電力變壓器的繼電保護措施研究

在供配電系統中，電力變壓器是一種技術上最重要、經濟上最昂貴的電氣設備，必須根據變壓器可能發生的故障和不正常運行狀態、以及變壓器的容量大小和重要程度裝設相應的保護裝置與保護措施。本文談談幾種電力變壓器的保護措施。

　　電力變壓器故障主要是變壓器繞組及其引出線的相間短路、繞組匝間短路和中性點接地側單相接地短路，不正常運行狀態主要是變壓器過負荷、油面降低、溫度升高或油箱壓力升高或冷卻系統故障。根據上述可能發生的故障及不正常運行狀態，變壓器一般要裝設一些保護裝置。

　　變壓器的保護裝置

　　變壓器的常有保護裝置一般包括：電流速斷保護、過電流保護、縱聯差動保護、瓦斯保護、過負荷保護、單相接地短路保護等。電流速斷保護用來防御變壓器內部故障及電源側引出線套管的故障，是變壓器的主保護之一，瞬時動作于電源側斷路器跳閘，并發出信號，但變壓器內部某些位置故障及負荷側引出線套管故障時電流速斷保護不動作。過電流保護用來防御變壓器內部和外部故障。縱聯差動保護用來防御變壓器內部故障及引出線套管的故障。瓦斯保護用來防御油浸式電力變壓器的內部故障。過負荷保護用來通告變壓器過負荷運行狀態。當變壓器的實際運行負荷超過其額定容量一定比例時，過負荷保護一般延時動作于信號，也可以延時跳閘，或延時自動減負荷。

　　變壓器的電流速斷保護、過電流保護和過負荷保護

　　1、變壓器的電流速斷保護

　　變壓器的電流速斷保護，其組成、原理與線路的電流速斷保護完全相同，對于企業供電采用的降壓變壓器的繼電保護裝置，其電流互感器安裝在變壓器的高壓電源側。變壓器電流速斷保護動作電流（速斷電流）的整定計算也與線路電流速斷保護基本相同。變壓器的電流速斷保護與線路電流速斷保護一樣，存有“死區”，如變壓器內部某些位置兩相短路故障、靠近中性點繞組三相短路故障及低壓負荷側引出線套管三相短路故障時電流速斷保護不動作。彌補死區的措施，也是配備帶時限的過電流保護，而瓦斯保護也能彌補電流速斷保護在變壓器內部的保護死區。

　　變壓器在空載投入或短路切除后電壓突然恢復時將出現一個沖擊性的勵磁涌流，為了避免電流速斷保護誤動作，通常在速斷電流整定后，在變壓器開始運行時，應將變壓器空載試投若干次，以檢查速斷保護是否誤動作，如果動作，應將速斷保護的動作電流適當增大，直到使速斷保護不動作。運行經驗證實，速斷保護的動作電流只要大于變壓器一次額定電流的3～5倍，即可避免流過勵磁涌流時錯誤地斷開變壓器。變壓器電流速斷保護具有接線簡單、動作迅速等優點，但它不能保護變壓器的全部，因此不能單獨作為變壓器的主保護。

　　2、變壓器的過電流保護

　　變壓器的過電流保護，用來作為變壓器瓦斯保護和電流速斷保護或差動保護的近后備保護，同時又可作為變壓器低壓出線或設備的遠后備保護，同樣可稱其為未設保護的低壓母線及變壓器電流速斷保護死區的基本保護。無論采用電流繼電器還是采用脫扣器，也無論是定時限還是反時限，變壓器過電流保護的組成、原理與線路過電流保護的組成、原理完全相同。

　　變壓器過電流保護的動作時限亦按“階梯原則”整定，與線路過電流保護完全相同。但是對車間變電所（電力系統的終端變電所），其動作時間可整定為最小值（0.5～0.7s），這樣可省去電流速斷保護。變壓器過電流保護的靈敏度，應按變壓器低壓側母線在系統最小運行方式下發生兩相短路時，高壓側流經保護裝置安裝處的電流互感器的穿越電流值來校驗。

　　3、變壓器的過負荷保護

　　對于油浸式電力變壓器，在維持變壓器規定的使用年限不變的情況下，允許變壓器適當過負荷運行。但是，當變壓器實際負荷超過其額定容量20%（室內）或30%（室外）時，過負荷保護應延時10s～15s動作于信號，以便運行人員及時查找原因。變壓器過負荷保護的動作電流應按躲過變壓器正常過負荷電流來整定。變壓器過負荷保護的動作時限一般取10s～15s，以躲過尖峰電流，避免誤發信號。

　　變壓器低壓側的單相短路保護

　　對變壓器低壓側的單相（接地）短路，可采取下列有效保護措施之一。

　　1、在變壓器低壓側裝設三相都帶過流脫扣器的低壓斷路器

　　小型企業變電所或車間變電所變壓器低壓側一般裝設容量較大的低壓斷路器，作為控制低壓母線上所有負荷的總開關。這種低壓斷路器，不僅裝有三相過流脫扣器，能夠實現低壓側的相間短路和單相短路保護；而且裝有失壓脫扣器和熱脫扣器，能夠實現失壓、欠壓（低電壓）保護和過負荷保護；同時還裝有分勵脫扣器和司服電動機，能夠實現電動分，合閘及變壓器保護聯動跳閘。所以，這項措施應用最廣。

　　2、在變壓器低壓側裝設熔斷器

　　低壓熔斷器也可以用來作低壓側的相間短路和單相短路保護，但熔斷器不能作控制開關使用，而且它熔斷后需更換熔體才能恢復供電，因此僅限于用在給不重要負荷供電的變壓器。

　　3、在變壓器低壓側中性點引出線上裝設零序電流保護

　　這種零序電流保護是將一只零序電流互感器裝在變壓器低壓側中性點引出線上，互感器二次側接一只電流繼電器，反應低壓側的單相短路電流。根據變壓器運行規程要求，某些連接的變壓器二次側單相不平衡負荷不得超過額定容量的25%。因此，變壓器零序電流保護的動作電流按躲過變壓器低壓側更大不平衡電流來整定。這項措施大大提高了變壓器低壓側的單相短路保護的靈敏度。但缺點是要單獨裝設一套零序電流保護裝置，投資較多。

　　變壓器的瓦斯保護

　　瓦斯保護主要是利用變壓器油等受熱產生氣體而動作的一種保護，又稱氣體繼電保護，是反應油浸式電力變壓器油箱內部繞組故障的一種基本保護裝置。瓦斯保護的主要元件是氣體繼電器，在電力變壓器出廠時就已裝設在變壓器的油箱與油枕之間的聯通管上。當變壓器油箱內部發生故障時，可使氣流通過氣體繼電器進入油枕，并能防止氣泡聚積在變壓器的頂蓋內。瓦斯保護動作迅速、靈敏度高、接線和安裝簡單、能反應變壓器油箱內部各種類型的故障。但是瓦斯保護不能反應變壓器油箱外的套管和斷路器之間連接線上的故障。因此，它不能作為防御變壓器各種故障的保護。