配电变压器继电保护设计

周海鲲

【摘要】 变压器是电力系统中十分重要的供电元件，它的故障将对供电的可靠性和系统的正常运行带来严重的影响，因此需要根据变压器容量和重要程度装设性能良好，工作可靠的继电保护装置，本文对针对变压器的故障进行分析，并对一般配电变压器的继电保护进行了保护方式设计和保护装置的方案配置。

【关键字】 变压器 故障 保护

电能与国民经济各部门和人民生活关系密切。供电的中断或不足，将直接影响生产，造成人民生活混乱。随着现代社会对电网供电可靠性的要求的不断提高，就需要我们继电保护装置发挥更重要的作用，针对系统出现的故障能及时切除，确保电网的安全、稳定、经济的运行。

一、配电变压器的故障和不正常运行状态

配电变压器是电力系统中大量使用的重要电气设备，它的故障对供电可靠性和系统的正常运行带来严重后果，同时大容量变压器也是非常贵重的元件。因此，必须根据变压器容量和重要程度装设性能良好、动作可靠的保护。

变压器故障可分为油箱内部故障和油箱外部故障。油箱内部故障包括绕组的相间短路、接地短路、匝间短路、铁心烧损等。油箱内部故障对变压器来说是非常危险的，高温电弧不仅会烧毁绕组和铁芯，而且还会使变压器油绝缘受热分解产生大量气体，引起变压器油箱爆炸的严重后果。变压器油箱外部故障包括引线及套管处会产生各种相间短路和接地短路。

二、配电变压器的保护方式

根据变压器型号及运行条件选用合适的继电保护措施，并对保护装置进行合理的整定，变压器就能安全的运行。

对于上述故障和不正常工作状态，根据DL4OO-91《继电保护和安全自动装置技术规程》的规定，变压器应装设如下保护：（1）为反应变压器油箱内部各种短路故障和油面降低，对于0.8MVA及以上的油浸式变压器和户内0.4MVA以上变压器应装设瓦斯保护。（2）为反应变压器绕组和引出线的相间短路，以及中性点直接接地电网侧绕组和引线接地短路及绕组匝间短路，应装设纵差保护或电流速断保护。对于6.3MVA及以上并列运行变压器和10MVA及以上单独运行变压器，以及6.3MVA及以上的厂用变压器，应装设纵差保护。对于IOMVA以下变压器且其过电流时限大于0.5s时，应装设电流速断保护。当灵敏度不满足要求时（2MVA及以下变压器）宜装纵差保护。（3）为反应外部相间短路引起的过电流和作为瓦斯、纵差保护（或电流速断保护）的后备，应装设过电流保护。例如，复合电压起动过电流保护或负序过电流保护。（4）为反应大接地电流系统外部接地短路，应装设零序电流保护。

2.1 配电变压器瓦斯保护

瓦斯保护是变压器内部故障的主要保护元件，对变压器匝间和层间短路、铁芯故障、套管内部故障、绕组内部断线及绝缘劣化和油面下降等故障均能灵敏动作。当油浸式变压器的内部发生故障时，由于电弧将使绝缘材料分解并产生大量的气体，其强烈程度随故障的严重程度不同而不同。瓦斯保护是利用反应气体状态的瓦斯继电器来保护变压器内部的故障。

在瓦斯保护继电器内，上部是一个密封的浮筒，下部是一块金属挡板，两者都装在有密封的水银接点。浮筒和档板可以围绕各自的轴旋转。在正常运行时，继电器内充满油，浮筒浸在油内，处于上浮位置，水银接点断开；档板则由于本身重量而下垂，其水银接点也是断开的。当变压器内部发生轻微故障时，气体产生的速度较缓慢，气体卜升至储油柜途中首先积存于瓦斯继电器的上部空间，使油面下降，浮筒随之下降而使水银接点闭合，接通延时信号，这就是所谓的“轻瓦斯”；当变压器内部发生严重故障时，则产生强烈的瓦斯气体，油箱内压力瞬时突增，产生很大的油流向油枕方向冲击，因油流冲击档板，档板克服弹簧的阻力，带动磁铁向干簧触点方向移动，使水银触点闭合，接通跳闸回路，使断路器跳闸，这就是所谓的“重瓦斯”。重瓦斯动作，立即切断与变压器连接的所有电源，从而避免事故扩大，起到保护变压器的作用。

2.2 配电变压器纵联差动保护

纵联差动保护是反应被保护变压器各端流入和流m电流的相量差。由于配电变压器高压侧和低压侧的额定电流不同，因此，为了保证纵联差动保护的正确工作，就必须适当选择两侧电流互感器的变比，使得在正常运行和外部故障时，两个二次电流相等。在保护范围内故障时，流入差回路的电流为短路点的短路电流的二次值，保护动作。纵联差动保护动作后，跳开变压器两侧断路器。由此可知，要实现变压器的纵差动保护，就必须适当地选择两侧电流互感器的变比，使其比值等于变压器的变比，这是与送电线路的纵差动保护不同的。

配电变压器继电保护的实现和配电网的安全、稳定、经济运行是坚强电网建设的重要内容之一。作为供配电环节的重要设备组件，无论是城市低压配电网变压器，还是工业用户供用电网配电变压器，其运行的经济性和保护的可靠性、便捷性，都是相关企业和用户实现安全生产和节能减排目标的前提条件。