主变压器保护功能的介绍和保护装置的选择

变压器是电力系统中非常重要的电气设备之一。它具有故障小,结构可靠的特点,但是在实际的运行过程中，还是会产生一定的故障和异常情况。因此，为了减少故障对电力系统造成的影响，保护电力系统的安全运行，必须根据电力变电站的容量，电压的等级情况,安装可靠性较高的继电保护装置。随着电力电子技术的不断发展,微机已在电力变压器的继电保护中起到至关重要的作用，就此对电力变压器保护进行简要的分析。 

电力变压器保护主要有电量保护和非电量保护，针对电力变压器的故障和丕正常工作状态进行处理。电力变压器的故障和不正常工作状态主要有:

绕组及其引出线的相间短 路和在中性点直接接地侧的单相接地短路;

绕组的匝间短路;

外部相间短路引起的过电流;

中性点直接接地电力网中，外部接地短路引起的过电流及中性点过电压;

过负荷;

过励磁;

中性点非直接接地侧的单相接地故障

油面降低;

变压器温度及油箱压力升高和冷却系统故障

主变压器保护分类 

1、瓦斯保护及其他非电量保护： 

800kVA及以上的油浸式变压器和400kVA及以上的车间内油浸式变压器，应装设瓦斯保护。瓦斯保护是变压器的主要保护，它可以反映油箱内的一切故障。

瓦斯保护是变压器的主要保护,能有效地反应变压器内部故障。轻瓦斯继电器由开口杯、干簧触点等组成,作用于信号。重瓦斯继电器由挡板、弹簧、干簧触点等组成,作用于跳闸。正常运行时,瓦斯继电器充满油,开口杯浸在油内,处于上浮位置,干簧触点断开。

当变压器内部故障时,故障点局部发生过热,引起附近的变压器油膨胀,油内溶解的空气被逐出,形成气泡上升,同时油和其它材料在电弧和放电等的作用下电离而产生瓦斯。当故障轻微时,排出的瓦斯气体缓慢地上升而进入瓦斯继电器,使油面下降,开口杯产生的支点为轴逆时针方向的转动,使干簧触点接通,发出信号。 

当变压器内部故障严重时,产生强烈的瓦斯气体,使变压器内部压力突增,产生很大的油流向油枕方向冲击,因油流冲击档板,档板克服弹簧的阻力,带动磁铁向干簧触点方向移劝,使干簧触点接通,作用于跳闸。 

瓦斯保护能反应变压器油箱内的内部故障,包括铁芯过热烧伤、油面降低等,但差动保护对此无反应。又如变压器绕组产生少数线匝的匝间短路,虽然短路匝内短路电流很大会造成局部绕组严重过热产生强烈的油流向油枕方向冲击,但表现在相电流上却并不大,因此差动保护没有反应,但瓦斯保护对此却能灵敏地加以反应,这就是差动保护不能代替瓦斯保护的原因。

由我公司自主研发生产的DPT-35B变压器非电量保护装置适用于35kV以下各种电压等级的配电站中，装置完全按照间隔单元实现测量、记录、监视、控制等功能，能够满足配电自动化系统的要求。所有非电量保护为纯硬件设计，非电量保护出厂默认设有:重瓦斯跳闸、轻瓦斯告警、调压重瓦斯跳闸、调压轻瓦斯告警、超高温跳闸、超温告警、油位高告警、油位低告警、压力异常告警、风冷消失告警:生产订货非电量保护动作方式可选择“跳闸”或者“告警”。

2、纵差保护： 

6300kVA及以上并列运行的变压器，10000kVA及以上单独运行的变压器，发电厂用工作变压器和工业企业中6300kVA及以上重要的变压器，应装设纵差保护。对于2000kVA以上的变压器，当电流速断保护灵敏度不能满足要求的，也应装设纵差保护。纵差保护或电流速断保护用于反映电力变压器绕阻，套管及出线发生的短路故障，其保护动作于跳开各电源侧断路器。

变压器差动保护是变压器的主保护之一。通常其保护范围包括了各侧电流互感器以内区域，可以保护变压器绕组的相间短路、匝间短路、各侧引出线短路和中性点接地侧变压器绕组和引出线上的单相接地短路。然而与线路、发电机差动保护不同，变压器一般具有两个或更多个电压等级，变压器原副边电气量反映的是变压器各侧磁耦合关系，因此变压器差动保护不平衡电流产生的因素更多，特别是变压器励磁涌流、过励磁均对保护有影响，需要采取相应措施防止保护误动。 

选用我公司自主生产研发的DPT-34A变压器差动保护装置，包括差动速断，比例差动保护采用二次谐波制动。差动速断保护用以保证在变压器内部发生严重故障时快速动作跳闸，动作时间小于30ms。比例差动保护能躲过外部短路时的不平衡电流。采用二次谐波制动可以避免空送变压器产生的励磁涌流使差动保护误动。DPT-34A满足两圈变压器差动保护要求，同时可满足后备保护要求。具备复合电压（TV断线闭锁）、五段高压侧过流（复压开放、方向）、过流反时限保护、过负荷保护、负序电流保护、过电压、低电压、闭锁调压、启动通风、差动速断保护、比率差动保护（二次谐波涌流识别,TA断线闭锁）TA断线判别及闭锁、差流越限告警、TA断线检测、三段低压侧过流（复压开放）、低压侧过流反时限（三种标准反时限曲线）、低压侧过负荷保护、低压侧两段式负序电流保护。

3、变压器后备保护:

当变压器主保护设备或断路器拒动时，用于切除故障或结束异常情况的保护。当回路发生故障时，回路上的保护将在瞬间发出信号断开回路的开断元件(如断路器），这个立即动作的保护就是主保护。当主保护因为各种原因没有动作，在延时很短时间后（延时时间根据各回路的要求），另一个保护将启动并动作，将故障回路跳开。这个保护就是后备保护。主保护反应变压器内部故障，后备保护反应变压器外部故障。保护范围主要是变压器外部线路。

后备保护的分类.

远后备保护:当主保护或断路器拒动时，由相邻电力设备或线路的保护来实现的后备保护。

近后备保护:当主保护拒动时，由本设备或线路的另一套保护来实现后备的保护;当断路器拒动时，由断路器失灵保护来实现近后备保护。

高后备保护和低后备保护是相对变压器而言的，变压器高压侧的后备保护称为高后备，变压器低压侧的后备保护称为低后备。

后备保护用于在主保护故障拒动情况下，保护变压器。一般包含:

(1)高压侧复合电压启动的过电流保护;

(2)低压侧复合电压启动的过电流保护;

(3)防御外部接地短路的零序电流、零序电压保护;

(4)防止对称过负荷的过负荷保护;

(5)和高压侧母线相联的保护:高压侧母线差动保护、断路器失灵保护;

(6)和低压侧母线相联的相关保护:低压侧母线差动保护等。

由我公司自主研发生产的DPT-33A变压器智能监控装置适用于66kV、110kV及以下电压等级变压器的保护与测控。DPT-33A满足变压器后备保护要求。具备复合电压（TV断线闭锁）、五段高压侧过流（复压开放、方向）、过流反时限保护、过负荷保护、负序电流保护、过电压、低电压、二段零序电流保护、零序过流反时限（三种标准反时限曲线）、间隙零序电流保护、零序电压保护、闭锁调压、启动通风、非电量等保护功能。

综合上述介绍可知一般的主变压器的保护配置包含差动保护+后备保护（高后备和低后备）+非电量保护（重瓦斯，轻瓦斯，高温，油位等）

以我公司上述产品为例，应用到工程中时常见的

配置方案：

方案一：2台DPT-33A（高低压侧后备保护一体）+ 1台DPT-34A （差动保护）+1台DPT-35B（非电量保护）

DPT-33A装置：高压侧后备 

       完成变压器的高压侧后备保护及高压侧测控功能。

       引入高压侧电压、高压侧保护电流和高压侧测量电流。

DPT-33A装置： 低压侧后备 

       完成变压器的低压侧后备保护、非电量及低压侧测控功能。

       引入低压侧电压、低压侧保护电流和低压侧测量电流。

DPT-34A装置： 差动保护

       完成变压器的主保护功能。

       引入高/低压侧保护电流。

DPT-35B装置：非电量保护

方案二：1台DPT-33A（高压侧后备保护一体）+ 1台DPT-34A （差动保护+低压侧后备保护）+1台DPT-35B（非电量保护）

DPT-33A装置：

       完成变压器的高压侧后备保护、高压侧测控功能。

       引入高压侧电压、高压侧保护电流和测量电流。高压侧零序电流、高压侧间隙零序电流、高压侧零序电压。

DPT-34A装置：（DPT-34A除了可以满足变压器差动保护亦可同时作为变压器的后备保护）

       完成变压器的主保护、低压侧后备保护及低压侧测控功能。

       引入低压侧电压、高/低压侧保护电流和低压侧测量电流。

DPT-35B装置：非电量保护