變壓器是電力系統最主要的供電設備，如果發生故障將對供電可靠性和系統的正常運行帶來嚴重影響， 對變壓器進行繼電保護不僅是重要的，而且是必須的。變壓器保護在電力系統中的應用非常廣泛，它是保障電力系統運行正常安全的重要手段。本文主要分析了變壓器保護中的一些問題，并提出了一些改進方法。

　　1 引言

　　變壓器是電力系統中發揮重要作用的設備之一，它是配送電路中的主要設備。變壓器的正常工作對電力系統及電網安全、穩定地運行起著關鍵性的作用。如果變壓器出現故障，又沒有及時作出保護動作，將對供電系統的安全性和可靠性帶來很大的影響，甚至會導致無法估量的事故。所以裝設性能良好、運行穩定、安全可靠的保護裝置非常必要。它能夠在很大程度上對變壓器進行保護，以此來保證電力設施的安全、經濟、可靠投入運行，確保電力系統正常運轉，防止事故的發生。這里我們對相關問題進行一些分析。

　　2 變壓器保護的基本要求

　　對變壓器保護的基本要求是：變壓器在發生故障情況下，應該自動斷開所有與它相連的電源；變壓器在油溫過高、過負荷以及油面降低的情況下，需要向值班人員發出提示警報；如果變壓器各側引線、套管或本身發生了故障，一般應采用電流速斷、差動和重氣體保護等，使變壓器的電源盡可能快的切斷，以免擴大故障范圍；如果母線或其它與變壓器相連接的元件出現了故障，而該故障元件又因為保護拒動或斷路器失靈等原因導致其本身短路器沒有斷開的時候，應該將變壓器與故障部分分開。

　　3 差動保護及其在變壓器及輸電線路上的應用

　　差動保護是基于基爾霍夫電流定律的原理，KCL在電路理論被表述為流入某一節點或者閉合曲面的電流必然與流出這一節點和閉合曲面的電流相等。這一原理適用于所有的線性的集中參數的元件，如芯片、變壓器同側的繞組、發電機的繞組等。但是對于輸電線路和變壓器在應用的時候必須考慮其分布參數特性以及鐵芯的非線性特性。對于輸電線路而言，長線電容效應使得存在對地相間的電容電流，對于變壓器非線性鐵芯使得在某些狀態下（飽和）勵磁電流不能忽略，這些都給差動保護的應用帶來了很多的問題。

　　對于輸電線路差動保護，由于對地電容參數（近似）已知，可以通過輸電線路的電壓計算（估算）對地或者相間電容電流，從而使得KCL仍然近似成立，因此電流差動保護在輸電線路上的應用取得了一定的成功，現在越來越被現場運行人員所接受，其可以通過抬高定值，進行電容電流補償等方法應用于長距離輸電線路。

　　對于電力變壓器，如果能進行分側的繞組差動（一般情況下，我們稱之為分側差動，對自耦變壓器可能是分側零序差動），則差動原理可以很好的保護匝地、以及相間故障，但是由于匝間故障對于差動保護為縱向故障，KCL仍然成立，所以分側差動不能夠保護匝間故障。但是，因為將繞組CT安裝在現有的電力變壓器，特別是在220kV和110kV的變壓器上不太容易實現，所以分側差動的原理沒有被普遍使用。帶比率制動特性的電流縱差保護是目前最廣泛應用的差動保護原理。

　　在變壓器正常運行時，由于勵磁電流很小，變壓器縱差保護近似滿足KCL，縱差保護是能夠正確區分變壓器正常運行（外部故障）和內部故障這兩個狀態的。但是，變壓器除了這兩個狀態之外，還有一個狀態是鐵芯飽和，若由于電壓升高或頻率降低造成的變壓器鐵芯工作點下降，危害變壓器的安全，則現有的過激磁保護會跳閘切除變壓器。但是，更為不幸的是，對于變壓器還有一種飽和，并不是穩態的，僅僅是暫態的，且不危害變壓器安全的鐵芯飽和，若這種情況下切除變壓器，將不利于電力系統的穩定和供電的可靠性。解決變壓器鐵芯的這種暫態的飽和的方法是各種各樣的勵磁涌流識別算法。

　　4 勵磁涌流識別算法的其局限性及勵磁涌流識別方法

　　所有變壓器的縱差保護都配有勵磁涌流識別（閉鎖）判據。現在廣為采用的包括：二次諧波制動、間斷角原理、波形對稱原理、波形相關原理等。還有包羅萬象的新方法，具有代表性的有：基于小波變換的原理、基于數學形態學的原理、基于模糊理論的原理、基于支持向量機的原理、基于神經網絡和人工智能的原理等。

　　這些原理的本質和出發點都是勵磁涌流時差動電流的波形與故障電流的波形不一樣，我們必須通過比較波形來判斷是不是發生了涌流。盡管這種思路是簡單和正確的，但是對于判斷涌流特征的選擇不容易做到。雖然一些有經驗的工程師用眼睛就能看出波形的差別，但是對于產品開發者來說，這樣是行不通的。必須提取各種數值上的明顯的特征，比如二次諧波的大小、間斷角的大小等。但是，二次諧波并不是勵磁涌流的充要條件，流入勵磁回路的衰減直流分量也可以分解出二次諧波，勵磁涌流時二次諧波含量也可能不高。如果用閾值來區分，那么由于變壓器的結構不同，鐵芯工作點不同，這個閾值也無法確定。現在國內的觀點就是二次諧波含量作為勵磁涌流的識別判據，而這不可能從根本上杜絕空投時的誤動和故障時的拒動。

　　分析以上原理的局限性，是因為所選取的特征不合適。勵磁涌流、鐵芯飽和最本質的特征是工作點進入飽和區。

　　工作點進入飽和區，在等效電路中表現為勵磁阻抗的變化（變小），可以利用勵磁阻抗來識別勵磁涌流。現在南自動750系列的保護中就已經采用了這種磁通制動的保護原理，磁通制動是一種統稱，其實質就是通過引入電壓量，勵磁勵磁阻抗，并通過勵磁阻抗在鐵芯飽和時數值變小來識別勵磁涌流。顯然，這個方法不存在整定不明確的問題，勵磁涌流出現時，阻抗交替變化。外部故障和內部故障時，阻抗都是平穩值，勵磁涌流的特征明顯，應該有很好的應用前景。

　　5 主變保護的直流配置問題

　　如果10kV斷路器柜內的10kV母線發生故障，它產生的弧光很容易竄入到直流系統導致整個直流操作電源損壞，從而損壞變壓器。將微機主變保護雙重化后，它的兩套保護的電流回路都應該接在它們相對應開關的電流互感器上。為了使這兩套雙重化保護完全獨立，以避免弧光竄進直流系統導致全站直流停電，變電站需要有兩段直流母線，兩套保護分別對應由一段母線來供電。

　　對于220kV降壓三繞組變壓器的保護，它的電源的配置可以是：第一段母線采用主變差動保護，對于中壓側使用后備保護，對于低壓側運用第一套后備保護等；第二段母線采用像不動作、誤動等非電量保護，對于高壓側采用后備保護，對低壓側使用第二套后備保護等。

　　在主變220kV開關或110kV開關旁路代的情況下，原則上講，電流的雙重化保護可以切換，但是在現場具體應用的時候，如果旁路開關電流互感器出現二次繞組不夠用的問題，那么在這種情況下，這雙重電流回路的保護接法主要有下面幾種：

　　（1）在正常運行的狀態下，將雙重化的電流回路保護都與相應開關的電流互感器相連接，一旦主變開關發生旁路代情況，切換電流回路第一套保護，停止第二套保護的使用。

　　（2）在正常運行狀態下，將第一套保護的電流回路與相應開關的電流互感器連接在一起，將第二套保護的電流回路與相應的套管電流互感器相連接，一旦主變開關出現旁路代的問題，切換電流回路的第一套保護，第二套不切換，仍讓它繼續運行。

　　（3）在正常運行狀態下，電流回路的雙重化保護同接法（1）中所述，如果主變開關出現旁代路的情況，將電流回路第一套保護切換到與它相對應的電流互感器上，同時將第二套保護切換到相應的套管電流互感器上。

　　6 結語

　　上述對變壓器保護的一些問題做了簡要的分析，并提出了一些改進的方法。對以后變壓器改造、新建會采用更為先進的保護方法和設備。變壓器保護是電力系統正常安全運行的重要保障，這已成為繼電保護工作者的共識。隨著繼電保護技術發展與進步，變壓器保護也會越來越先進，變壓器保護裝置的種類也會越來越多，對變壓器的保護也會越來越全面，從而為電力系統提供更加可靠的保護，使電網的運行越來越安全、越穩定。