电力变压器的保护配置

当正常运行及保护范围外部故障时，两侧电流互感器一次侧流过的两个电流相等。即IⅠ=IⅡ。假定两侧电流互感器变比相同（均为kTA），在忽略互感器的励磁电流的理想情况下，二次侧的两个电流II2和III2大小也相等，此时流入差动继电器的电流为零，即

当线路内部故障时，如图1-2所示d点短路，流入继电器的电流为

式中:Ir为短路点的总电流，当Ir≥Iop时，继电器立即动作，跳开线路两侧断路器。

实际上，由于两侧电流互感器总会存在励磁电流Im，且励磁特性不可能完全相同，所以在正常运行及外部故障时，流过差动继电器的电流不为零，而存在一个不平衡电流Idsp。为了保证纵差动保护动作的选择性，差动继电器的动作电流必须躲过外部短路时出现的最大不平衡电流。不平衡电流的存在会使继电器的动作电流增大，降低内部故障时纵差动保护的灵敏度，因此要尽量减小不平衡电流，这是所有差动保护必须解决的问题。

（2）变压器的纵差动保护

图2为双绕组变压器的纵差动保护的原理接线。由于变压器高压侧和低压侧的电流II1和III1是不相等的，为使变压器正常运行及外部故障时流入差动继电器的两个二次电流II2和III2的大小相等，必须适当选择两侧电流互感器的变比，使之满足下列条件：

式中KITA——高压侧电流互感器的变比；

KIITA——低压侧电流互感器的变比。

设变压器的变比为KT，则有KT=KIITA/KITA

可见，要使变压器差动保护能正确动作，必须使两侧电流互感器变比的比值等于变压器的变比。

变压器的纵差动保护同样需要躲过在正常运行及外部短路时各种因素造成的不平衡电流。包括变压器励磁涌流造成的不平衡电流、变压器两侧电流相位不同引起的不平衡电流、电流互感器变比标准化引起的不平衡电流、两侧电流互感器型号不同产生的不平衡电流、变压器带负荷调整分接头产生的不平衡电流等。在电力系统中，纵差动保护主要用作变压器内部相间故障的主保护。

2电流速断保护

对于容量较小的变压器，可在电源侧装设电流速断保护。为保证选择性，电流速断保护只能保护变压器的一部分，它与瓦斯保护和过电流保护配合，可以组成小型变压器的整组保护。当变压器电源侧为小接地电流系统时，保护可采用两相式接线；当电源侧为大接地电流系统时，可采用三相式或两相三继电器式接线。

电流速断保护的动作电流应按以下两个条件计算，并取其中的较大者作为动作电流的整定值。

躲过变压器二次侧母线短路时的最大短路电流，即

式中Krel——可靠系数，取1.2~1.3；

整定原则 2：按躲过变压器空载励磁涌流整定。

Iop1=Kb×Ie

式中：Kb：励磁涌流倍数， 7~10；Ie：变压器高压侧额定电流。

电流速断保护的灵敏度应按下式校验：

（三）外部相间短路和接地短路时的后备保护

变压器的主保护通常采用差动保护（小容量变压器可采用电流速断保护）和瓦斯保护。除了主保护外，变压器还应装设相间短路和接地短路的后备保护。后备保护的作用是为了防止由外部故障引起的变压器绕组过电流，并作为相邻元件（母线或线路）保护的后备以及在可能的条件下作为变压器内部故障时主保护的后备。变压器的相间短路后备保护通常采用过电流保护、低电压启动的过电流保护、复合电压启动的过电流保护以及负序过电流保护等，也有采用阻抗保护作为后备保护的情况。接地短路时的后备保护应根据变压器台数及接地情况配置。

（1）过电流保护

过电流保护应装在变压器的电源侧，采用完全星形接线。保护动作后，跳开变压器两侧断路器。

过电流保护装置的动作电流应按照躲开变压器可能出现的最大负荷电流来整定，具体问题作如下考虑：

对并列运行的变压器，应考虑切除一台时所出现的过负荷；对于降压变压器，应考虑低压侧负荷电动机自启动时的最大电流

（2）低电压启动的过电流保护

低电压启动的过电流保护，只有当电流元件和电压元件同时动作后，才能启动时间继电器，经过预定的延时后，启动出口中间继电器动作于跳闸。

当采用低电压启动的过电流保护时，电流元件的动作电流按躲开变压器的额定电流整定

2变压器的接地保护

大接地电流系统的电力变压器，一般应装设接地保护，作为变压器和相邻元件接地短路的后备保护。系统发生接地短路时，零序电流的大小和分布与系统中变压器中性点接地数目和位置有关。对于只有一台变压器的变电所，一般均采用变压器中性点直接接地运行方式。对于有两台及以上变压器并列运行的变电所，一般采用一部分变压器中性点接地运行，另一部分变压器中性点不接地运行的方式，以保持在各种运行方式下，变压器中性点接地数目和位置应尽量维持不变，从而保证零序保护有稳定的保护范围和足够的灵敏度。

（1）只有一台变压器的变电所

对只有一台变压器的变电所，通常装设普通的零序过电流保护，保护接于中性点引出线的电流互感器上。保护动作电流与被保护侧母线引出线零序电流保护后备段在灵敏度上相配合的条件进行整定

（2）两台变压器并列运行的变电所

对两台变压器并列运行的变电所，如图3所示，一般采用一台变压器中性点接地运行（如T1），另一台中性点不接地运行（如T2）。这时，若在高压系统发生接地短路，T1跳闸后，T2仍将带故障运行，则将产生危险的过电压，T2的绝缘将遭到损坏。因此，对部分变压器中性点接地运行的变电所，在构成接地保护时，应考虑一下两个问题：

a、发生故障时，应能切除所有与接地短路系统相连接的变压器；

b、接地故障发生后，应首先跳开中性点不接地运行的变压器，以防止过电压造成的危害，然后再跳开中性点接地运行的变压器。

（四）过负荷保护

变压器长期过负荷运行时，绕组会因发热而受到损伤。对400kV·A以上的变压器，当数台并列运行，或单独运行并作为其他负荷的备用电源时，应根据可能过负荷的情况，装设过负荷保护。变压器的过负荷电流一般都是三相对称的，因此，过负荷保护只接于一相电流上，经较长的延时作用于信号。对于无值班人员的变电所，必要时过负荷保护可动作于自动减负荷或跳闸。对自耦变压器或多绕组变压器，过负荷保护应能反映公共绕组及各侧过负荷的情况。

过负荷保护安装侧的选择，应能反映变压器各绕组的过负荷情况。对双绕组升压变压器，过负荷保护一般装设在低压侧。对一侧无电源的三绕组升压变压器，应装在发电机侧和无电源侧；若三侧都有电源时，各侧均应装设过负荷保护。对双绕组降压变压器，过负荷保护一般装在高压侧。对单电源的三绕组降压变压器，若三绕组容量相同，过负荷保护仅装在电源侧；若三侧绕组容量不同，则在电源侧和容量最小侧分别装设过负荷保护。对双侧电源的三绕组降压变压器或联络变压器，三侧均应装设过负荷保护。

过负荷保护的动作电流，按躲开变压器额定电流整定

（五）过励磁保护

对频率减低和电压升高而引起变压器过励磁时，励磁电流急剧增加，铁芯及附近的金属构件损耗增加，引起高温。长时间或多次反复过励磁，将因过热而使绝缘老化。高压侧电压为500kV及以上的变压器，应装设过励磁保护，在变压器允许的过励磁范围内，保护作用于信号，当过励磁超过允许值时，可动作于跳闸。过励磁保护反应于铁芯的实际工作磁密和额定工作磁密之比（称为过励磁倍数）而动作。实际工作磁密通常通过检测变压器电压幅值与频率的比值来确定。

（六）其他非电量保护

对变压器温度及油箱内压力升高和冷却系统故障，应按现行有关变压器的标准要求，专设可作用于信号或动作于跳闸的非电量保护。