电力变压器继电保护设计

电力变压器继电保护设计

杨俊浩

新疆龙源风力发电有限公司 新疆塔城市 834700

摘要：在城市的发展中，处处离不开电能的需求，电力企业的重要性不言而喻。近年来，我国的电网规模急剧扩大。电力变压器作为电网中不可或缺的配置，承担着电压转换作用。由于电网构成的复杂性、电力变压器运行环境和条件的特殊性，电力变压器运行时故障频发，影响了电网的供配电质量。继电保护设计兼具多种功能，可以有效保护电力变压器。即使变压器运行中出现了一定的故障，继电保护也可以在最短的时间内进行相应的处理。基于此，详细分析关于电力变压器继电保护方面的设计要点，提升电力变压器的运行可靠性。

关键词：电力；变压器；继电保护设计

引言

电力变压器是电力系统重要的一次设备，它通过变电压、变电流、变阻抗、隔离、稳压等一系列功能为我们的电力事业保驾护航，正因为它的功能遍布到电力中的各个领域，如果出现故障，将会严重影响供电的可靠性和用户的生产生活。因此，变压器的继电保护就显得尤为重要。

1继电保护

电力系统是一个组织架构相对庞大、运行情况相对复杂、专业技术要求较高的系统，既涉及发电系统，也涉及输电和配电系统。发电系统的每个子系统都包含着十分复杂的结构。电力系统组织结构较为复杂，电力系统子系统会配置对应的控制系统，通过控制系统保障每一个环节正常运行，以此保障整个电力系统的稳定运转，保证用户用电安全。

电力系统的组织结构相对复杂，电力系统中每个组织元件都与其他元件相关联。在缺乏保护机制的情况下，任何一个细微环节的元件出现故障，都可能导致整个电力系统的瘫痪。电力系统中所使用的每一个电力元件都应具备相当高的稳定性，在根本上避免因元件发生故障而产生的后续影响。一旦某个元件出现故障，需要在规定时间内定位到故障点，处理故障点的问题，并尽快检查电力系统中的继电保护设备，保证电力系统的正常运转。电力元件出现故障是无法完全避免，要求电力系统故障维修人员具备较高的职业素质。在面临元件故障情况时，维修技术人员应以最高的效率准确定位故障，并对故障进行高效地排查和处理。如果处理速度较慢，故障会对其他环节的电力设备和元件造成影响，对电力系统造成二次伤害。处理的总时长会直接影响元件的损毁程度，处理越慢，损毁程度可能越高。

2基本工作原理

继电保护实现变压器的保护功能主要是通过采集、获取与分析变压器相应的运行参数，从而进行相应的状态调整。若变压器运行过程中出现故障，继电保护能够快速启动其保护功能，从而控制故障的影响范围。要实现继电保护功能，必须要保障继电保护装置处于正常的运行条件。通常情况下，变压器的保护模式有多种，如瓦斯保护和差动保护。每种保护模式都有各自的原理和特点，但无论哪种保护模式，都需要采集和分析变压器的运行状态等参数信息。只有这样，才能够保障保护程序的有效运行。

3电力变压器主要故障类型分析

3.1电流互感饱和故障

电流互感器的饱和状态直接影响继电保护装置。配电系统终端设备的负载不断扩大，会造成短路。不同终端设备所承受的负载具有连续性，发生短路故障时会产生大量电流，如果靠近系统终端的设备区域发生短路，由短路故障引起的电流会超过机器设备额定电压的100倍。在常态化短路时，电流互感器越大，运行偏差也会随着短路故障引起的交流电流倍增，影响系统正常运行。当电流互感器磁感应电流处于饱和状态，线路短路时，磁感应二次电流低于或接近于0时，定时限过流保护装置将不能运行。可见，电流互感器对继电保护装置的重要影响。

3.2电力变压器产生绕组故障

电网运行中的电力变压器故障有多种，其中最常见的故障为绕组故障。在变压器的生产制造环节，若绕组呈现纠结式或纠连式结构，在其运行过程中会出现连线与段间纠结线接头接触不良的问题，同时伴随有局部过热现象，可能会导致匝绝缘被破坏，从而引起匝间、段间的短路故障。根据对这一类故障的分析可知，此故障大多是由绕组导线不良所引起。电力变压器运行时，外部短路故障出现的几率较高，若受到短路电流冲击，将会导致绕组某一段导线错位。虽然这种错位在较短的时间内不会发生严重故障，但随着运行时间的延长，由于变压器的反复振动、相邻错位线匝间绝缘磨损等因素，将会导致变压器被击穿。在安装变压器中的绕组时，一般要利用绝缘垫块隔开各个线段，但在具体的安装工作中，由于绕组轴向压紧力裕度值偏小，将会导致绝缘垫的弹性值偏小。随着变压器的振动，绕组导线错位最终会引起匝间短路。另外，变压器长时间过负荷运行将导致变压器温度异常升高，从而使其内部绝缘老化加速，降低匝绝缘性能，最终引起匝间短路故障。

3.3运行过程故障

运行过程故障指继电保护装置在运行的过程中受到了外界的干扰，其自身原本良好的运行状态出现了波动，产生变电故障。外界的干扰主要包括二次回路、定值整定、压板投退和通道状态等。出现此类问题时，虽然整体的电力系统并不会出现严重的故障，但继电保护装置的性能会大幅下降，导致电力系统的安全性大幅降低。一旦电力系统出现故障，继电保护装置难以提供应有的保护，导致严重后果。

4电力变压器继电保护设计要点

4.1做好冗余设计及改进

为了更好地提高继电保护装置的可靠性，一般在设计理念完成时选择冗余设计标准，以增强其容错能力。某个保护装置出现问题时，不会对系统造成过大影响。冗余硬件包括并联、预留转换、多数表决等。冗余方法的选择必须根据继电保护装置的实际误动作率和故障状态而定，还需要达到系统可靠性指标要求，在这些条件的基础上，可以少设置硬件配置冗余，从而减少投资，降低设备结构的复杂性。

4.2差动保护设计

由于气体保护只能反应内部故障，对于外部故障无法保护，差动保护能够保护变压器内部的短路故障以及变压器引出线、套管的相间短路故障。差动保护是通过比较分析变压器检测出的各侧电流的数值和相位而形成的保护，其保护装置是由相同极性的电流互感器和变压器两侧的继电器组成，两个极性相同的电流互感器串联在一个回路中，电流继电器则跨接在该回路上。在适当选择两侧电流互感器的电压比和接线方式前提下，正常运行和保护区的外部故障情况下，流入差动继电器的电流小于差动保护的动作电流，此时保护不进行动作。反之，当保护区内发生故障时，流入差动继电器的电流大于差动继电器的动作电流，此时充分发挥出保护的功能。

4.3瓦斯保护设计的要点

电力变压器的继电保护设计中，瓦斯保护设计也是重点设计环节。这一保护设计可以对加热油箱内绝缘材料或变压油气体膨胀爆炸类事故起到一定的预防和控制作用。目前，电力工程中几乎全部的电力变压器中都配备有对应的继电保护装置。但是，在瓦斯保护装置运行中，由于存在温度和湿度等各种外部条件的干扰，继电保护装置无法发挥正常的保护功能。因此，在开展瓦斯设计保护时，专业设计人员应结合其他保护方式，提升保护效果，确保电力系统正常运行。

4.4新型继电保护装置二次屏柜设计

当继电保护人员打开屏柜第一柜门时，防风杆可以为屏柜前门和屏柜提供稳定的连接点且具有伸缩功能，使得柜门能够随工作人员拉开的程度而自由活动。同时，在屏柜第一柜门与防风杆接触处刻有固定的卡槽，当工作人员打开柜门时，防风杆可卡在任一卡槽处而不再移动，避免了柜门拉开后随意移动而妨碍工作的现象。

当继电保护人员用继电保护测试仪做调试试验时，为了读数方便，通常将测试仪放在屏前位置，此时可以将挡板抽出，将电流、电压等连线从露出的空间穿至屏后，接在相应的端子排上，该挡板可以随穿线的多少调整拉开长度，既保证通过足够的接线，又保证不暴露无效的空间，方便试验。当工作人员在屏柜背面的端子排上进行松紧螺丝、拆接线、安装保护模块等工作时，可以随手使用挂在屏柜后门工具架内存放的螺丝刀、钳子、绝缘胶带等常用工具，这些工具身上都贴有小型磁铁，在对工具交替使用的过程中，可将手上的工具随时贴在门上，用完后再放回工具架上，大大提高了现场作业的效率。

当工作过程中须要从屏底穿电缆的时候，可将两侧来的电缆顺着孔洞一根根穿至屏内，在每个孔洞处标注了每一根电缆的走向，这样工作人员不仅可以通过电缆牌明确电缆的去向和功能，而且可以通过孔洞上的标注去判断，避免了因电缆牌丢失而无法确定电缆线芯功能的局面。

当工作人员对接近屏顶处的端子排进行操时，可以将屏后的折叠台阶拉出来，组成一个小型的木质绝缘台阶，这样可以很轻松地站在上面拆解端子排上的线，既保证了人身安全，又节省了人力，使屏柜更加人性化。

结语

通常情况下，电力系统的运行状况取决于继电保护设备的可靠性和自动化技术设备的可靠性。为了更好地确保继电器保护设备和自动化技术设备在运行中的安全性与可靠性，有必要对其进行研究，探索提高其可靠性的方法，对供电系统的稳定发展有一定的推动作用。

参考文献

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