浅谈继电保护技术在变压器保护中的应用

管延宝

(青岛石化检安公司 山东 青岛 266555)

一、继电保护发展历史

继电保护是随着电力系统的发展而发展起来的。20世纪初随着电力系统的发展，继电器开始广泛应用于电力系统的保护，这时期是继电保护技术发展的开端。最早的继电保护装置是熔断器。从20世纪50年代到90年代末，在40余年的时间里，继电保护完成了发展的4个阶段，即从电磁式保护装置到晶体管式继电保护装置、到集成电路继电保护装置、再到微机继电保护装置。

随着电子技术、计算机技术、通信技术的飞速发展，人工智能技术如人工神经网络、遗传算法、进化规模、模糊逻辑等相继在继电保护领域的研究应用，继电保护技术向计算机化、网络化、一体化、智能化方向发展。

二、继电保护概述

(一)电力系统存在的问题

电力系统运行中，由于风、雨、雷电的影响，设备的缺陷和绝缘老化、运行维护不当和操作错误等原因，致使组成电力系统的电气元件(发电机、变压器、母线、输电线路、电动机等)可能发生各种故障和不正常工作状态。其中变压器发生的故障主要是各种类型的短路，包括三相短路、两相短路、单相接地短路，以及同一相绕组的匝间短路。故障的危害：故障点的电弧可能烧坏变压器；电力系统部分地区的电压大幅度下降，影响用户的正常生产；破坏电力系统并列运行的稳定性，引起系统振荡，甚至使整个系统瓦解，造成大面积停电。

(二)继电保护装置的任务

任何电力系统在设计和运行时，必须考虑到系统中可能发生的故障和不正常状态，并利用继电保护装置予以消除，以保证电力系统正常运行。当被保护的电气元件发生故障时，保护装置迅速动作，使断路器跳闸，将故障的电气元件从电力系统中切除，使其损坏程度减至最小，并保证无故障部分继续正常运行。或者被保护的电气元件出现不正常工作状态时，保护装置发出信号，告诉运行人员予以处理。在无人值班的变电所，保护可作用于减负荷或延时跳闸。为了使继电保护装置能及时、正确地完成它所担负的任务，对反应短路故障的继电保护装置有以下四个基本要求：选择性、快速性、灵敏性和可靠性。

三、变压器保护

(一)差动保护

大型变压器必须装设单独的变压器差动保护。变压器差动保护通常为三侧电流差动，即高压侧电流引自高压断路器处的电流互感器，而中低压侧电流分别引自变压器中压侧电流互感器和低压侧电流互感器。差动保护范围为三组电流互感器所限定的区域(即变压器本体，高压侧引线和中低压侧的引线)，可以反应在这个区域内相间短路，高压侧接地短路以及主变绕组匝间短路故障。因此，变压器差动保护是最重要的保护之一。变压器差动保护的基本原理与发电机纵联差动保护相同，但由于变压器内部结构、运行方式、电量特征均各有特点，产生了一系列特有技术问题，因此，差动在构成上与发电机纵差保护有较大的区别。例如：需要根据变压器各侧绕组的连接组别的不同来确定多侧差动接线方式，又如必须妥善处理大励磁涌流引起差动保护误动的问题等。

(二)瓦斯保护

大型变压器内部发生严重漏油或匝数很少的匝间短路故障以及绕组断线故障时，差动保护及其它反应电量的保护均不能动作，而瓦斯保护却能动作，因此，瓦斯保护是变压器内部故障的重要的保护装置。瓦斯保护有轻、重瓦斯保护之分，装于油箱与油枕之间的连接导管上。当变压器严重漏油或轻微故障时，在所产生的气体压力作用下，引起轻瓦斯保护动作，延时于报警；当变压器内部发生严重故障时，变压器油和绝缘材料分解产生大量气体，油箱内气体经导管冲向油枕，冲动重瓦斯保护动作，瞬间作用于跳闸。轻瓦斯保护动作值采用气体容积大小表示，整定范围：250-300cm3。重瓦斯保护动作值采用油流速度大小表示，整定范围：0.6-1.5cm3。需要说明的是：瓦斯保护虽然简单、灵敏、经济，但它动作速度较慢，且仅能反映变压器油箱内部的故障，因此，瓦斯保护需要与差动保护共同使用。

(三)零序保护

1.中心点直接接地变压器的零序电流保护

当变压器的中性点采用直接接地的运行方式时，其接地保护一般采用零序电流保护。保护用电流互感器接于中性点引出线上。零序电流保护的动作电流应大于被保护侧母线引出线零序过电流保护的动作电流，即按灵敏性相配合的条件整定。保护的动作时限应比引出线零序过电流保护的最大动作时限大一个时限级差Δt。

2.并列运行变压器部分中性点接地时的零序保护

在中性点直接接地电网发生接地短路时，零序电流的大小和分布与变压器中性点接地的数目与位置有关。因此，当变电所中有两台及以上变压器并列运行时，仅将部分变压器的中性点接地，另一部分变压器的中性点不接地，以使零序电流的大小和分布少受系统运行方式的影响。正常运行时，系统无零序电流和零序电压，电流继电器和电压继电器均不动作，保护不动作。系统发生接地故障时，中性点接地线中出现3倍运行电流，电流继电器动作，起动时间继电器，瞬间动作触点接通，中性点不接地变压器的接地保护装置获得操作电源将中性点不接地的变压器切除。如果故障仍旧存在，时间继电器整定延时触点接通，将中性点接地变压器切除。