油箱爆炸，造成整个供电系统瘫痪。电力变压器常见的故障主要分为芯体、变压器油、磁路等方面的故障。芯体故障主要就是集中在绝缘层老化或者线圈受潮导致的短路方面，短路会使绕组造成的机械损伤，影响变压器的使用。变压器油故障主要是绝缘油长时间的高温运行，导致氧化或吸收空气中的水分使绝缘性能下降，进而导致一定的闪络放电情况。也有部分的变压器油故障是由于油泥沉积阻塞油道，进而使变压器的散热性能变差，长时间运行导致危险发生。磁路故障是变压器最常见故障，磁路的芯体绝缘老化，导致漏磁漏电情况，或磁路的螺丝碰接铁芯导致磁路不能正常工作，或压铁松动引起电磁铁振动和噪声等。这些故障有的能够通过异常现象发现并及时排除，但更多的是隐形故障，平时很难发现，使在变压器故障状态运行是很危险的，需要及时的发现并且排除故障。

三、继电保护

（一）继电保护的特点与要求

继电保护装置是目前人们采用的最普遍的装置，自继电保护装置应用开始，短时间内就得到广泛利用，主要是由其特点决定的。继电保护的特点是可靠性高、

实用性强，并且能够实现远程监控。继电保护应用的装置是配置合理并且科学技术含量高的继电保护装置。继电保护的信息管理技术采用方法库与数据库，整个信息管理系统由传统的分散式传输转变为集中式运输。各种新技术与新系统的使用使继电保护的可靠性增强。继电保护信息系统的应用，使供电系统中出现的实际问题，能够通过系统有效的对各个部分中的各类数据及时使用和共享，更方便工作人员的操作，因此继电保护的实用性也得到增强。随着电子技术与信息化技术在各个领域的推广与应用，供电系统也及时的根据实际情况采用了新的信息化技术。通过电子信息技术的应用，能够对供电系统的电力变压器的运行状态，进行二十四小时无人监控。最先进的是通过运行状态分析，能够发现电力变压器的隐形故障，及时的在大的故障产生前把隐形故障排除，保障了供电系统的安全平稳运行，减少了经济损失。

现代的继电保护虽然有着非常好的优势，但是对装置的要求更高，没有好的继电保护装置，继电保护的特点与性能就不能完全发挥。继电保护装置最基本的要求就是灵敏性与可靠性。供电系统一般要求继电保护装置的设计原理、整定计算、安装调试等全部要正确无误，还要求组成继电保护装置的各元件的质量可靠。继电保护装置也需要定期的进行运行维护检查与保养，尽量提高供电系统变压器继电保护的可靠性。

（二）继电保护措施

1.瓦斯保护

瓦斯保护是供电系统电力变压器油箱的主要保护措施，能够在变压器油箱发生内部故障的时候自动启动。变压器油箱内部发生故障一般会引起油面降低，瓦斯继电器的能够平衡锤的力矩会发生变化而降落，从而接通上下触点，自动发出报警信号。供电系统的电力变压器发生突发性的严重事故的时候，也会有相应应对措施。变压器的最严重故障为油箱漏油，油箱漏油会使变压器发生爆炸，导致整个供电系统瘫痪。漏油使电力变压器的液面会发生较大的变化，继电器的上下触点也能够接触，初步实现自动报警。随着漏油的继续，油位降低到一定数值，继电器能够自动跳闸保护整个供电系统，避免大的损失产生。供电系统的电力变压器大多在0.8MVA以上，都应该配备瓦斯保护装置。

2.差动保护

供电系统的变压器内部引出线短路，绝缘套管相间短路故障发生时，变压器内的匝间出现问题时，继电系统都会及时启动电流速断保护。电流速断保护的主要优势是能够准确的定位故障发生的位置，及时分析出发生故障的类型，然后马上调用内部已经编订好的程序，根据故障的情况发出相应的预警措施。如果故障程度比较轻，差动保护可以预警后并延长故障继续发生的时间，为专业人员的维修提供一定的时间差，同时差动保护还可以利用已经编好的程序，对小型故障进行自动的排除等。如果故障程度比较严重，差动保护会直接报警并且断电，避免短路后经济损失情况的发生。由于差动保护具有以上的优势，目前供电系统广泛采用该技术，它将成为未来继电保护的一种趋势。

3. 过电流保护

过电流保护是作为瓦斯保护和差动保护后备保护，可以准确反应出变压器短路所导致的过电流。过电流保护装置一般是装在电力变压器的电源侧，并且根据变压器的要求装配不同的保护装置。升降压变压器处可以装配复合电压起动的过电流保护，大接地电流系统中，可以在变压器外部装配零序电流保护，作为主变压器保护的后备保护。过电流保护的具体启动方式应该根据相配备的变电器的相应数据进行合理选择，没有统一的标准，可以根据供电系统的不同需求装配不同的 过电流保护装置。

4.过励磁保护

现代供电系统由与工作电压过高，电力变压器的额定磁密接近饱和。频率降低时与电压升高时，变压器都很容易出现过励磁，导致铁心的温度上升影响绝缘性能。安装励磁保护装置，可将变压器的过励磁引起的过电流反映出来，从而可防止变压器绝缘老化，提高变压器的使用效能。

5.过负荷保护

过负荷保护能够反应变压器正常运行时所出现的过负荷情况。过负荷装置仅在变压器有可能过负荷的情况下才装设，通常能够检测出过负荷的信号。它的基本工作原理为：一相上进行一个电流继电器的装设，并经过一定时间延长动作于信号来进行过负荷保护

四、结论

供电系统的电力变压器由于运行时的各种因素产生故障，对供电系统的安全与稳定造成影响。许多隐性的故障人工排除比较困难，突发性的严重故障会造成巨大的经济损失，必须要有好的继电保护促使才能避免损失。而事实证明，继电保护装置措施可以改善变压器严重故障发生概率，对于隐性故障能够起到报警作用。研究和应用继电保护措施，可以促进供电系统的稳定与安全。

参考文献：

[1] 丁永生. 10kV供电系统中变压器继电保护分析[J],中国新技术产品,2009（23）

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【关键词】变压器故障 继电保护技术 电气量保护配置

电力变压器作为电力系统中的关键设备，是保证电力系统安全运行的基础，如果变压器出现故障时，保护装置不能再规定的时间内快速完成动作，有可能会导致变压器被损坏，严重时会导致变压器被烧毁，由于变压器工作过程中有一定的局限性，当断路器和互感器之间出现故障且无法及时消除时，会对变压器造成比较大的影响，对于这种情况可以选择低压开关辅助的方法来对外部结构进行更改，进而达到消除故障的目的。

1 电力变压器继电保护装置的基本含义

电力变压器继电保护装置的主要作用是确保电力系统稳定运行，给予用户提供可靠和安全的供电服务，其中电力变压器继电保护的主要功能有以下几点。

（1）一旦电力变压器系统产生动作信号或者故障信息就能够快速做出回应，确保继电保护功能和设计能力能够充分发挥出来。

（2）若是变压器产生异常问题或者故障问题时，能够迅速命令继电保护动作将电力变压器切点，并隔离线路异常问题和故障问题，减少故障事故带来的影响。

（3）电力变压器继电保护能够减少异常问题或者故障问题带来的经济损失，确保电网和电力变压器运行的经济性和稳定性。

电力变压器继电保护装置主要具有四种性能，即灵敏、快速、可靠以及选择等多种性质。其中灵敏性是指继电保护对于设备设定的动作故障和相关异常情况能够及时可靠的完成中断动作。而继电保护装置的快速性则是指设备在发生故障时能够以最快的速度促使断路器跳闸，从而断开故障，终止异常状态。继电保护装置的可靠性则主要划分为两种形式，即可信赖性和安全性，其中可信赖性是指继电保护在正常动作过程中出现异常或者故障时，能够及时准确的完成既定动作，安全性是要求继电保护在非设计状态下，能够立即停止动作，从而将损失降至最低。

2 电气量保护配置分析

2.1 差动保护

在变压器的谐波闭锁差动保护中，涉及到的绝大多数都是启动和差动元件，其主要囊括谐波制动和异常判定以及其他等多种元件。而继电保护装置的保护过程主要划分为以下几个方面：

（1）对于启动元件的使用，其主要包含差流突变量和超限两种元件，在实际使用过程中如果差电流产生变动并且持续性的超过启动电流时，便是立即激发启动保护动作。而朝鲜元件在差动电流在差动电流超过超限启动电流并且超过5ms时，则会立即启动保护动作。

（2）对于差动元件的使用，其主要作用时在变压器产生故障或者线路异常时，能够实现快速切断电路的基本功能。

（3）而谐波元件的基本作用时变压器在空投状态是能够有效避免励磁涌流所产生的差动保护错误动作，而动作产生的依据其实是差流中二次谐波分量电流和基波分量电流的基本比例。

（4）比率制动部件。比率制动部件的主要作用是指变压器外部产生故障，差动保护便能够立即启动制动功能，减少故障问题的影响范围，并且比率制动部件对于内部故障具有较高的灵敏度。

（5）过负荷通过泠却器产生的变压器负荷，能够准确的检测到高压侧的电流。

2.2 波形差动保护

波形差动保护和谐波制动的主要区别在于二次谐波，在变压器空载运行的状态下，利用波形算法，计算合闸生成的励磁涌流与故障电流。如果空载合闸产生内部故障或者外部故障，波形差动保护会立即启动，并确保电力系统的安全和稳定。

而差动保护则主要囊括有流互感器中的各种设备，在内部产生故障时则会立即跳开主变两侧的断路器。而两侧的后背保护则主要包括差动后背保护和母线保护，在保护指令和动作过程中会延时跳开断路器。在主变经过投产和检修之后，为了快速和有效的断开主变，应当严格按照相关设备操作要求进行。

2.3 后备保护

后备保护在实际运行中由于受到主变阻抗的影响，当低压侧产生异常问题或者故障时，则高压侧电压可能变小，因此导致难以迅速启动电压闭锁。通常情况下使用高、低压侧的并联方式来提高故障状态下启动动作的灵敏性和快速性，确保低压侧产生故障过程中能够迅速启动保护动作。此外还可以通过高、低压侧电压，高低两侧动作都可以快速启动闭锁回路。

2.4 零序过流保护

在接地故障产生时，借助零序过流保护能够对变压器形成后背保护，而交流应当选择专有接线，并且电压和电流分别采取该侧的TV和TA。而TV如果产生断线情况，零序过流保护将会即刻关闭。在电压恢复正常之后，零序过流保护则会立即恢复正常，并投入使用。借助该种方式能够将间隙保护的作用发挥到最大。

3 分析主变保护的主要故障

3.1 分析变压器操作过程中产生的主要故障

变压器在工作过程中，其检修复役的主要操作过程为：当低压侧断路器断开时，则合上高压侧断路器迅速冲击主变，完成主变冲击之后会迅速合上低压侧断路器，然后再送出负荷。若在冲击主变过程中低压侧断路器与电流互感器产生短路故障，则差动保护无法正常启动跳闸命令。并且高压侧后备保护的高压侧母线电压因为主变阻抗相对较大，所以难以正常启动跳闸命令，而低压侧母线因为电压正常所以也无法利用并联启动回路保护高压侧，无法迅速切除线路故障，从而产生主变烧毁损坏的现象，这就是主变保护的盲区，如图1所示。

3.2 对变压器运行中所产生的故障进行分析

变压器在实际运行中，如果低压侧断路器与电流互感器之间产生故障问题或者异常状况，变压器低压侧保护必须在低压侧母线电压降低与电流增大两个条件下，通过较短时延动作跳开主变低压侧断路器，确保低压侧母线电压稳定和正常。而实际上故障点没有得到隔离，并且短路电流由高压侧母线经过主变向故障点进行输送，尽管高压侧故障电流相对大，但是高压侧电压受到主变阻抗影响，难以启动可靠动作，因此无法快速清除故障，从而产生保护盲区。

4 有效避免主变故障的方法

4.1 不断优化高压侧后备保护动作逻辑

为了有效减少主变故障可以不断优化高压侧后备保护动作，在两圈变压器主变高压后备保护中添加与门电路，动作逻辑是：若低压侧断路器已经断开时，高压侧电流比规定数值较大，则根据规定时间跳高压侧断路器，动作逻辑电路如图2。

同时，在三圈变压器主变高压后备保护中添加与门电路，动作逻辑是：若低压侧断路器或者中压侧断路器已经断开时，而高压侧电流比规定值大，那么就需要根据固定时间跳高、中、低压断路器。

4.2 不断优化中低压侧后备保护动作逻辑

在两圈变压器主变低压后备保护中添加与门电路，动作逻辑是：若低压侧断路器已经断开，而低压侧电流比规定值大，那么就需要根据规定时间跳高压侧断路器；然后再在三圈变压器主变中压后备保护中添加与门电路，动作逻辑是：若中压侧断路器已经断开，而中压侧电流比规定值大，那么就需要根据规定时间跳高、中压侧断路器。

5 注意事项与应对策略

（1）在两圈变压器中，当检修低压侧断路器时，高压侧断路器与主变正在运行，需要在高压侧断路器安装低压侧断路器位置输入压板，以免低压侧断路器位置产生变化导致高压侧出现误判现象。

（2）在三圈变压器中，不仅需要对低压侧断路器冷备用和检修问题进行考虑，还需要对高中低压侧断路器运行状态进行综合考虑，同时中低压侧断路器热备用状态极易产生线路短路状况，迫使高压侧保护过流动作，迅速做出跳开动作。其中，改变中低压侧保护逻辑与接线能够有效实现变压器动作的时限配合。

6 结论

综上所述，为了保证变压器安全稳定的运行，在原有的变电系统中除了要安装继电保护设备以外，还需要增设门电路辅助或复合电压闭锁，通过对对变压器内部逻辑判据和变压器外部接线进行调整来达到消除故障的目的，保证电力系统可以稳定、安全的运行。

参考文献

[1]陈新，吕飞鹏，蒋科，等.基于多技术的智能电网继电保护在线整定系统[J].电力系统保护与控制，2010，38（18）：167-173.

[2]龙波，艾昶恩，曹扬.变压器继电保护技术及配置方案研究[J].仪器仪表用户，2014（05）：37-40.

[3]王世阁，钟洪壁.电力变压器故障分析与技术改进[M].北京：中国电力出版社，2004.

作者简介

王海峰（1979-），男，山东省济南市人。大学本科学历。现为华电章丘发电有限公司助理工程师，从事发电设备管理工作。

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关键词：110kV变电站 接地变压器保护 误动原因 措施

近年来，城市110kV变电站10kV馈线大量采用地下电缆，导致系统电容量大大增加。而当两条馈线同一相先后发生高阻接地时，电流的叠加会造成变压器零序电流保护误动，目前电力部门解决保护误动的思路是加装接地变压器来构成低阻接地接线方式，形成一条零序电流的通道，以便当10kV系统发生接地时，根据接地点所在位置，由相应零序保护有选择性动作将接地故障隔离，以防电弧重燃引发过电压，保证电网设备安全供电。

本文选取的某城市电网改造中实施了低阻接地接线方式，加装了接地变压器和接地变压器保护设备，确保了10kV系统任意馈线发生接地故障时能快速切除故障，降低对电网冲击的可能性。不过，随着用电负荷加大以及后期维护方面原因，该电网系统陆续出现多次接地变压器保护误动事故，干扰到了电网系统的稳定运行，给周围用户带来的麻烦。本文笔者结合多年的电力系统工作经验，以选取上述城市变压器系统改造为例分析了接地变压器保护误动发生的原因及解决措施，具有一定的借鉴价值。

1、接地变压器发生保护误动原因

我们先看10KV馈线零序保护工作原理，流程图如下：

从以上流程图分析来看，三个节点零序CT、馈线保护和开关决定着接地变压器能够正常工作，倘若一个节点出现故障，将导致保护误动事故发生，据此从以上三个节点来分析：

1.1 零序CT误差引发保护误动

当10KV馈线发生接地短路故障时，故障线路零序CT检测到故障电流，对应的馈线零序保护首先启动切除故障线路，同时接地变压器的零序CT也检测到故障电流，保护启动，为了遵循选择性的原则，实现10KV馈线保护优先动作，10KV馈线零序保护电流和时间整定值要比接地变压器保护小。根据现行变电站运行数据可知，接地变：一次电流75A、1.5S切10KV分段、1.8S闭锁10KV自投、2.0S切变低、2.5S切两侧；10KV馈线：一次电流60A、1.0S切开关。

但由于各种原因，CT难免有误差，如果接地变压器的零序CT-10%误差，馈线的零序CT+10%误差，两者的实际电流动作值为67.5A和66A，几乎相等，只依靠时间选择，当发生10KV馈线接地时，就很容易造成接地变零序过流越级动作。

1.2 电缆屏蔽层接地线错误引发保护误动

110KV变电站10KV馈线都采用带屏蔽层的电缆，且电缆屏蔽层在两端同时接地，这是一种有效的电磁抗干扰措施，10KV馈线零序CT都是用穿心式，零序CT穿过电缆安装于开关柜电缆出线处，利用电磁感应原理，接地短路故障时产生的不平衡电流，在零序CT上感应到电流从而使保护装置动作，然而，电缆屏蔽层两端接地后，流过电缆屏蔽层的感应电流也将会在零序CT上感应到电流，如果不采取措施，将影响到馈线零序保护不能正确动作，从而引起接地变压器保护越级动作见图1。

1.3 10KV馈线保护拒动导致保护误动

目前电网系统广泛应用微机型保护装置，保护性能大大提高，但保护装置生产厂商和型号也比较多，产品质量和技术参差不一，散热能力差也是其一大弊端，装置故障时有发生，从110KV变电站保护设备故障统计表明，10KV馈线保护装置的电源插件、采样插件、CPU插件和跳闸出口插件最容易出现故障。所以一旦它们出现故障又未即时处理，保护有可能拒动，造成接地变压器保护误动。

1.4 10KV馈线开关拒动导致保护误动

近年来，由于使用时限长、操作次数多或是本身的质量问题，发生在10KV开关柜上的故障越来越多，其中开关控制回路的故障尤其突出，特别是一些欠发达的山区，由于还有部分旧式开关柜（GG-1A型）仍在运行和发生接地故障机率较多。如果在开关柜故障期间出现馈线接地故障，即使零序保护正确启动，由于开关拒动也会造成接地变压器保护误动，从事故调查分析，馈线接地故障零序保护动作，命令跳开馈线开关，同时跳闸线圈烧坏，开关不能动作，是开关拒动的主要原因。

1.5 10KV两条馈线高阻接地

当两条10KV馈线同相高阻接地时，两条10KV馈线保护只达到告警值，零序保护不动作，但有可能达到接地变压器保护动作值，引起接地变压器保护误动，例如一馈线单相高阻接地，零序电流达到40A，馈线零序保护不动作（动作值为60A）；接着另一馈线也同一相高阻接地，零序电流达到50A，零序电流未达到60A，馈线零序保护也不动作；但电流叠加达到90A，超过接地变压器保护动作值（动作值为75A），将造成接地变压器保护零序过流越级动作。

2、防止接地变压器保护误动的解决措施

2.1 防止零序CT误差

（1）零序CT质量要过硬；（2）实现严格校验零序CT性能，5%及以上误差率放弃；（3）10KV馈线零序保护动作电流整定值和接地变压器零序保护动作电流整定值均应按一次值整定，保护校验时应从零序CT一次升流检验其正确性。

2.2 确保电缆屏蔽层接地线一次成功率

（1）电缆屏蔽层接地线必须由上向下穿过零序CT，并与电缆支架绝缘，在穿过零序CT前不应有碰地现象。电缆屏蔽层接地线头、尾留出部分金属导体，用于一次升流，其余部分用绝缘材料可靠包扎。当电缆屏蔽层接地线引出点低于零序CT时，电缆屏蔽层接地线不能穿过零序CT。尽量避免电缆屏蔽层接地线引出点位于零序电流互感器的中间位置；（2）加强专业技能培训，使各相关班组人员清楚零序CT安装方法。特别是继电保护专业和电缆专业的人员，必须要掌握零序CT安装方法和电缆屏蔽层接地线安装方法，并严格执行；（3）加强验收管理，继保、运行、电缆等专业班组共同把好零序CT安装接线关。

2.3 消除馈线保护拒动隐患

（1）选用质量可靠，运行成熟、故障率少的保护装置；（2）对运行年限长和经常故障的保护装置，要计划更换；（3）加强保护装置的运行维护，发现故障马上处理；（4）安装空调和通风系统，改善保护装置运行环境，防止元件长期在高温条件下运行。

2.4 消除馈线开关拒动隐患

（1）配置质量可靠，运行成熟、故障率少的开关设备；（2）对运行年限长的开关设备和经常故障的开关设备，要计划更换逐步淘汰旧式开关柜，更换成电动储能型或弹簧储能型的密封式开关柜；（3）加强开关控制回路的维护，发现故障马上处理；（4）对于跳闸线圈经常烧坏的问题，应采用性能优良的线圈。

2.5 杜绝馈线高阻接地

变电器往往会安装零序保护接地报警系统，一旦发生馈线高祖接地，信号会发生，此时可沿着信号指示来进行排查。此外，加强对10KV馈线线路改造，尽量减少线路供电半径，合理调节各相负荷平均分布，以此减少正常运行的电容电流。

3、结语

近年来，在电力系统中各地区电网都基本加装了接地变压器及相关保护设备，以此达到改善电网结构和提高电网安全稳定运行的目的，然而，在陆续发生的接地变压器保护误动事故中，加强变电站接地变压器保护误动的措施势在必行。

参考文献

[1]王勇.110kV变电站接地变压器保护误动原因的分析与解决措施[J].农村电气化，2010，（09）.

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关键词 变压器保护；双重化配置；保护配置

中图分类号TM310 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2011）49-0167-02

1 保护配置

根据GB/14285-2006《继电保护和安全自动装置技术规程》的要求，容量和电压等级各不相同的电力变压器配置不尽相同的保护。#7、#8主变压器包括差动整断、稳态比率差动等全部电气量主保护，瓦斯等非电气量主保护和其他常规电气量保护，另外，还包括主变压器220kV侧、110kV侧、10kV发电机侧和6kV高厂变侧的零序方向过流、间隙零序过流、零序过压、复合电压闭锁等后备保护及各类报警信号。在国家电力公司2000年9月的《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》中明确提出，220kV主变压器的微机保护必须双重化。因此，热电厂#7、#8主变压器保护装置均采用双重化配置，包括RCS-978E电气量保护装置和RCS-974非电气量保护装置。而#7、#8主变压器220kV侧采用内桥型接线，GIS中的断路器分别具有两组跳闸线圈，该两套保护装置分别动作于断路器中的一组跳闸线圈。#7、#8主变压器差动保护电流分别取自220kV断路器侧和桥联侧、110kV侧、发电机10kV侧、高厂变6kV侧电流互感器的专用次级线圈，具体接入方式如图1所示。

双重化的保护采用同一厂家、相同原理和相同接线方式，对变压器发生各类复杂故障时可靠切除故障和日常设备运行维护更加有利。

2 保护整定

2.1 差动速断保护

整定原则：按躲过励磁涌流，最严重外部故障时的不平衡电流及互感器饱和，并保证在最小运行方式下最小短路电流有足够灵敏度整定。

2.2 启动和报警值

差动启动电流值：为防止运行中变压器的CT短线和涌流造成误动，按躲过变压器额定负荷下的不平衡电流整定：

TA报警差流定值：按躲过最大负荷下由于CT误差造成的不平衡电流和最大分接头误差。

2.3 比率差动定值

稳态比率差动动作方程：

其中Ie为变压器额定电流；

Im1.分别为变压器各侧电流；

Icdqd为稳态比率差动起动定值；

Id为差动电流；

Ir为制动电流。

另外，变压器220kV、110kV、发电机、高厂变各侧后备保护均按照装置技术说明书进行整定。

3 结论

采用保护双重化后，保护的运行方式变得灵活，但由于各类压板较多，操作变得复杂，与传统的主变保护有许多不同之处。

总而言之，石化电网#7、#8主变压器采用保护双重化后，增加了保护装置运行的灵活性与可靠性，保护的出现是一种进步。 从微机变压器保护发展趋势看，微机变压器保护选择双主双后、主后一体的配置，即保护功能由彼此独立的不同CPU插件实现，出口跳闸回路分开，这种结构和原则突出地体现了微机＝保护构成的特点及优越性，既多CPU并行处理，整体结构紧凑，数据共享，又组屏相对简单、回路清晰、对外连线简单，投退方便、独立性强，是今后主变微机保护发展的方向。

参考文献

篇9

关键词：变压器，过电压，保护措施

 

变压器运行时，如果电压超过它的最大允许工作电压，称为变压器的过电压。过电压往往对变压器的绝缘有很大的危害，甚至使绝缘击穿。过电压分为内部过电压和大气过电压两种。输电线路直接遭雷击或雷云放电时，电磁场的剧烈变化所引起的过电压称为大气过电压(外部过电压)；当变压器或线路上的开关合闸或拉闸时，因系统中电磁能量振荡和积聚而产生的过电压称为内部过电压。变压器的这两种过电压都是作用时间短促的瞬变过程。科技论文。内部过电压一般为额定电压的3.0－4.5倍，而大气过电压数值很高，可达额定电压的8－12倍，并且绕组中电压分布极不均匀，端头部分线匝受到的电压很高。因此，必须采取必要的措施，防止过电压的发生和进行有效的保护。

过电压在变压器中破坏绝缘有两种情况，一是将绕组与铁心(或油箱)之间的绝缘高压绕组与低压绕组之间的绝缘(这些绝缘称为主绝缘)击穿；另一种是在同一绕组内将匝与匝之间或一段绕组与另一段绕之间的绝缘(这些绝缘称为纵绝缘)击穿。由于过电压时间极短，电压从零上升到最大值再下降到零均在极短的时间内完成，因而具有高频振荡的特性，其频率可达100kHZ以上。在正常运行时，电网的频率是50HZ，变压器的容抗很大，而感扩ωL很小，因此可以忽略电容的影响，认为电流完全从绕组内部流过。但对高频过电压波来说，变压器的容抗变成很小，而感抗变成很大，此时电流主要由电容流过，所以必须考虑电容的影响。科技论文。考虑电容影响后，变压器的分布参数电路（见后面图1）。

其中：CFe——绕组每单位长度上的对地电容；C’——高低压绕组之间每单位长度上的电容；Ct——绕组每单位长度上的匝间电容；L’——过电压时绕组每单位长度上的漏电感；R’——绕组每单位长度上的电阻。

下面简单说明两种不同类型过电压产生的原因：

1.内部过电压我市电网中，绝大多数是降压变压器，下面就以降压变压器空载拉闸为例说明内部电压产生的原因

根据变压器参数的折算法可知，把二次侧(低压侧)电容折算到一次侧(高压侧)时，电容折算值为实际值的(1/K2)倍，所以二次侧电容的影响可以略去不计。这就是说，空载时可以忽略二次侧的影响。就一次绕组来说，由于每单位长度上的对地电容CFe是并联的，故对地总电容为CFe=ΣCFe由于一次侧单位长度上的匝间电容Ct是串联的，故它的匝间总电容为Ct=1/(Σ1/Ct)在电力变压器中，通常CFe＞＞Ct，所以定性分析时，匝间电容的影响也可略去不计。当再忽略绕组电阻R1时，可得空载拉闸过电压时的简化等效电路（见后面图2）：其中L1是一次绕组的全自感。把空载变压器从电网上拉闸时，如果空载电流的瞬时值不等于零而是某一数值Ia，这时相应的外施电压瞬时值为Ua。于是在拉闸瞬间，电感L1中储藏的磁场能量为1/2L1i2a，电容CFe上储藏的电场能量为1/2CFeU2a。由于这时变压器的电路是由电感L1和电容CFe并联的电路，故在拉闸瞬间，回路内将发生电磁振荡过程。在振荡过程中，当某一瞬间电流等于零时，此时磁场能量全部转化为电场能量，由电容吸收，电容上的电压便升高到最大值Ucmax。当不考虑能量损失时，根据能量守恒原理有CFeU2cmax= L1i2a＋CFeU2a故得上式表明，当拉闸电流和电容上的电压一定时，绕组的电感愈大，对地电容愈小，则拉闸时过电压愈高。电力系统中，拉闸过电压通常不超过额定电压的3.0－4.5倍。

2.大气过电压大气过电压是输电线路直接遭受雷击或雷云放电时，电磁场的剧烈变化所引起的

当输电线路直接遭受雷击时，雷云所带的大量电荷(设为正电荷)通过放电渠道落到输电线上，大量的自由电荷向输电线路的两端传播，就在输电线上引起冲击过电压波，称为雷电波。雷电波向输电线两端传播的速度接近于光速，持续的时间只有几十微秒，电压由零上升到最大值的时间只有几微秒。雷电波的典型波形为曲线由零上升到最大值这一段称为波头，下降部分称为波尾。如果把波头所占时间看成是周期波的四分之一周期，则雷电波可看成是频率极高的周期性波。这样，当过电压波到达变压器出线端时，相当于给变压器加上了一个频率极高的高电压。这一瞬变过程很快，一开始，由于高频下，ωL很大的，1/ωC很小，电流只从高压绕组的匝电容和对地电容中流过。由于低压绕组靠近铁心，它的对地电容很大，(即容抗很小)，可近似地认为低压绕组接地。科技论文。可雷电波袭击时，沿绕组高度上的电压分布取决于匝间电容Ct和对电容CFe的比例。在一般情况下，由于两种电容都存在，过电压时，一部分电流由对地电容分流，故每个匝间电容流的电流不相等，上面的匝间电容流过的电流最大愈往下面则愈小，随着电压沿绕组高度的分布变为不均匀，见下图：(图3是过电压波加在变压器两端的电压)从图中可见，起始电压分布很不均匀，靠近输电线A端的头几匝间出现很大的电压梯度，因此，在头几个线匝里，匝间绝缘和线饼之间的绝缘都受到很大的威胁，这时最高匝间电压可能高达额定电压的50－200倍。

3.过电压保护为了防止变压器绕组绝缘在过电压时被击穿，必须采取适当的过电压保护措施，目前主要采用下列措施

3.1避雷器保护

在变压器的出线端装设避雷器，当雷电波从输电线侵入时，避雷器的保护间隙被击穿，过电压波对地放电，这样雷电波就不会侵入变压器，从而保护了变压器。

3.2加强绝缘

除了加强变压器高压绕组对地绝缘外，针对雷电波作用的特性，还要加强首端及末端部分线匝的绝缘，以承受由于起始电压分布不均匀而出现的较高的匝间电压。这种方法效果有限，而且加厚绝缘使散热困难，同时减少了匝间电容，增大了匝间电压梯度。目前只在35kV及以下的变压器中采用。

3.3增大匝间电容

匝间电容相对于对地电容愈大时，则电压的起始分布愈均匀，电压梯度越小，因此增加匝间电容是有效的过电压保护措施。过去常采用加装静电板或静电屏的方法，现在在110kV以上的高压变压器上，广泛采用纠结式线圈。纠结式线圈制造工艺简单，不增加材料，与连续式线圈相比能显著增大匝间电容，所以现在高压大型电力变压器的高压绕组大多数采用了这种绕线法。结束语造成变压器过电压的原因多种多样，针对不同的过电压，有不同的过电压保护措施。在实际工作中，我们应进行经济上和技术上的全面研究，选择有效的过电压保护措施，确保变压器的安全稳定运行。

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关键词：城市地铁；供电系统；变压器故障

中图分类号：U231文献标识码： A

地铁是靠电力牵引的电动列车，地铁上的一些辅助设施如照明、空调、通风、排水、通信、自动扶梯和防灾报替等，都依靠电能才能运行，而电能是靠供电系统提供的，电力系统中的重要电气设备就是变压器，一旦发生故障后果将不堪设想。因此，本课题通过对地铁供电系统变压器故障分析和研究，找出其中的薄弱环节，摸索总结出系统中一定的故障规律，以便指导地铁的日常维护来确保地铁安全可靠地运行。

1 地铁电力系统主要能源

1.1 高压供电

1.3 混合供电方式

即集中式和分散式两者结合的供电方式，其中以集中式供电方式为主，分散供电方式为辅，两者的完美结合使供电系统更加完善、更加可靠。

1.4 地铁内部供电

地铁内部供电是由牵引和动力照明的供电系统组成，首先将牵引变电所产生的三相高压交流电转换成适合实际需要的低压直流电，然后再经过馈电线送到接触网上，最后就可以供地铁车辆使用。像车站和区间的各类照明、风机、扶梯、信号等自动化设备都需要依赖此方式供电才能运行。

2 变压器故障分析与保护

2.1 故障类型

内部故障：包含相间、单相接地和绕组匝间三种短路方式。这些故障带来的危害非常大，发生故障产生的高温电弧很容易烧毁铁芯，而且使变压器的油绝缘因受热分解生成大量的气体，从而引发油箱爆炸。

2.2 变压器保护

为避免这些故障的发生就需要对变压器进行保护，具体实施方法如下：

（1）瓦斯保护：适用于高于0.8MVA油浸式变压器和高于0.4MVA户内变压器保护，瓦斯保护可防止绕组的相间短路和匝间短路故障的发生，变压器油绝缘因受热分解产生大量气体从油箱经连通管流向油枕，通过反应变压器油箱内部气体的数量和流动的速度构成瓦斯保护。

（2）纵差保护或电流速断保护：此方法可避免变压器绕组和引出线的相间短路、中性点直接接地电网侧绕组短路、引线接地短路以及绕组匝间短路问题。装设差动保护适用于并列运行变压器（6.3MVA以上）和单独运行的变压器（含10MVA及10MVA以上）也适用于6.3MVA及以上的厂用变压器，而对于变压器（10MVA以下）过流大于0.5时则采用电流速断进行保护。

（3）安装过电流保护可以把因相间短路所造成的过电流等问题进行有效地解决，还可以当成纵差保护及瓦斯的后备保护措施。一般为变压器选取在反应相间上短路电流加强时会做出动作的那种电流保护当作后备保护措施。同时如果安装阻抗保护、复合电压在启动时过电流保护、过电流保护、负序时过电流保护与低压启动时过电流保护可较好达到其对灵敏度的需求。

（4）对大于110kV的中性点直接接地系统中的变压器，应装设零序电流对其进行保护。在装设过程中要注意其电流的大小和系统中变压器中性点接地台数和位置关系，从而有效避免大接地电流系统中单项和两相接地所发生的短路现象。

（5）装设过励磁保护：励磁涌流对变压器的危害性不大，这种冲击电流发生的时间相当短暂，带来的影响可忽略不计，但对变压器进行多次连续合闸充电所带来的大电流冲击对绕组间的机械力作用会带来影响，一般会造成该固定物松动。同时，励磁通流还能引起变压器的差动保护，其发生的故障类型较多，按照回路进行划分可分为电路故障、油路故障和磁路故障。以变压器所构成主体结构为基础，可将故障划分成铁芯、绕组、附件及油质四种故障形式。

3地铁供电系统中变压器的保护

3.1电流速断保护与纵联差动保护

我们通过对变压器安装电流速断保护或者纵联差动保护，来解决变压器中性点直接接地电网侧绕组和引线接地短路、引出线和绕组造成的相间短路以及绕组匝间短路等故障。一般来说，电流速断保护应安装在过流时限大于0.5s的10MVA以下变压器；纵联差动保护应安装在10MVA及以上单独运行的变压器和6.3MVA以上并列运行的变压器。纵联差动保护包括在暂态情况下、稳态情况下、带制动特性的差动保护。纵联差动保护反应被保护变压器流出电流和隔断流入的相量差。

3.2瓦斯保护

变压器保护中的瓦斯保护是指改变变压器油箱内部气体的流动速度和数量对变压器进行保护，防止变压器出现各种故障。我们需要对户内的0.4MVA以上变压器和户外0.8MVA及以上的油浸式变压器安装瓦斯保护装置，从而解决变压器油箱内部各种油面降低和短路故障等问题。瓦斯保护的优点主要有灵敏度高、动作迅速、接线安装简单，可以直接反映变压器油箱内部发生的各种故障。不能直接反映油箱以外的引出线及套管等部位上发生的故障是瓦斯保护最主要的缺点。因此，作为变压器的主要保护措施之一的瓦斯保护，与纵联差动保护相互补充、相互配合，及时有效地解决变压器的各种故障问题。

3.3过电流保护

变压器保护中的过电流保护主要作为纵联差动、瓦斯保护的后备保护措施，一般安装在反应外部相间短路引起的过电流问题。为满足灵敏度要求，可安装低压启动的过电流保护、复合电压启动的过电流保护、过电流保护、负序过电流保护以及阻抗保护，选用较大的反应相间短路电流而造成的过电流保护作为变压器的后备保护措施。

3.4过励磁保护

在变压器保护中安装过励磁保护是为了解决变压器中的过励磁问题。由于励磁涌流造成的冲击电流存在的时间很短，因此其对变压器伤害不大，此外，励磁涌流有可能引起变压器的纵联差动保护动作。显而易见，我们不宜多次连续合闸来对变压器进行充电，因为绕组间的机械力作用会因为大电流的多次冲击而逐渐造成其固定物松动，引起故障。

4 变压器故障解决方法

（1）对三相电压进行定期检查，如发现电压严重失衡，要立刻采取正确措施对其进行调整，还要对变压器的油位、油色和温度及时检查，以防止渗漏。呼吸器里干燥剂一旦发生颜色变化要立刻更换。

（2）采取正确的防污措施对配电变压器进行保护，安装配套的套管防污帽和及时清理变压器污垢，检查管道是否有闪络放电现象。避免断线、脱焊和断裂的情况发生，还要对接地电阻进行定期遥测。

（3）配电变压器在拆除过程中有螺杆发生转动的情况，需严格处理，在确保无误的情况下才可投运。取用铜铝过渡线夹二次导线的接线方式一定要合理选择，用导电膏涂抹于接触面，使接触面积增大，导电能力增强，减少发热引起氧化。

（4）配电变压器初步侧装避雷针，一定要选择合格的避雷器，并定期对避雷器的预防性进行试验，减少雷击谐振给变压器带来过电压的现象，对电感设备配备相对多的变压器（100kVA以上）其上层油温控制在85℃以下。

（5）损坏变压器的原因很多，二次短路的发生是其损坏的直接因素。因此，对配电变压器的熔丝选择很关键，其额定电流应在1.2～1.5之间，即便是因低压而产生短路，熔丝对变压器起到关键保护作用。

（6）当变压器的三相负载电流、电压都不平衡时，应视为最大电流的负荷。若高于额定电流25%时，要将负荷进行三相间的重新分配。

5 结语

综上所述，只要定期对设备进行巡视检查，严格遵守规章制度来办事，做好本职以内的工作，熟练掌握地铁变压器故障产生的诸多原因，做到日常维护、人人保护的原则，就可以减少或避免变压器故障的产生，从而对地铁安全可靠的运营提供保障。

参考文献

[1] 何首贤，葛廷友，姜秀玲.供配电技术[M].北京：水利电力出版社，2005.

[2] 刘娜，梁国栋，王刘芳，等.电力变压器故障模式的分析及危害评估[J].高电压技术，2003.