电力变压器常见故障与继电保护方法探究

张晓刚

摘要：变压器作为电力设备的核心设备，企业要通过电气试验和继电保护来确保变压器的安全性和稳定性。文章分析了电力变压器常见的电气试验和继电保护策略，其中常见的电气试验有绝缘测量、耐压试验、变比试验和瓦斯继电器试验，而常见的继电保护策略为瓦斯保护、差动保护和过电流保护。

关键词：电力变压器；电气试验；继电保护；常见故障；电力系统 文献标识码：A

中图分类号：TM41 文章编号：1009-2374（2016）32-0065-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.32.032

目前，我国人民对于电的需求量越来越大，保证电网的运行安全这一问题显得尤为重要。由于电网运行复杂，在这一过程中，要时刻保持变压器的运行稳定。变压器承担着输电、配电的任务，也是电网系统运行安全的基础保证，文章就变压器电气试验和继电保护的基本方法进行了阐述与分析。

1 电力变压器常见电气试验

电力变压器使用过程中会出现不同程度的故障，针对不同故障要进行对应的电气试验，检查出设备故障，并进行维修。其中常见的电气试验有绝缘测量、耐压试验、变比试验、瓦斯继电器试验，如果继电器故障难以处理，还要进行直流电阻试验。绝缘测量是所有试验的基础，通过变压器一次和二次之间对地电阻测量，可以确定简单的故障，也可以确保设备的绝缘强度，防止漏电和破损。当电压器存在相间电阻平衡问题时，采用直流电阻试验来测试其稳定性。继电器瓦斯试验较为复杂，但在大型变压器故障查找和检修中不可缺少，也要根据电力变压器的运行对其进行继电器保护。

2 变压器继电保护原理及原则

2.1 变压器继电保护基本原理

变压器继电保护主要靠继电保护装置来完成。其基本原理为，继电保护装置能够对受保护区域内的故障做出适当的反应，提示维修人员设备存在安全隐患。继电保护装置要能够正确地判断故障，不能误动或拒动。出现故障的变压器和未出现故障的变压器的电气量发生巨大变化，其中电流和电压是主要表现。发生故障后，继电保护装置显示，变压器系统的电流瞬间增大，变压器正常运行状态下，电流为额定电流。而故障发生后，很可能造成系统的短路，电流值迅速上升并且远远超过额定电流值，容易造成系统内部零件烧毁。与此同时，电压会降低，并且越接近短路点，电压值下降越多。与正常运行相比，故障下的变压器系统电流与电压之间的相位角增大。最后，故障状态下的系统会出现阻抗上的变化，也就是电压与电流的比值减少，无法维持设备的正常运行，从而造成电力系统停止工作。

2.2 变压器继电保护的原则

继电保护装置发挥保护功能要具有可靠性、选择性、灵敏性和速动性四个特点。可靠性是继电保护的最基本要求，要求在执行继电保护的过程中，正确判断和发现故障，并且要发出正确的预警信号。继电保护装置要满足设备运行的基本性能，不能误动或者拒动。当变压器出现短路后，还要求继电保护装置具有选择性，是指在发生故障后只对保护区范围内出口动作，帮助维修人员判断故障位置，减少资源浪费，不影响系统的整体工作性能。由于故障多在瞬间出现，因此判断故障也要具有灵敏性和快速性，从性能上继电保护装置应具有高度的灵敏性，一旦设备存在故障隐患，就将提供预警报告，并将故障可能范围降到最低，使工厂可以实现预防先于维修，提高设备的运行效率。继电保护装置整体规程与灵敏度的计算方式不同，前者是在最大运行方式下进行计算的，而后者是在最小运行方式下进行计算的。灵敏度高的继电保护装置要能够对短路点进行正确判断。也就是说，无论是在最大运行模式，还是在最小运行模式下，继电保护系统都要保持可靠的运作性能。要求继电保护装置可以识别变压器内部轻微匝间故障，确保保护范围。同时，继电保护装置的动作要快，要在第一时间做出判断，以便于维修人员能够及时发现变压器故障，减少运行损失。继电保护装置的故障判定范围包括电厂设备的母线电压小于有效值、大型发电机或者大容量发电机内部故障、对人体安全造成影响的干扰信号，若单指变压器的话，还包括电压器内部的线路短路、匝间短路和接地短路现象。另外，针对故障的电流不平衡和差动电流现象，均应做出准确的判断，从而确保变压器的运行稳定，促进电厂的正常运行。

2.3 电力变压器继电保护方案设计

针对当下电力企业的发展，变压器继电保护方案主要从以下方面入手，分别为瓦斯保护、差动保护和过电流保护。企业应从变压器的原理，运行中所需的技术支持入手，以保持变压器正常的工作状态为前提，进行设计、维持和继电保护处理。继电保护装置的主要任务就是对障碍部位进行预警和切除，信号的传达要准确，根据我国对变压器运行的相关规定，其具体的保护方案设计如下：

2.3.1 瓦斯保护。该保护在变压器运行中较为常见，是一种电力变压器内部的装置，以气体变压器为主。瓦斯保护的目的是保证电力变压器油箱内部的气体可以及时排出，防止油箱温度突然上升，并且确保了绝缘油的基本性能，防止出现漏电和短路等安全隐患。针对不同的变压器故障，瓦斯保护的原理不同。在正常运行状态下，变压器信号由油箱的上触点连通中间变压器发出，当系统存在故障时，则警报信号由油箱的下触点连通信号回路发出，并辅以跳闸应急处理，此时可以确保故障的正确预警，并且降低了故障的可能范围，提高了故障排除和维修的效率。

2.3.2 变压器的差动保护。差动保护实际上是利用了变压器高压端和低压端电流和相位的不同，根据变压器的运行原理，将两侧的不同电流互感器进行连接，形成环流。通过判断电流变化来判断是否存在故障，此方法也被称为相位补偿，分别将变压器星形侧和三角形侧的电流互感器连接成三角形和星型。正常状态下，星型互感器和三角形、星形之间的电流差值为零或者接近于零，此时差动保护无动作，而在出现故障时，继电器的两侧电流差值会增大，并且是快速增大，此时的电流值为继电保护装置的两侧互感电流所形成的二次电流之和，远大于故障点的短路电路，从而造成系统短路，安装继电保护装置的主要目的就是在系统某处出现故障时做出相应的动作，缩小短路带来的影响。由继电保护装置发出相应的差动信号，预示存在故障，并协助解决故障。差动保护原理清晰，能够保持灵敏度高、选择性好、实现简单等特点，在发电机、电动机以及母线等设备上均能得到广泛应用，作为电器主设备的主保护，优势比较明显。

2.3.3 电力变压器的过电流保护和负荷保护。电力变压器过电流保护常用于上述所述两种方案的备用保护方案。过电流保护分为几种，主要是按照不同的短路电流来划分。其中过电流保护主要用于降压变压器。复合电压启动的过电流保护则应用于升压变压器，对其灵敏度不足具有弥补作用。负序电流和单相式低电压启动的过电流保护，则多应用于系统联络变压器和63MV-A及以上大容量升压变压器。与之相对应的变压器负荷保护主要应用于故障预防，变压器长期处于大负荷状态下，会导致其电流增大，负荷保护就是通过降低负荷来控制过电流。该装置通常指采用一只电流继电器与某个单相线路相连的一对一的接线方式，一般在经过一定延时后动作于信号，或延时跳闸。

3 结语

在我国，电网的发展有着不可磨灭的作用，变压器是电网运行中的核心设备，变压器的运行稳定决定了整个网络的稳定。继电气试验和继电保护是维持变压器安全和稳定的基本策略，要求电网系统正确运用继电保护策略，减少设备故障并及时清除已发生的故障。另外，在运行过程中，还要对实际的运行状况进行具体的分析。

参考文献

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（责任编辑：王 波）