变压器是电力系统最主要的供电设备，如果发生故障将对供电可靠性和系统的正常运行带来严重影响， 对变压器进行继电保护不仅是重要的，而且是必须的。变压器保护在电力系统中的应用非常广泛，它是保障电力系统运行正常安全的重要手段。本文主要分析了变压器保护中的一些问题，并提出了一些改进方法。

　　1 引言

　　变压器是电力系统中发挥重要作用的设备之一，它是配送电路中的主要设备。变压器的正常工作对电力系统及电网安全、稳定地运行起着关键性的作用。如果变压器出现故障，又没有及时作出保护动作，将对供电系统的安全性和可靠性带来很大的影响，甚至会导致无法估量的事故。所以装设性能良好、运行稳定、安全可靠的保护装置非常必要。它能够在很大程度上对变压器进行保护，以此来保证电力设施的安全、经济、可靠投入运行，确保电力系统正常运转，防止事故的发生。这里我们对相关问题进行一些分析。

　　2 变压器保护的基本要求

　　对变压器保护的基本要求是：变压器在发生故障情况下，应该自动断开所有与它相连的电源；变压器在油温过高、过负荷以及油面降低的情况下，需要向值班人员发出提示警报；如果变压器各侧引线、套管或本身发生了故障，一般应采用电流速断、差动和重气体保护等，使变压器的电源尽可能快的切断，以免扩大故障范围；如果母线或其它与变压器相连接的元件出现了故障，而该故障元件又因为保护拒动或断路器失灵等原因导致其本身短路器没有断开的时候，应该将变压器与故障部分分开。

　　3 差动保护及其在变压器及输电线路上的应用

　　差动保护是基于基尔霍夫电流定律的原理，KCL在电路理论被表述为流入某一节点或者闭合曲面的电流必然与流出这一节点和闭合曲面的电流相等。这一原理适用于所有的线性的集中参数的元件，如芯片、变压器同侧的绕组、发电机的绕组等。但是对于输电线路和变压器在应用的时候必须考虑其分布参数特性以及铁芯的非线性特性。对于输电线路而言，长线电容效应使得存在对地相间的电容电流，对于变压器非线性铁芯使得在某些状态下（饱和）励磁电流不能忽略，这些都给差动保护的应用带来了很多的问题。

　　对于输电线路差动保护，由于对地电容参数（近似）已知，可以通过输电线路的电压计算（估算）对地或者相间电容电流，从而使得KCL仍然近似成立，因此电流差动保护在输电线路上的应用取得了一定的成功，现在越来越被现场运行人员所接受，其可以通过抬高定值，进行电容电流补偿等方法应用于长距离输电线路。

　　对于电力变压器，如果能进行分侧的绕组差动（一般情况下，我们称之为分侧差动，对自耦变压器可能是分侧零序差动），则差动原理可以很好的保护匝地、以及相间故障，但是由于匝间故障对于差动保护为纵向故障，KCL仍然成立，所以分侧差动不能够保护匝间故障。但是，因为将绕组CT安装在现有的电力变压器，特别是在220kV和110kV的变压器上不太容易实现，所以分侧差动的原理没有被普遍使用。带比率制动特性的电流纵差保护是目前最广泛应用的差动保护原理。

　　在变压器正常运行时，由于励磁电流很小，变压器纵差保护近似满足KCL，纵差保护是能够正确区分变压器正常运行（外部故障）和内部故障这两个状态的。但是，变压器除了这两个状态之外，还有一个状态是铁芯饱和，若由于电压升高或频率降低造成的变压器铁芯工作点下降，危害变压器的安全，则现有的过激磁保护会跳闸切除变压器。但是，更为不幸的是，对于变压器还有一种饱和，并不是稳态的，仅仅是暂态的，且不危害变压器安全的铁芯饱和，若这种情况下切除变压器，将不利于电力系统的稳定和供电的可靠性。解决变压器铁芯的这种暂态的饱和的方法是各种各样的励磁涌流识别算法。

　　4 励磁涌流识别算法的其局限性及励磁涌流识别方法

　　所有变压器的纵差保护都配有励磁涌流识别（闭锁）判据。现在广为采用的包括：二次谐波制动、间断角原理、波形对称原理、波形相关原理等。还有包罗万象的新方法，具有代表性的有：基于小波变换的原理、基于数学形态学的原理、基于模糊理论的原理、基于支持向量机的原理、基于神经网络和人工智能的原理等。

　　这些原理的本质和出发点都是励磁涌流时差动电流的波形与故障电流的波形不一样，我们必须通过比较波形来判断是不是发生了涌流。尽管这种思路是简单和正确的，但是对于判断涌流特征的选择不容易做到。虽然一些有经验的工程师用眼睛就能看出波形的差别，但是对于产品开发者来说，这样是行不通的。必须提取各种数值上的明显的特征，比如二次谐波的大小、间断角的大小等。但是，二次谐波并不是励磁涌流的充要条件，流入励磁回路的衰减直流分量也可以分解出二次谐波，励磁涌流时二次谐波含量也可能不高。如果用阈值来区分，那么由于变压器的结构不同，铁芯工作点不同，这个阈值也无法确定。现在国内的观点就是二次谐波含量作为励磁涌流的识别判据，而这不可能从根本上杜绝空投时的误动和故障时的拒动。

　　分析以上原理的局限性，是因为所选取的特征不合适。励磁涌流、铁芯饱和最本质的特征是工作点进入饱和区。

　　工作点进入饱和区，在等效电路中表现为励磁阻抗的变化（变小），可以利用励磁阻抗来识别励磁涌流。现在南自动750系列的保护中就已经采用了这种磁通制动的保护原理，磁通制动是一种统称，其实质就是通过引入电压量，励磁励磁阻抗，并通过励磁阻抗在铁芯饱和时数值变小来识别励磁涌流。显然，这个方法不存在整定不明确的问题，励磁涌流出现时，阻抗交替变化。外部故障和内部故障时，阻抗都是平稳值，励磁涌流的特征明显，应该有很好的应用前景。

　　5 主变保护的直流配置问题

　　如果10kV断路器柜内的10kV母线发生故障，它产生的弧光很容易窜入到直流系统导致整个直流操作电源损坏，从而损坏变压器。将微机主变保护双重化后，它的两套保护的电流回路都应该接在它们相对应开关的电流互感器上。为了使这两套双重化保护完全独立，以避免弧光窜进直流系统导致全站直流停电，变电站需要有两段直流母线，两套保护分别对应由一段母线来供电。

　　对于220kV降压三绕组变压器的保护，它的电源的配置可以是：第一段母线采用主变差动保护，对于中压侧使用后备保护，对于低压侧运用第一套后备保护等；第二段母线采用像不动作、误动等非电量保护，对于高压侧采用后备保护，对低压侧使用第二套后备保护等。

　　在主变220kV开关或110kV开关旁路代的情况下，原则上讲，电流的双重化保护可以切换，但是在现场具体应用的时候，如果旁路开关电流互感器出现二次绕组不够用的问题，那么在这种情况下，这双重电流回路的保护接法主要有下面几种：

　　（1）在正常运行的状态下，将双重化的电流回路保护都与相应开关的电流互感器相连接，一旦主变开关发生旁路代情况，切换电流回路第一套保护，停止第二套保护的使用。

　　（2）在正常运行状态下，将第一套保护的电流回路与相应开关的电流互感器连接在一起，将第二套保护的电流回路与相应的套管电流互感器相连接，一旦主变开关出现旁路代的问题，切换电流回路的第一套保护，第二套不切换，仍让它继续运行。

　　（3）在正常运行状态下，电流回路的双重化保护同接法（1）中所述，如果主变开关出现旁代路的情况，将电流回路第一套保护切换到与它相对应的电流互感器上，同时将第二套保护切换到相应的套管电流互感器上。

　　6 结语

　　上述对变压器保护的一些问题做了简要的分析，并提出了一些改进的方法。对以后变压器改造、新建会采用更为先进的保护方法和设备。变压器保护是电力系统正常安全运行的重要保障，这已成为继电保护工作者的共识。随着继电保护技术发展与进步，变压器保护也会越来越先进，变压器保护装置的种类也会越来越多，对变压器的保护也会越来越全面，从而为电力系统提供更加可靠的保护，使电网的运行越来越安全、越稳定。