浅析发电厂的变压器保护

摘 要：发电厂不仅是电力系统的关键组成部分，也是我国经济稳定发展、人民生活水平不断提升的重要保障。文章主要针对发电厂变压器故障的类型，探讨了变压器纵差保护在发电厂的重要性，介绍了瓦斯保护在发电厂的应用，分析了变压器不同故障类型的后备保护。

关键词：变压器故障；纵差保护；瓦斯保护；后备保护

引言

电力变压器在电力系统占有重要地位，升压变压器在发电、输电、配电环节提高电压以便于远距离输送电能，降压变压器将电能供给负荷。同时电力变压器也是高成本的电气设备。因此，根据变压器容量和电压等级配置相应的安全可靠的继电保护设备。变压器主要由铁芯和绕组构成，为了满足变压器的绝缘和散热要求，将变压器置于油箱中，其绕组两端通过绝缘套管连接到变压器油箱外。

发电厂的变压器长时间运行，内部绕组、匝间绝缘材料受环境影响易老化，一旦绝缘破损，造成绝缘击穿，从而引起变压器内部故障，大型的电力变压器必须要装瓦斯继电器保护装置及时发出信号和动作于跳闸，来防止故障的发生与故障范围的扩大，保证电力系统的稳定运行和安全供电。

1 发电厂的变压器故障

1.1 变压器的故障类型

变压器故障类型通常包含两类：第一类，变压器油箱内部故障，各相绕组的相间短路，单相绕组通过外壳接地造成的单相接地短路，单相绕组部分线匝之间造成的匝间短路，铁芯由于过热引起的烧毁。变压器油箱内部的故障容易引起电弧，造成绝缘老化，时间长了绝缘破损可能造成油箱爆炸。第二类油箱外部故障是指变压器各绕组两端的绝缘套管和引出线发生的接地故障和相间故障。

1.2 变压器故障的解决方法

针对变压器发生的故障采取相应的保护措施来解决故障。发电厂中油式变压器装设瓦斯保护，瓦斯保护根据邮箱内故障产生的气体和流油而动作，防止邮箱内发生接地故障和相间故障；纵差保护和电流保护用于防止变压器引出线的相间短路故障、匝间短路故障、中性点接地系统的绕组单相接地故障和相间短路故障；过负荷保护应用于变压器并列运行和单独运行作为其他负荷的备用电源的情况，过负荷保护动作于信号或者跳闸减负荷；过励磁保护应用于超高压大型变压器，变压器铁心的磁通与两端电压与频率相关，增大电压或者频率降低都可能造成变压器铁心过励磁，过励磁不仅仅造成损耗增加，而且会使铁心发热严重，破坏绝缘。过励磁保护动作于信号或者跳闸。

2 变压器的保护

2.1 变压器纵差保护

为了满足继电保护的可靠性、选择性、灵敏性、速动性要求，变压器保护多采用差动保护原理。差动保护的原则是：差动继电器当正常运行或者区外故障时，流入和流出的电流相等；当区内故障时，差动继电器的电流之和不为零。作为变压器的主保护，不仅可以区分变压器的内外故障，而且可以快速可靠的切除区内各种短路故障。在单相双绕组变压器中，高低压侧分别装设电流互感器，变压器正常运行或者外部故障时，流过变压器一次侧的电流之和等于零，差动保护不动作；当变压器内部发生故障时，变压器内部故障电流很大，流入差动继电器的差动电流等于短路电流，变压器的差动保护动作。星三角接线的变压器，正常运行和区外故障时两侧相电流相差30度，因此，变压器正常运行或者区外故障时，计算的流入差流继电器的差流不为零，必须减小不平衡电流对继电保护的影响。纵联差动保护的动作电流按躲过最大不平衡电流整定来保证差动保护的选择性，因此，保护的灵敏性随最大不平衡电流越小而越好。比率制动特性广泛应用于零序电流差动保护，励磁涌流中的零序分量属于穿越性电流，因此，受励磁涌流影响小，灵敏度高。

2.2 变压器的瓦斯保护

瓦斯保护就是主要针对油变压器内部绕组故障的保护，是非电量保护，分别对应的程度不同，绕组有故障时变压器油会产生气体，重瓦斯应用与故障严重时产生气体多，正常投入跳闸位，动作跳闸，轻瓦斯应用于故障较轻时产生气体少，动作于信号报警。要是干变就是对应的超温和高温了。当变压器内部故障时，由于流油的不稳定可能造成干簧继电器接点的抖动，此时使断路器可靠跳闸，接点闭合后应经信号继电器起动具有电流自保持线圈的出口中间继电器，动合接点闭合并由其电流自保持线圈保持闭合状态，于是变压器两侧断路器的跳闸线圈接通。即可靠跳开变压器两侧断路器。自保持状态在两侧断路器动作后解除，此外，为防止变压器换油或进行试验时引起重瓦斯保护误动作跳闸，执行元件必须采用功率较大的继电器，可利用切换片将跳闸回路切换到信号回路。变压器瓦斯保护发出信号后，检查变压器油箱，对变压器油箱内进行气相色谱分析，根据分析结果判断故障原因。再根据变压器保护规定制定方案， 避免事故的发生，以保证变压器的稳定运行。

瓦斯继电器动作迅速可靠、灵敏系数高、接线简单方便，能够很好地反应变压器油箱内故障，油箱内部故障包括变压器绕组短路和局部放电等。缺点是不能反映油箱外部故障，必须与与纵差保护相互配合，共同作为变压器的两大主保护，安全可靠地切除变压器油箱内外生的故障。

2.3 变压器的后备保护

变压器接地故障短路故障的后备保护包含以下几种类型：变压器中性点直接接地运行的接地保护：中性点接地直接运行的变压器需要装设零序电流保护作为变压器接地的后备保护，通过零序电流互感器得到零序电流的大小。在双绕组变压器中，配置两段式零序电流保护，以尽量切除故障后的影响范围为原则，每段零序电流保护各带两段时限，并均采用较短的时限断开母线联络断路器或分段断路器，以缩小故障影响范围。以较长的时限有选择性的动作与断开变压器各侧断路器。零序电流的一、二段分别与下级相邻元件的接地零序电流一段和零序过电流保护的后备段在灵敏度和动作时间上相配合。对于高中压侧中性点均直接接地的自耦变压器和三绕组变压器，为保证保护的选择性要求，应在高中压侧均装设两段式零序电流保护的基础上分别增设零序功率方向元件，方向指向本侧母线；中性点不接地运行的后备保护，当变电站有多台变压器并列运行时，为了尽量保持零序网络的参数分布保持不变，保证零序保护的灵敏度不变、并且限制过大故障电流冲击变压器，防止系统中性点丢失，变压器中性点一部分接地运行，另一部分不接地。对于这种情况应配置两种接地保护：一种是接地保护用于中性点接地运行的变压器；另一种是变压器中性点不接地运行的情况；自耦变压器零序电流保护，随着高压、超高压电网和大容量机组的发展，对大容量电力变压器的需求也日益增多，合理地采用自耦变压器对减少投资、降低损耗、节省能源、提高经济效益都极为有利。

3 结束语

综上所述，为了保证电厂的安全高效生产，保障电力系统运行的稳定性和供电的可靠性，变压器保护必不可少，经过多年的发展，变压器主保护和后备保护凭借其独特的优势得到了广泛的应用和不断的完善，但也存在不少急需解决的问题，例如不平衡电流以及励磁涌流对保护的干扰导致的误动作。因此，要想完全解决变压器保护的不足仍任重而道远。

参考文献

[1]贺家李，宋从矩.电力系统继电保护原理[M].北京：中国电力出版社，2004.

[2]王祖光.间断角原理的变压器差动保护[J].电力系统自动化，1973.

[3]王梅义.高压电网继电保护运行与设计[M].北京：中国电力出版社，2007.

作者简介：燕翔珲（1981-），男，汉族，山西大同，阳城国际发电有限责任公司，工程师，学士学位，研究方向：电气工程及其自动化。