继电保护技术在电力变压器故障中应用

摘要：变压器对整个电力系统的运行起着非常重要的影响，一旦变压器的运行出现故障，整个电力系统的运行安全也将受到威胁。下文中笔者将结合自己的工作经验，浅谈继电保护技术在电力变压器故障中的应用，希望为电力变压器的故障预防和排除提供一个参考。
关键词：电力系统；变压器；故障分析；继电保护
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概述
任何电力系统的运行都离不开变压器设备，变压器设备的安全稳定运行是整个电力系统的正常运行的前提和保证。但是，受到各种内外因素的影响，变压器在运行过程中难免会发生故障，这个时候如果不及时采取有效措施予以制止和处理，将会导致不堪设想的后果，尤其是互感器和断路器的故障，如果不及时控制和消除，将会严重的威胁整个电力系统的运行安全。下文中笔者将从继电保护的角度出发，讨论变压器运作故障的解决措施。

1 变压器电气量保护的配置情况

对于变压器的电气量，我国的相关文件《继电保护和安全自动装置技术规程》中有着较为详细的规定和阐述：即变压器首先要配备相应的气体和差动保护，在此基础上为了抵御短路电流通过变压

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器，还要辅以复合序电压闭锁的过流保护装置，来配合差动形成变压器饿跳闸保护。

1.1 差动保护

1.1.1 目前我国的变压器系统中的差动保护一般都是由启动元件、差动速断保护元件以及谐波制动元件构成的，一些特殊的差动保护中还含有异常判定等辅助元件。
a、启动元件就是指在变压器出现运行故障时， 对保护装置发货粗指令的系统元件，主要包括差流突变量启动元件和差流越限启动元件两种。其工作的主要原理和状态是，如果通过该元件的电流连续发生了三次突变，则系统自动启动。
b、所谓差动电流速断保护元件，就是在变压器出现异常运行的状况时，能够按照系统指令对开关进行切断的元件。
c、二次谐波制动元件的主要任务和作用是在变压器的运行遇到电磁涌流时，防止系统误动作导致的故障排查错误。
d、比率制动元件的灵敏度要远远高于以上元件，因为它的主要功能是在变压器运行的过程中对外在故障所引起的差动保护进行制动，是一种保护元件的保护元件。
e、变压器各侧电流相位补偿元件的基本作用是在变压器的通过电流的电压出现异常时，能够通过TV检测的结果对二次电流相位进行调整，以免引起母线连接侧开关的误动作。

1.2 波形对称原理差动保护

基于波形对称原理的差动保护与谐波制动原理基本相同，而二者的最主要区别就在于波形对称原理差动保护是一种基于对称算法形成的元件，所以其中含有十二次谐波制动。这种十二次谐波制动功能可以在变压器的合闸时感应到励磁涌流，因此可以及时的制止合闸动作，保障变压器安全。
差动保护所针对的是二次电流回路中涉及到的所有元件和设备，所以，一旦差动保护内部发生故障，就会导致线路上的各种变压器和回路开关的正常运行受到干扰。尤其是高、低压开关，如果断路器不及时断开，就会导致严重的主变故障。

1.2 后备保护

主变压器的运行特点决定了其阻抗较大，所以一旦主变压器的低压侧出现故障，一般不会影响高压侧的正常运行。而高压侧的这种稳定性虽然可以有效的实现与电压闭锁的同等保护功能，但是并不利于对主变故障的异常运行做出及时反应，基于高压侧开关的这个特点，在主变运行过程中我们要做好后备保护措施，即采用高、低压侧复合序电压并联开放的方法，使开放闭锁回路更加灵活。
1.2.1 变压器的后备保护的最常见形式就数复合电压闭锁过流保护，上文中我们提到了将高压和低压侧开关并联起到的双重保护作用，在此不予赘述。一般情况下，复合电压闭锁过流保护的结构主要包括交流回路采用90接线和本侧TV断线。
a、复合电压元件电压取自本侧的TV或变压器各侧TV。
b、功率方向元件，电压电流取自本侧TV。
c、过流元件，电流取自本侧TV。
1.2.2 零序过流保护，反应单项接地故障，也可作为变压器的一种后备保护形式。在采用零序过流保护时，通常用交流90接线，电压电流取自本侧的TV和TV断线时，本保护的方向元件退出。TV断线若电压恢复正常，本保护也随之恢复正常。
1.2.3 间隙零序保护，反应变压器间隙电压和间隙击穿的零序电流，零序电压取自本侧零序。

1.3 非电量保护

非电量保护完全独立于电气保护，仅反应变压器本体开关量输信号，驱动相应的出口继电器和信号继电器，为本体保护提供跳闸功能和信号指示。

2 主变保护故障的产生

2.1 变压器操作中出现的故障

在实际工作中，变压器检修复役的操作过程是在低压侧断路器断开的基础上，合上高压侧断路器冲击主变，当主变冲击正常后合上低压侧断路器送出负荷。如果冲击主变时，低压侧断路器和电流互感器之间发生短路故障，差动保护将无法动作，而高压侧后备保护所取的高压侧母线电压由于主变阻抗较大无法动作开放，低压侧母线由于电压正常也不能通过并联启动回路开放高压侧过流保护，将导致其不能快速的切除故障，引起主变烧毁损坏。

2.2 变压器运行过程中出现的故障

在变压器运行过程中，如低压侧断路器和电流互感器之间发生故障，变压器低压侧保护将在低压侧母线电压降低和电流增大的情况下以较短时延动作跳开主变低压侧断路器，使得低压侧母线电压恢复正常。但此时故障点并没有隔离，短路电流由高压侧母线通过主变继续输送到故障点，虽然高压侧故障电流较大，但高压侧电压由于主变阻抗较大而无法可靠动作开放，同样导致其不能快速的切除故障，造成保护盲区。

3 消除主变故障的继电保护方法

3.1高压侧后备保护动作逻辑改进方法

在两圈变压器主变高压后备保护中，增加一与门电路，其动作逻辑为:当低压侧断路器断开，并且高压侧电流大于规定值时，按规定时间跳高压侧断路器。
在三圈变压器主变高压后备保护中，设置一与或门电路，其动作逻辑为：当低压侧断路器或中压侧断路器断开，并且高压侧电流大于规定值时，按规定时间跳高、中、低压三侧断路器。

3.2 中低压侧后备保护动作逻辑改进方法

在两圈变压器主变低压后备保护中，设置一与门电路，其动作逻辑为:当低压侧断路器断开，并且低压侧电流大于规定值时，按规定时间跳高压侧断路器。
在三圈变压器主变中压后备保护中，设置又一与门电路，其动作逻辑为:当中压侧断路器断开，并且中压侧电流大干规定值时，按规定时间跳高、中压侧断路器。

3.3 实际应用中需要考虑的问题和应对措施

在实际应用中，由于运行方式的不同，会引起保护装置的误判断，为此需要实施针对性的措施。在两圈变中，当低压侧开关断路器处冷备用或检修，而高压侧断路器和主变运行时，为防止低压侧断路器位置变化引起高压侧保护频繁启动，应设置一块低压侧断路器位置输入压板，在此时应断开以避免干扰。
在三圈变中，除了有两圈变同样的问题外，还需要考虑高、中压侧断路器运行而低压侧断路器热备用的情况下，可能会发生中压侧线路短路引起高压侧保护过流启动，在低压侧断路器断开位置下动作跳开高、中压侧断路器的情况，因此需要注意动作时限的配合。对三圈变建议采用改变中压侧保护逻辑和接线的方法，以避免出现这种情况。
参考文献
吴宏斌，何云良.消除变压器盲区故障的继电保护方法[J].电力系统保护与控制.2010(01).
艾尔肯·库尔班.变压器差动保护误动分析及对策[J].黑龙江科技信息.2011(25).