（中国能源建设集团山西省电力勘测设计院有限公司山西太原030001）
摘要：电力变压器是电力系统中十分重要的供电元件，为了供电的可靠性和系统正常运行，就必须视其容量的大小、电压的高低和重要程度，设置性能良好、动作可靠的继电保护装置。
关键词：电力变压器；差动保护；后备保护；励磁涌流
在电力系统中广泛地用电力变压器来升高或降低电压，故电力变压器是电力系统中不可缺少的重要电气设备之一。它的安全运行是电力系统可靠工作的必要条件。电力变压器有别于发电机，它无旋转部件，是一种静止的电气设备，是连续运行的，停电机会很少，而且绝大部分安装在室外，受自然环境影响较大。另外，电力变压器时刻受到外接负荷的影响，特别是受电力系统短路故障的威胁较大。因此，电力变压器在运行中，仍然可能发生各种类型故障或出现不正常的工作状态。它的故障对电力系统的安全连续运行会带来严重影响，特别是大容量变压器的损坏，对系统的影响更为严重。尤其是随着电力事业的发展，超高压输电线路在我国的建设越来越普遍，大容量超高压的大型电力变压器的应用也随之扩大，其运行正常直接关系到整个电网可靠性。因此必须根据电力变压器容量的大小、电压的高低和重要程度，设置性能良好、动作可靠的继电保护装置。要求电力变压器继电保护不仅可靠，而且要快速。
1电力变压器的故障类型和不正常工作状态
笔者认为要完成电力系统继电保护的基本任务，首先必须“区分”电力系统的正常、不正常工作和故障三种运行状态，“甄别”出发生故障和出现异常的元件。而要进行“区别和甄别”，必须寻找电力元件在这三种运行状态下的可测参数量（继电保护主要测电气量）的“差异”，提取和利用这些可测参数量的“差异”，实现对正常、不正常工作和故障元件的快速“区分”。依据可测电气量的不同差异，可以构成不同原理的继电保护。
2电力变压器的故障类型
电力变压器的故障通常可以分为油箱内部故障和油箱外部故障两种。油箱内部故障主要是指发生在变压器油箱内包括高压侧或低压侧绕组的相间短路、匝间短路、中性点直接接地系统侧绕组的单相接地短路以及铁芯的绕损等。变压器内部故障是很危险的，因为故障时产生的电弧，不仅会损坏绕组的绝缘、烧坏铁芯，而且由于绝缘材料和变压器油因受热分解而产生大量的气体，有可能引起变压器油箱的爆炸。所以，继电保护应快地切除这些故障。油箱外部故障最常见的主要是变压器绕组引出线和绝缘套管上发生的相间短路和接地短路（直接接地系统侧）
3电力变压器的不正常工作状态
变压器的不正常运行状态主要有：变压器外部相问短路引起的过电流和外部接地短路引起的过电流和中性点过电压；负荷长超过额定容量引起的过负荷：油箱漏油引起的油面降低或冷却系统故障引起的温度升高。此外，对大容量变压器，由于其额定工作时的磁通密度接近于铁芯的饱和磁通密度，因此，在过电压或低频率等异常运行方式下，还会发生变压器的过励磁故障。这些不正常的运行状态会使绕组、铁芯和其他金属构件过热，威胁变压器绝缘。
4电力变压器保护的配置方案
针对电力变压器的上述故障类型及不正常运行状态，应对变压器装设相应的继电保护装置。其任务就是反应上述故障或异常运行状态，并通过断路器切除故障变压器，或发出信号告知运行人员采取措施消除异常运行状态。同时，变压器保护还应能作相邻电气元件的后备保护故根据DL400--91《继电保护和安全自动装置技术规程》的规定，电力变压器应装设如下保护：
4.1瓦斯保护
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0.4MVA及以上的车间内油浸式变压器均应装设瓦斯保护。
4.2纵联差动保护或电流速断保护
为反应电力变压器引出线、套管及内部短路故障。对于6.3MVA以下厂用工作变压器和并列运行的变压器，以及10MVA以下厂用备用变压器和单独运行的变压器，当后备保护时限大于0.5s时，应装设电流速断保护。对于6.3MVA及以上的厂用工作变压器和并列运行的变压器，10MVA及以上厂用备用变压器和单独运行的变压器，以及2MVA及以上用电流速断保护灵敏性不满足要求的变压器，应装设纵联差动保护（以下简称差动保护）。对高压侧电压为330kV及以上的变压器，可装设双重差动保护。对于发电机变压器组，当发电机与变压器之间有断路器时，发电机装设单独的差动保护。当发电机与变压器之间没有断路器时，100MW及以下发电机与变压器组共用差动保护；100MW以上发电机，除发电机变压器组共用差动保护外，发电机还应单独装设差动保护：对200~300MW的发电机变压器组亦可在变压器上增设单独的差动保护，即采用双重快速保护。
4.3过电流保护
为反应外部相问短路引起的过电流并作为瓦斯保护和差动保护（或电流速断保护）的后备，应采用下列保护：（1）过电流保护，一般用于降压变压器；（2）复合电压起动的过电流保护，一般用于升压变压器及过电流保护灵敏性不满足要求的降压变压器；（3）负序电流及单相式低电压起动的过电流保护，一般用于63MVA及以上大容量升压变压器和系统联络变压器；（4）阻抗保护，对于升压变压器和系统联络变压器，当采用第（2）（3）的保护不能满足灵敏性和选择性时，可采用阻抗保护。
4.4零序电流保护
为反应大接地电流系统中变压器外部接地短路的零序电流保护。
4.5过负荷保护
为反应变压器对称过负荷引起的过电流。对400kVA及以上的变压器，当数台并列运行或单独运行并作为其他符合的备用电源时，应根据过负荷的情况装设过负荷保护。
4.6过励磁保护
为反应变压器的过励磁引起的过电流。对于高压侧为500kV的变压器的额定磁密近于饱和密度，频率降低或电压升高时容易引起变压器过励磁，导致铁芯饱和，励磁电流剧增，铁芯温度上升，严重过热会使变压器绝缘劣化，寿命降低，最终造成变压器损坏。故需装设过励磁保护。
5电力变压器保护的应用
5.1变压器的差动保护
差动保护的构成原理主要是利用比较变压器高、低压侧的电流大小和相位来实现的。将变压器两侧的电流互感器二次侧按正常时的“环流接线”，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；对于Y，dl1的电力变压器，同时再考虑采用“相位补偿接线”，即变压器星形侧的电流互感器接成三角形，变压器三角形侧的电流互感器接成星形。
当变压器正常运行或外部故障时，差动继电器中的电流等于两侧电流互感器的二次电流之差接近与0（实际为由多种原因引起的不平衡电流，由于不平衡电流小）差动继电器不动作，保护也不会动作。
当变压器内部（包括变压器与电流互感器之间的引线）任何一点故障时，差动继电器中的电流等于两侧电流互感器的二次电流之和为故障点短路电流，大于继电器动作电流，继电器动作，跳变压器各侧断路器切除故障，同时发动作信号。
差动保护自百年前问世至今，在继电保护的发展过程中，有着独特而无法替代的地位，而且现今仍然广泛应用于电气主设备和线路的保护中。差动保护是一切电气主设备的主保护，勿庸置疑，它以其灵敏度高，选择性好，实现简单而广泛的应用在发电机、电抗器、电动机、母线等主设备上。鉴于差动保护在以上设备中应用的成功，以及过去技术水平的限制，人们别无选择的在变压器保护上同样采用差动保护作为主保护。它不但能够正确区分区内外故障，而且不需要与其他元件的保护配合，可以无延时地切除区内各种故障，具有独特的优点。
5.2变压器的瓦斯保护
当在变压器油箱内部发生故障（包括轻微的匝间短路和绝缘破坏引起的经电弧电阻的接地短路）时，由于故障点电流和电弧的作用，将使变压器油及其它绝缘材料因局部受热而分解产生气体，因气体比较轻，它们将从油箱流向油枕的上部。当故障严重时，油会迅速膨胀并产生大量的气体，此时将有剧烈的气体夹杂着油流冲向油枕的上部。利用油箱内部故障时的这一特点，构成反应于上述气体而动作的保护称为瓦斯保护。
5.3变压器的后备过流保护
变压器后备保护作为变压器自身的近后备和各侧母线、线路的远后备，地位也十分重要。双绕组变压器，后备保护应装在主电源侧，根据主接线情况，保护可带一段或两段时限，以较短的时限缩小故障影响范围，跳母联或分段断路器；较长的时限断开变压器各侧的断路器。三绕组变压器和自耦变压器，后备保护要分别装在主电源侧和主负荷侧。主电源侧的保护带两段时限，以较短的时限断开未装保护侧的断路器，主负荷侧的保护动作于本侧断路器。当上述方式不符合灵敏性要求时，可在各侧装设后备保护。各侧保护应根据选择性的要求考虑加装方向元件。
5.4变压器的过负荷保护
变压器过负荷在大多数情况下是三相对称的，故保护装置只采用一只电流继电器接于一相上，并经一定延时动作于信号。双绕组变压器，过负荷保护应装在主电源侧。单侧电源三绕组降压变压器，若三侧绕组容量相同，过负荷保护装在电源侧；若三侧绕组容量不相同，则只有电源侧和绕组容量较小的一侧装设过负荷保护。两侧电源的三绕组降压变压器或联络变压器，三侧均装设过负荷保护。一侧无电源的三绕组升压变压器，过负荷保护应装于发电机侧和无电源侧；当三侧都有电源时，各侧均装设过负荷保护。
6结语
随着科技的进步、电力系统的高速发展，追求更可靠、更完善的保护体系已成继电保护技术在新时期有待开辟的新领域，国内外继电保护的发展趋势必会在微机化、网络化，保护、测量、计量、控制、网络通讯一体化和人机智能化的基础上有更新的突破，这对继电保护工作者提出了新的挑战。
参考文献：
[1]霍利民．电力系统继电保护原理[M]．北京：中国电力出版社，2008
[2]张保会.电力系统继电保护[M]．北京：中国电力出版社，2012