配电变压器的继电保护优化方案

1.配电变压器的故障种类及不正常运行

配电变压器的故障可分为内部故障和外部故障。内部故障有线圈的相间短路、匝间短路、铁心间绝缘损坏引起变压器局部过热。外部故障有绝缘瓷套管的故障、一次引线的故障。

绝缘瓷套管故障可能引起相间短路故障或一相线圈碰壳。

变压器的不正常运行方式有：由于变压器过负荷引起变压器的运行电流超过额定值；由于外部穿越性短路使变压器流过短路电流；由于渗漏油造成变压器油面严重降低，甚至油标管内看不见油；变压器的运行温度超过规定值。

2.配电变压器应装设的继电保护

（1）电流速断保护 它是变压器的主保护，当从保护安装处至变压器高压线圈一段内，包括高压开关柜的线路隔离开关、高压配电电缆、一次引线、高压套管、高压线圈发生各种短路故障时，能起到保护作用，并作用于断路器跳闸。

电流速断保护安装在电源侧，一般采用两相式接线。

（2）气体（瓦斯）保护 它是变压器内部的主保护，瓦斯保护分两种，轻瓦斯保护动作于信号，重瓦斯保护可以动作于断路器跳闸，也可以切换到信号位置。当变压器高压侧采用负荷开关保护时，重瓦斯可以动作于信号。瓦斯保护是一种气体保护，与电力系统的电压无关，所以可用于直流操作回路，也可以用于交流操作回路。

（3）过电流保护 它是变压器电流速断的后备保护，称近后备保护；它也是穿越性短路故障的后备保护，称远后备保护；它还是变压器低压侧的主保护。过电流保护动作于断路器跳闸。

过电流保护安装在电源侧，和电源速断保护共用一组电流互感器，一般采用二相式接线，当对Yyn0变压器低压侧单相接地短路故障灵敏度不够时，采用三相式接线。

（4）过负荷保护 用来防止变压器过负荷，因正常过负荷一般均为三相同时过负荷，所以采用一相式接线，安装在电源侧，动作于信号。

（5）温度保护 容量在1000kV·A及以上的油浸式电力变压器，装设温度保护。变压器上层油温规定不超过95℃。正常运行中，当上层油温超过85℃时，电接点温度计动作发出预警信号。干式变压器必须加温度保护，以发出预警、跳闸信号，具体数值按生产厂家规定。

（6）零序电流保护 当同一个电力系统的单相接地电容电流大于5A时，应装设零序电流保护，该保护由装于电缆线路上的零序电流互感器供电，保护装置可动作于断路器跳闸，也可动作于信号。

3.配电变压器继电保护接线图

继电保护接线图按其用途不同分为原理接线图、展开接线图、盘面布置图和安装接线图。原理接线图和展开接线图是一种接线的两种表达方式。在施工和运行过程中使用最多的是展开接线图。

（1）反时限过电流继电保护接线

1）利用交流电流操作电源的反时限过电流保护接线，其接线图如图7-2-5所示。

图中1KC、2KC为GL-15（25）或GL-16（26）型反时限过电流继电器，1KCT、2KCT为过电流脱扣器，安装在断路器操作机构内部。

保护动作原理如下：

在正常情况下，1KC、2KC过流继电器中流过经变换的负荷电流，由于该负荷电流小于继电器的整定值，感应转盘在负荷电流作用下匀速转动，继电器不动作，其常开、常闭触点不转换，过电流脱扣器被继电器常闭触点分流，过电流脱扣器中无电流，断路器不跳闸。这里，继电保护起监视作用。

图7-2-5 交流电流操作的反时限过电流保护接线图

当变压器低压出线回路D₁点短路故障时，2QF保护启动，同时由于穿越性故障电流大于1KC、2KC继电器整定值，感应过电流元件也启动，若2QF掉闸，1KC、2KC随即返回。若2QF拒绝动作，1KC、2KC经过规定的时间动作，触点转换，其常开触点先闭合，接通了过电流脱扣器线圈，常闭触点后打开，分流作用消失，使短路电流全部通过断路器的过电流脱扣器，断路器1QF可靠掉闸，造成大面积停电，这称为越级掉闸。由于能把故障切除了，故称远后备保护。

当变压器低压母线上D₂点短路故障时，1KC、2KC继电器感应过电流元件启动（电磁元件不动作），经过反时限延时，触点转换，断路器跳闸。

当变压器高压侧D₃点短路故障时，短路电流大于电磁元件和感应元件整定值，两元件均启动，由于电磁元件动作，断路器跳闸，感应过电流元件随即返回。若电磁元件拒动，感应元件经反时限动作，断路器跳闸，过电流起到了速断的近后备保护。

由于电磁元件和感应过电流元件共用一个机械掉牌，无论哪一元件动作，掉牌均落下。根据机构掉牌只能确定断路器跳闸是由于继电保护动作引起。但故障在什么地方很难确定。

2）利用直流操作电源的反时限过电流保护接线如图7-2-6所示。

图中1KC、2KC一般为GL-11（21），GL-12（22）型过电流继电器。其动作原理同前所述。所不同的只是继电器的常开触点直接接于直流控制回路，动作于断路器跳闸线圈跳闸。

（2）定时限过电流、速断保护接线 定时限过电流、速断保护接线图如图7-2-7所示。定时限过电流、速断保护的操作电源为直流操作电源。

保护动作原理如下：

交流电流回路中，1KC、2KC为速断保护元件，有较大的整定电流。3KC、4KC为过电流保护元件，有较小的整定电流。串接于同一电流互感器回路。

在正常情况下，继电器均流过负荷电流，由于负荷电流小于速断保护元件和过电流保护元件的整定值，继电器不启动，保护不动作，断路器不跳闸。

图7-2-6 直流操作电源反时限过电流保护接线图

当变压器低压出线发生短路故障时，低压出线开关保护动作，同时变压器过电流保护元件3KC、4KC启动，接通时间元件KT，开始计算时间，当低压出线保护动作切除故障点，过流元件和时间元件相继返回，远后备保护被解除。若低压出线开关保护拒动，过电流保护元件动作顺序如下：3KC（4KC）→KT→2KS→2XB→变压器高压侧断路器跳闸，使停电范围扩大，属于越级跳闸，为远后备保护。

图7-2-7 定时限过电流、速断保护接线图

当变压器低压母线侧出现故障时，过电流保护动作，断路器跳闸，起到主保护作用。(www.xing528.com)

当变压器高压侧发生短路故障时，速断保护元件启动，过电流保护元件也启动，开始计时。速断保护元件动作顺序如下：1KC（2KC）→KA→1KS→1XB→断路器跳闸，切除故障点，过电流保护元件返回，后备保护被解除。

当速断保护元件因某种原因拒动时，过电流保护元件动作，断路器跳闸，过电流保护起到了速断的近后备保护作用。

速断保护元件和过电流保护的机械掉牌是分开的，根据掉牌动作情况，就可明确判断故障地点。

（3）瓦斯保护、温度保护接线：瓦斯、温度保护接线图如图7-2-8所示。

图中1KG为瓦斯保护的重瓦斯触点，通过切换片1XB可接于保护出口继电器KA，直接动作于掉闸，也可切换到信号位置。2KG为瓦斯保护的轻瓦斯触点，直接动作于信号。

KTE为变压器电接点温度计触点，当变压器上层油温超过85℃时，动作于信号。

（4）掉闸压板的作用及安装要求：定时限过电流保护、速断保护或其他保护的出口，均安装有掉闸压板，以控制继电保护装置的投入或停止运行。

①掉闸压板的作用。继电保护装置在进行年度、事故校验时，可以在系统不停电的情况下把掉闸压板打开，短时甩保护运行。

图7-2-8 瓦斯保护、温度保护接线图

在两路电源不停负荷进行并列倒闸时（又称合环），应在合环前解除过电流保护，可通过打开过电流保护出口掉闸压板来实现。

在瓦斯保护中，重瓦斯掉闸部分安装了掉闸压板，通过压板切换，把重瓦斯分别接入试验与掉闸回路。根据运行要求，需要短时停用变压器重瓦斯保护时，可将压板切换到试验位置，使重瓦斯保护只动作于信号，以监视变压器的运行状态。需要时，可随时将重瓦斯投入到跳闸位置。

②掉闸压板的安装要求。掉闸压板的开口端，必须向上安装，以防误碰掉闸。

直流电源的“+”极，应接在掉闸压板的上端，以免在操作压板时造成碰连。

禁止使用一个压板同时控制两个及以上的回路。

掉闸压板，应标明保护名称、用途。

长期不用的掉闸压板应取下，短时不用的应拧紧。

（5）定时限和反时限过电流保护的区别

①从继电保护的动作时限与短路故障电流来分析。定时限过电流保护的动作时间是一个常数，是固定不变的，不管短路电流多大，只要大于电流继电器的整定值，就以固定的整定时间来动作，表现为定时限特性。就是说继电保护的动作时间与短路电流大小无关。

反时限过电流保护的动作时间是一个变数，随短路电流大小而变，短路电流大，动作时间快，短路电流小，动作时间慢，表现为反时限特性。就是说继电保护的动作时间与短路电流大小有关，成反比例关系。

②从继电保护元件组成来分析。定时限过电流保护由几个单体元件组成，一般由电磁式电流继电器、时间继电器、信号继电器等组成。

反时限过电流保护由GL型多功能继电器组成，一个继电器具有速断、过电流、信号、时间四个功能。

③从继电保护操作电源来分析。定时限过电流保护操作电源一定是直流操作电源，不能采用交流操作。

反时限过电流保护的操作电源，可以是交流操作电源，也可以是直流操作电源，一般随断路器操作机构的操作电源来确定。

④从继电保护装置上、下级时限级差的配合来分析。定时限过电流保护，采用电磁型电流继电器，整定值准确、动作可靠，上、下级时限级差采用0.5s就可实现保护的选择性动作。

反时限过电流保护，采用感应型电流继电器，它的整定值及动作准确性比电磁型电流继电器差，所以上、下级时限级差一般采用0.7s来保证选择性动作。

4.电流速断保护和过电流保护的整定原则和保护范围

（1）电流速断保护

①整定原则。电流速断保护的整定原则是，对线路而言保护动作电流大于被保护线路末端发生三相金属性短路的短路电流；对于变压器而言，整定电流大于被保护的变压器二次出线发生三相金属性短路的短路电流。

②保护范围。电流速断保护不能保护线路的全长，只能保护线路全长的70%～80%，对线路末端尚有20%～30%不能保护。对变压器而言，不能保护变压器的全部，只能保护从变压器的高压侧引线及电缆到变压器一次侧高压绕组的相间短路故障。总之，速断保护有死区，用过电流保护作为速断保护的后备保护。

（2）过电流保护

①整定原则。过电流保护是在保证选择性的基础上，可靠地切除系统中被保护范围内线路及设备故障的有时限动作的保护装置，按其动作时限与故障电流的关系不同，分为定时限过电流保护和反时限过电流保护。

过电流保护的整定原则是，整定电流要躲开线路上可能出现的最大负荷电流，含设备的启动电流。

对定时限过电流保护，除确定电流继电器动作电流外，还应确定动作时限，保护上、下相邻级动作时限差为0.5s，保证了保护动作的选择性要求。

对反时限过电流保护，整定要依据启动电流、整定电流的计算值做出反时限特性曲线，并给出速断值才能进行，要保证在曲线上的整定电流这一点动作时限级差不小于0.7s的整定动作时限，满足了选择性的要求，充分考虑了相邻上、下级之间的配合。

②保护范围。过电流保护可以保护被保护设备的全部和线路的全长，还可做相邻下一级的穿越性短路故障的后备保护，并且作为速断保护的后备保护。