浅谈电力变压器保护系统设计及应用

　　电力变压器的用途

变压器是传输电能而不改变其频率的静止的电能转换器。变压器是电力系统中数量极多且地位十分重要的电气设备，变压器的总容量大约是发电机总容量的9倍以上。其功能是将电力系统中的电能电压升高或降低，以利于电能的合理输送、分配和使用。

在电力系统中，输送同样功率的电能，电压越高，电流就越小，输电线路上的功率损耗也越小；输电线的截面积也可以减小，这样就可以减少导线的金属用量。

由于制造上的困难，发电机电压不可能很高（目前在20KV以下），所以在发电厂中要用升压变压器将发电机电压升到很高，才能将大量的电能送往远处的用电地区，如35KV、66KV、110KV、220kv、330kv、500kv等。

而在用电负荷处，再用降压变压器将电压降低到适当的数值供用户电气设备使用。电力变压器在传输电能的时候，本身也有一些有功损耗，但数量不大，因而传输效率很高。中小型变压器的效率不低于95％，大型变压器效率可达到98％以上。

　　电力变压器的应用

电力变压器主要用于输配电系统的升、降电压。电力变压器是发电厂和变电所的主要设备之一。变压器的作用是多方面的不仅能升高电压把电能送到用电地区，还能把电压降低为各级使用电压，以满足用电的需要。总之，升压与降压都必须由变压器来完成。在电力系统传送电能的过程中，必然会产生电压和功率两部分损耗，在输送同一功率时电压损耗与电压成反比，功率损耗与电压的平方成反比。利用变压器提高电压，减少了送电损失。

变压器是由绕在同一铁芯上的两个或两个以上的线圈绕组组成，绕组之间是通过交变磁场而联系着并按电磁感应原理工作。变压器安装位置应考虑便于运行、检修和运输，同时应选择安全可靠的地方。在使用变压器时必须合理地选用变压器的额定容量。变压器空载运行时，需用较大的无功功率。这些无功功率要由供电系统供给。变压器的容量若选择过大，不但增加了初投资，而且使变压器长期处于空载或轻载运行，使空载损耗的比重增大，功率因数降低，网络损耗增加，这样运行既不经济又不合理。变压器容量选择过小，会使变压器长期过负荷，易损坏设备。因此，变压器的额定容量应根据用电负荷的需要进行选择，不宜过大或过小。

　　电力变压器故障类型概述

为了更好的避免电力系统变压器的故障，就需要对故障进行分析了解：一般情况下，故障会出现在油箱内部，但是油箱的外部也会出现一些故障。在此先说明油箱外部故障，其较为常见，例如常见的接地短路故障就属于外部故障，又如绝缘套管、绕组引出线方面的故障及相间短路等问题。而油箱内部故障就是位于变压器油箱内，例如一些短路方面的故障，或是常见的匝间短路问题。对于系统测绕组来讲，会出现单项接地短路，绕损问题还会初选在铁芯这。在变压器中，若出现了内部故障，就会使变压器处于危险的境地。主要的原因就是在故障出现的过程中会产生一些电弧，不能确保绕组的绝缘良好，容易受到严重的损坏情况。同时还会引发铁芯烧坏的情况出现。在绝缘材料方面来讲，在分解受热的力量下，会出现大量的气体，在变压器油箱中就容易出现爆炸的危险，依靠继电保护的作用可以快速的切断故障。

在变压器系统这要对其不良的运行状态进行掌控。例如，变压器的外部，如果出现相间短路的问题就会引发出一系列的故障，最终导致过电流的现象。并且过电流的问题还会出现在外部接地短路故障这，在这其中包含了中性点过电压的问题。若变压器的运行负荷超出了过额的定值，就会初选过负荷的故障。若油箱出现漏油的问题，就会降低油面。伴随着冷却系统的故障，温度就会上升。

　　电力变压器继电保护的工作原理

电力变压器继电保护系统主要是根据电力系统所出现的电力数值的变化情况以实现电力变压器继电系统的自我调节功能。电力变压器继电系统存在的目的是，无论电力变压器继电系统中的电力变压器继电保护系统的工作状态如何，或是处于什么样的情形都要保证整个系统的安全。按照电力变压器继电系统是否处于正常运行的状态，其继电保护的基本原理并不相同。为了确认电力变压器继电系统处于什么样的运行状态，则需要对电力变压器继电系统的运行状态进行测量并进行分析。

　　电力变压器继电保护系统的基本组成

经过不断的发展，电力变压器继电保护系统已经到达了微机型的继电保护系统的状态。通过研究分析发现，这种类型的继电保护系统的组成主要包括以下三个方面：首先，要介绍的是电力系统的信号采集部分，它的工作内容具体表现在收集电力系统内部的电力数值情况，再将所收集得到的结果传送到电力系统的继电保护装置；其次，是电力系统的信号处理部分，它能够将前面电力系统收集到的数据进行分析和处理，并依据一定的规律将所出现的问题进行归类整合；最后要进行说明的是电力系统的信号输出部分，它主要是将最终输出的信号传递到电力系统当中，从而进行有效的调节。

　　电力变压器继电保护系统的有效设计方案

　　1、差动保护设计

变压器继电保护系统的差动保护设计原则是：使变压器两侧的电流互感器按照正常工作状态下的环流接线进行。在正常运行的状态之下，差动继电器中的电流值即为两侧电流互感器二次电流的差值，一般情况下，它近似等于零。当差动继电器不工作时，其具有的保护作用也会相应停止。随着高性能计算机芯片的出现，差动保护设计也已取得了一定的成果，因此，对于高压侧电压大于330千伏的变压器，可以采用双重差动保护设计，从而对装置的实际运行状态进行有效的保护。

　　2、瓦斯保护设计

当变压器内部出现严重漏油、匝间短路、铁芯局部烧毁以及绝缘失效、油面下降等故障时，差动保护设计的实际应用意义就会受到限制，这时就需要采用瓦斯保护设计。通过将气体继电器安装在变压器油箱与油枕之间的连接导油管中，可以很容易实现瓦斯保护的目的。一般情况下可以将瓦斯保护分为两种。其一是轻瓦斯保护动作信号，可以通过分析气体的数量、颜色及化学成分等判断出该保护动作产生的原因以及所发生的故障类别；另一种是重瓦斯保护动作，能够对气体产生的速度进行监视，同时对气体的成分和特征进行分析，从而有效推断出故障发生的原因以及程度。

　　3、高压变压器保护设计

当变压器高压侧的过电流保护对其低压侧的母线具有规定的灵敏系数时，可以在其间配置过电流保护装置，使之成为低压侧母线的保护设施。此外，在变压器的高压侧可以设置一个反时限过流保护装置，从而对该变压器的热稳定性进行保护。与此同时，在变压器的低压侧还应另外安装一个保护装置，在其中性线上安装零序电流保护装置，比如跳高压侧短路器，同时规定经过该装置的不平衡电流不能超过额定电流的25%。