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摘要：本文就10kV变压器的常见故障进行分析，论述了10kV变压器的继电器保护种类及技术处理，并提出10kV变压器继电保护装置选择及数值整定。
关键词：变压器故障;10kV; 整定值计算
Abstract: This paper analyzes the common fault of 10kV transformer,10kV transformer relay protection are discussed the types andtreatment technology, and puts forward the device selection and numerical 10kV transformer relay protection setting.
Keywords: transformer fault; 10kV; setting calculation
中图分类号： TU74 文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)
1 电力变压器常出现的故障类型
变压器内部故障通常是指电力变压器内部发生的全部故障,主要包括有：单相接地、绕组匝间短路、故障相间短路等;外部故障通常是由变压器单相接地故障和变压器引出线绝缘套管间的相间短路等,具体故障可分为下列4种:
（1）芯体故障，是指变压器每个部分绝缘老化；内部绕组匝间与层间出现断路、短路情况;由于绕组铜线质量问题而使变压器局部出现过热;绕组线圈的绝缘受潮;因系统短路而导致绕组机械损伤;系统冲击电流导致绕组机械损伤等。
（2）磁路故障，造成磁路故障的原因有：芯体内部出现绝缘老化;轭夹件或穿芯螺丝碰接铁芯;压铁松动引起噪声和电磁铁振动;因铁芯接地不良造成系统间歇性静电放电;因芯片叠装不符合要求引起铁损增加等。
（3）变压器油故障，因系统在高温运行时,出现绝缘油氧化,从而吸收了空气中的水份导致绝缘性能有所下降;油道由于呗油泥沉积阻塞造成散热性能变坏;在油
绝缘内部发生闪络放电等。
（4）结构方面故障,因分接头没有接触好引起了系统部分过热;油泥阻塞导致分接头表面出现闪络或相间短路;变压器的油箱漏油、油温指示计失灵;因防爆管故障使油受潮等。
2 10kV电力变压器继电保护技术
对于高压侧为10kV的车间变电所的主变压器,一般都装设电流速断保护和过电流保护,当过电流保护的动作时间小于0.5s时,电流速断保护可以不装设。安装在车间内部的容量达800kVA及以上的油器浸式变压器,还应装设气体保护即瓦斯保护。本文就变压器的常见的瓦斯保护、定时限过电流保护、电流速断保护做简单的介绍。
2．1 瓦斯保护
瓦斯保护是中、大型变压器安全保护中必不可缺少的。变压器发生局部击穿或短路故障的原因通常是破坏绝缘或变压器油产生气体而引起的，对气体的速度监视并分析其特征与成分,可以推测故障发生原因、部位及严重程度, 当变压器突然发生严重故障时自动报警或切断电源。瓦斯保护分为：轻瓦斯保护动作于信号；重瓦斯保护动作于断路器跳闸两种。发生轻瓦斯保护的原因有:由于滤油、加油和启动强油循环装置致使空气进入变压器；温度下降或漏油致使油面缓慢低落；轻微的变压器故障而出现少量气体；直流回路绝缘破坏或接点劣坏发生误动作。发生重瓦斯保护动作跳闸的原因有：有可能是因为变压器内部产生严重故障, 油面剧烈下降或保护装置二次回路故障, 有时候因检修后油中空气分离得过快,导致瓦斯保护动作于跳闸。
瓦斯信号发生后,应先检查瓦斯继电器动作的原因, 如果不是上述原因引起的, 则应立即收集瓦斯继电器的气体, 并根据气体的多少、颜色、是否可燃等判断其故障性质。重瓦斯保护动作时, 若确定是内部故障, 应向上级反映并取油样进行化验、分析色谱检查油的闪点。若油的闪点比之前的降低5度以上, 则说明变压器内部有故障, 必须停下处理, 严禁冒然送电。
2.2 改进开关设备继电保护时限问题
通过将变压器连接的继电保护改进成为JSL集成电路型限过流继电器，来代替原有的电磁式继电器，可提高继电器动作精度，降低误差。同时降低能耗，新型继电器的时限级差为0.01s，是普通电磁式继电器的2倍。对线速断保护时间进行调整，一般改成速断0.05s，过流0.1s，这样可以更好地改进继电保护时限配合问题。
2.3 增加速断保护
在电力系统设计中，当系统出现故障时，通常希望继电保护装置迅速动作，这样可以快速反应，避免造成更大损失。因此，需要在电路系统之中配置速断保护装置，当故障发生时，可迅速切断电流，保护电路。对于变压器，更应该添加速断保护装置。当速断装置发生动作时，迅速切断电流，以阻挡更大损失。
3 保护继电器的选择
变压器电流速的断保护的作用, 是防止被保护范围内发生金属性单相或多相短路时产生过电流长时间冲击而引起故障点故障的扩大, 并波及故障线路及其设备。因此,一般都是作用于断路器跳闸,以便迅速切断故障点电源。变压器电流速断保护跳闸分为t =0s速断跳闸和t =0.5s延时速断跳闸两种形式。实践证明, 采用延时速断保护跳闸具有明显的优越性。
常用的继电器有：DL型电磁式电流继电器和GL型感应式电流继电器两中。如变压器负荷中没有较大容量的电动机,可用延时速断过流保护。为改善动作特性, 通常多采用DL型电磁式电流继电器,另增加时间继电器以获得保护的时限；反之, 如变压器负载中具有较大容量的电动机负荷,宜采用GL型感应式电流继电器,不仅可利用其瞬时动作元件满足电流速断保护要求, 还可以利用其延时动作元件的反时限部分,以躲过电动机的起动电流,满足变压器过负荷要求。GL型感应式电流继电器能简化线路接线, 但却增加了调校的难度, 并且其动作特性不如DL型电磁式继电器。
4 保护继电器的整定值计算
电流速断保护的整定值计算原则：首先应满足系统保护的选择性, 当继电器保护区域内发生短路故障时,可快速、准确切出故障点；其次应躲过较大容量电动机起动时的起动電流和其他原因引起的瞬间过负荷。为减轻计算工作量,确保定值的准确性和实用性,根据工作经验,提出一种更为简单的计算方法。
4．1变压器负荷中无大容量电动机因为变压器负荷中无大容量电动机, 负荷较平稳,此时继电器一次动作电流的保护整定值。
Idz = Ke KHI1 ,
式中: Ke —可靠系数,取1.2～1.5；
KH —继电器可靠系数, DL 型继电器取1.4～1.6；GL型继电器取1.8～2.0；
I1 —变压器一次测计算电流,一般取1.5～2.0倍变压器额定电流。
4．2变压器负荷中具有较大容量电动机由于变压器负荷具有较大容量电动机,因此必须考虑电动机起动时产生较大的起动电力对继电器运行的影响。根据前面的计算式, 则有:
Idz1 =Ke KH (Imax+Ist) ,
式中: Imax—电动机起动前变压器拥有的最大负荷电流；
Ist—电动机起动电流。
为此,整定值的计算则决定于Imax、Ist两个电流取值。一般情况下,Ist可以认为是变压器的最大负荷电流值减去电动机的额定电流值,而变压器的最大负荷电流可根据负荷计算或观察负荷运行结果取得。对于Ist则可以这样近似选取:
笼型异步电动机: (6～7)IN ,
绕线型异步电动机: (4～5)IN ,
同步电动机: (315～415)IN,
减压起动的笼型异步电动机: (3～4)IN 。
IN为电动机的额定电流。
根据以上方法计算的保护整定电流值实际上是最低的整定电流值。它在正常运行情况下保护不会动作。而在发生任何一种短路故障情况下, 均能可靠保护动作。
在整定计算中, Ke 、KH和起动电流倍数可按以下原则确定:
Ke是综合考虑的一个安全系数。如较大容量电动机起动次数频繁, 变(配) 电站系统阻抗较小时应取大值；反之,取小值。KH是由继电器特性确定的一个可靠系数,如变压器经常过负荷,且较大容量电动机起动时间较长应取大值；反之,取小值。
电动机起动电流倍数是整定计算中的一个重要因素。一般重载起动电动机取大值；轻载起动电动机取小值。
5 结语
在实际运行过程中需要对继电保护认真地整定计算，按照10kV低压系统自身的特点，不断总结经验,发现其规律性。当继电器保护区域内发生短路故障时,可以快速、准确切除故障点,使其在电力系统的安全可靠稳定经济运行中发挥更大的作用。
参考文献：
[1]赵敬良.配电变压器因进水而烧损问题的研究[J].科技创新与生产力,2011(6):100-102.
[2]胡磊.浅析智能电网对继电保护的影响[J].无线互联科技,2011(4):51-53.
[3]陈珩.电力系统稳态分析[M].北京:水利电力出版社,2010.
关键词：变压器故障;10kV; 整定值计算
Abstract: This paper analyzes the common fault of 10kV transformer,10kV transformer relay protection are discussed the types andtreatment technology, and puts forward the device selection and numerical 10kV transformer relay protection setting.
Keywords: transformer fault; 10kV; setting calculation
中图分类号： TU74 文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)
1 电力变压器常出现的故障类型
变压器内部故障通常是指电力变压器内部发生的全部故障,主要包括有：单相接地、绕组匝间短路、故障相间短路等;外部故障通常是由变压器单相接地故障和变压器引出线绝缘套管间的相间短路等,具体故障可分为下列4种:
（1）芯体故障，是指变压器每个部分绝缘老化；内部绕组匝间与层间出现断路、短路情况;由于绕组铜线质量问题而使变压器局部出现过热;绕组线圈的绝缘受潮;因系统短路而导致绕组机械损伤;系统冲击电流导致绕组机械损伤等。
（2）磁路故障，造成磁路故障的原因有：芯体内部出现绝缘老化;轭夹件或穿芯螺丝碰接铁芯;压铁松动引起噪声和电磁铁振动;因铁芯接地不良造成系统间歇性静电放电;因芯片叠装不符合要求引起铁损增加等。
（3）变压器油故障，因系统在高温运行时,出现绝缘油氧化,从而吸收了空气中的水份导致绝缘性能有所下降;油道由于呗油泥沉积阻塞造成散热性能变坏;在油
绝缘内部发生闪络放电等。
（4）结构方面故障,因分接头没有接触好引起了系统部分过热;油泥阻塞导致分接头表面出现闪络或相间短路;变压器的油箱漏油、油温指示计失灵;因防爆管故障使油受潮等。
2 10kV电力变压器继电保护技术
对于高压侧为10kV的车间变电所的主变压器,一般都装设电流速断保护和过电流保护,当过电流保护的动作时间小于0.5s时,电流速断保护可以不装设。安装在车间内部的容量达800kVA及以上的油器浸式变压器,还应装设气体保护即瓦斯保护。本文就变压器的常见的瓦斯保护、定时限过电流保护、电流速断保护做简单的介绍。
2．1 瓦斯保护
瓦斯保护是中、大型变压器安全保护中必不可缺少的。变压器发生局部击穿或短路故障的原因通常是破坏绝缘或变压器油产生气体而引起的，对气体的速度监视并分析其特征与成分,可以推测故障发生原因、部位及严重程度, 当变压器突然发生严重故障时自动报警或切断电源。瓦斯保护分为：轻瓦斯保护动作于信号；重瓦斯保护动作于断路器跳闸两种。发生轻瓦斯保护的原因有:由于滤油、加油和启动强油循环装置致使空气进入变压器；温度下降或漏油致使油面缓慢低落；轻微的变压器故障而出现少量气体；直流回路绝缘破坏或接点劣坏发生误动作。发生重瓦斯保护动作跳闸的原因有：有可能是因为变压器内部产生严重故障, 油面剧烈下降或保护装置二次回路故障, 有时候因检修后油中空气分离得过快,导致瓦斯保护动作于跳闸。
瓦斯信号发生后,应先检查瓦斯继电器动作的原因, 如果不是上述原因引起的, 则应立即收集瓦斯继电器的气体, 并根据气体的多少、颜色、是否可燃等判断其故障性质。重瓦斯保护动作时, 若确定是内部故障, 应向上级反映并取油样进行化验、分析色谱检查油的闪点。若油的闪点比之前的降低5度以上, 则说明变压器内部有故障, 必须停下处理, 严禁冒然送电。
2.2 改进开关设备继电保护时限问题
通过将变压器连接的继电保护改进成为JSL集成电路型限过流继电器，来代替原有的电磁式继电器，可提高继电器动作精度，降低误差。同时降低能耗，新型继电器的时限级差为0.01s，是普通电磁式继电器的2倍。对线速断保护时间进行调整，一般改成速断0.05s，过流0.1s，这样可以更好地改进继电保护时限配合问题。
2.3 增加速断保护
在电力系统设计中，当系统出现故障时，通常希望继电保护装置迅速动作，这样可以快速反应，避免造成更大损失。因此，需要在电路系统之中配置速断保护装置，当故障发生时，可迅速切断电流，保护电路。对于变压器，更应该添加速断保护装置。当速断装置发生动作时，迅速切断电流，以阻挡更大损失。
3 保护继电器的选择
变压器电流速的断保护的作用, 是防止被保护范围内发生金属性单相或多相短路时产生过电流长时间冲击而引起故障点故障的扩大, 并波及故障线路及其设备。因此,一般都是作用于断路器跳闸,以便迅速切断故障点电源。变压器电流速断保护跳闸分为t =0s速断跳闸和t =0.5s延时速断跳闸两种形式。实践证明, 采用延时速断保护跳闸具有明显的优越性。
常用的继电器有：DL型电磁式电流继电器和GL型感应式电流继电器两中。如变压器负荷中没有较大容量的电动机,可用延时速断过流保护。为改善动作特性, 通常多采用DL型电磁式电流继电器,另增加时间继电器以获得保护的时限；反之, 如变压器负载中具有较大容量的电动机负荷,宜采用GL型感应式电流继电器,不仅可利用其瞬时动作元件满足电流速断保护要求, 还可以利用其延时动作元件的反时限部分,以躲过电动机的起动电流,满足变压器过负荷要求。GL型感应式电流继电器能简化线路接线, 但却增加了调校的难度, 并且其动作特性不如DL型电磁式继电器。
4 保护继电器的整定值计算
电流速断保护的整定值计算原则：首先应满足系统保护的选择性, 当继电器保护区域内发生短路故障时,可快速、准确切出故障点；其次应躲过较大容量电动机起动时的起动電流和其他原因引起的瞬间过负荷。为减轻计算工作量,确保定值的准确性和实用性,根据工作经验,提出一种更为简单的计算方法。
4．1变压器负荷中无大容量电动机因为变压器负荷中无大容量电动机, 负荷较平稳,此时继电器一次动作电流的保护整定值。
Idz = Ke KHI1 ,
式中: Ke —可靠系数,取1.2～1.5；
KH —继电器可靠系数, DL 型继电器取1.4～1.6；GL型继电器取1.8～2.0；
I1 —变压器一次测计算电流,一般取1.5～2.0倍变压器额定电流。
4．2变压器负荷中具有较大容量电动机由于变压器负荷具有较大容量电动机,因此必须考虑电动机起动时产生较大的起动电力对继电器运行的影响。根据前面的计算式, 则有:
Idz1 =Ke KH (Imax+Ist) ,
式中: Imax—电动机起动前变压器拥有的最大负荷电流；
Ist—电动机起动电流。
为此,整定值的计算则决定于Imax、Ist两个电流取值。一般情况下,Ist可以认为是变压器的最大负荷电流值减去电动机的额定电流值,而变压器的最大负荷电流可根据负荷计算或观察负荷运行结果取得。对于Ist则可以这样近似选取:
笼型异步电动机: (6～7)IN ,
绕线型异步电动机: (4～5)IN ,
同步电动机: (315～415)IN,
减压起动的笼型异步电动机: (3～4)IN 。
IN为电动机的额定电流。
根据以上方法计算的保护整定电流值实际上是最低的整定电流值。它在正常运行情况下保护不会动作。而在发生任何一种短路故障情况下, 均能可靠保护动作。
在整定计算中, Ke 、KH和起动电流倍数可按以下原则确定:
Ke是综合考虑的一个安全系数。如较大容量电动机起动次数频繁, 变(配) 电站系统阻抗较小时应取大值；反之,取小值。KH是由继电器特性确定的一个可靠系数,如变压器经常过负荷,且较大容量电动机起动时间较长应取大值；反之,取小值。
电动机起动电流倍数是整定计算中的一个重要因素。一般重载起动电动机取大值；轻载起动电动机取小值。
5 结语
在实际运行过程中需要对继电保护认真地整定计算，按照10kV低压系统自身的特点，不断总结经验,发现其规律性。当继电器保护区域内发生短路故障时,可以快速、准确切除故障点,使其在电力系统的安全可靠稳定经济运行中发挥更大的作用。
参考文献：
[1]赵敬良.配电变压器因进水而烧损问题的研究[J].科技创新与生产力,2011(6):100-102.
[2]胡磊.浅析智能电网对继电保护的影响[J].无线互联科技,2011(4):51-53.
[3]陈珩.电力系统稳态分析[M].北京:水利电力出版社,2010.