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【摘 要】随着国民经济的迅速发展，电力需求日益增加，安全可靠供电显得越来越重要。用户对电能质量及供电的可靠性更高的要求，为了满足这一要求，关键问题之一便是要保证输配电网中重要的电气设备电力变压器的安全运行，合理选择相应系统特点的继电保护装置便显得更为突出。国内外变压器运行事故表明，短路事故是引起变压器损坏，从而影响电网供电的主要原因之一。本文首先简要介绍了变压器的组成以及对应一些常见的故障、异常工作状态下所采取的保护方式，然后对一个110kV变电所三相三绕组主变压器及其馈线故障及继电保护的配置及相关的保护原理进行了详细的讨论，作为选购相应继电保护装置的依据。
【关键词】110KV;变压器;继电保护
一. 牵引变压器故障、异常工作状态及其保护方式变压器是电力网中重要的电气设备，为了电力网安全、经济运行满足用户的需求及负荷调度的灵活性，在牵引变电所运行中一般有两台及以上的变压器主备用运行;通常采用绝缘等级高的变压器，对其中性点接地方式必须进行合理的选择。变压器的故障可以分为油箱内部故障和油箱外部故障。油箱内部故障有，绕组的相间短路、绕组的匝间短路、中心点直接接地系统侧绕组的接地短路。变压器发生内部故障是很危险的，因为故障点的高温电弧不仅会烧坏绕组绝缘和铁心，而且可能由于绝缘材料和变压器油在高温电弧作用下强烈气化引起油箱爆炸。油箱外部故障主要有，油箱外部绝缘套管，引出线上发生相间短路和接地短路。变压器的异常工作状态有过负荷;由外部短路引起的过电流;油箱漏油引起的油位下降;外部接地短路引起未接地中性点过电压;绕组过电压或频率降低引起的过励磁;变压器油温升高和冷却系统故障等。
110kV变压器、27.5KV保护的配置及相关原理对牵引变电所主接线的分析鉴于二次回路继电保护和自动装置与一次回路接线紧密相关，根据已知的原始资料提出主接线方案如下。（1）拟定方案原则。变压器台数和容量的选择直接影响主接线的形式和配电装置的结构。它的确定除依据传递容量等基本原始资料外，还应依据电力系统5～10年的发展规划、输送功率大小、馈线回路数、电压等级以及接入系统的紧密程度等因素，进行综合分析和合理选择。本次设计内容是对该110kV牵引变电所主保护装置、后备保护装置及其馈线进行继电保护配置和整定。三种电压等级分别为110kV、35kV和10kV。通常牵引变电所主接线的高压侧，应尽可能采用断路器数目较少的接线，以节省投资，随出线数目的不同，可采用桥形、单母线、双母线及角形接线等。如果牵引变电所电压为超高压等级，又是重要的枢纽牵引变电所，宜采用双母线带旁母接线或采用一台半断路器接线。牵引变电所的低压侧常采用单母分段接线或双母线接线，以便于扩建。110KV母线应选择六氟化硫断路器，6kV～10kV、27.5KV馈线应选轻型断路器，如真空断路器。
二.断路器检修时，对连续供电的影响程度。
1.线路能否满足负荷对供电的要求。2.经济合理易于扩建。方案的拟定。通过对给定的原始资料进行分析，结合对电气主接线的可靠性、灵活性及经济性等基本要求，综合考虑。在符合技术、经济政策的前提下，力争采用供电可靠，经济合理的主接线方案。此主接线还应具有足够的灵活性，能适应各种运行方式的变化，且在检修、事故等特殊状态下操作方便、调度灵活、检修安全、扩建发展方便。变电所110kV侧采用外桥接线，35kV采用单母线分段接线且保持一台变压器中性点接地同时10kV采用双母线接线。
2. 牵引变电所主变压器的继电保护配置（1）差动保护：保护范围110KV电流互感器及主变压器低压侧27.5KV之间反应油箱内故障及油箱外套管、引线故障（包括相间、对地故障）动作于高低压断路器跳闸。（2）气体保护，反应油箱内故障，分轻、重气体保护：轻气体动作于信号，重气体动作于三侧跳闸并发信号。
3. 相间故障过电流保护：作本身及出线的后备保护。所设计的主变为双侧电源三绕组变压器为保证保护动作的选择性和快速性，三侧均装设过流保护，动作时间短的35kV侧的保护加装方向元件：方向为指母线、跳本侧同时加装一套不带方向的保护，以最大时限跳三侧，作纵差保护的后备，零序电流和零序电压保护。反映110kV中性点接地系统主变高压侧及馈线单相接地的后备保护，保护分三Io保护的最短时跳开开关，Vo保个时限。即等于各侧短路电流（二次值）的总和。必须指出的是，由于變压器一、二次电流、电压大小不同，相位不同，电流互感器特性差异，电源侧有励磁电流，都将造成不平衡电流流过继电器差动回路，必须采用相应措施消除或减少不平衡电流的影响。这样在正常及区外短路时，保护不会动作，而发生内部故障时，保护将灵敏动作
4. 为保证三绕组变压器差动保护的可靠性和灵敏性，应注意以下几点。①各侧电流互感器的变比应统一按变压器额定容量来选择。②外部短路时的三绕组变压器的不平衡电流较大，宜采用带制动特性的BCH-1型差动继电器，若BCH-1型仍不满足灵敏性要求，可采用二次谐波制动的比率制动式差动保护。（2）气体保护。气体保护是变压器内部故障的主要保护，对变压器匝间和相间短路、铁芯故障、绕组内部断线及绝缘劣化和油面下降等故障均能灵敏反应。当油浸式变压器的内部发生故障时，由于电弧燃烧使绝缘材料分解并产生大量的气体，其强烈程度随故障的严重程度不同而不同。气体保护就是利用反应气体状态的气体继电器（又称瓦斯继电器）来保护变压器内部故障的。在气体保护继电器内，上部是一个开口杯，下部是一块金属档板，两者都装有密封的干簧接点。开口杯和档板可以围绕各自的轴旋转。在正常运行时，继电器内充满油，开口杯浸在油内，处于上浮位置，干簧接点断开;档板则由于本身重量而下垂，其干簧接点也是断开的。当变压器内部发生轻微故障时，气体产生的速度较缓慢，气体上升至储油柜途中首先积存于气体继电器的上部空间，使油面下降，开口杯随之下降而使干簧接点闭合，接通延时信号，这就是气体保护;当变压器内部发生严重故障时，则产生强烈的气体，油箱内压力瞬时突增，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，带动磁铁护以较长时限跳中点不接地的主变，最后Io保护以最长时限跳开中点接地的主变。 5. 过负荷保护：由接于单相的CT反映主变对称过负荷，对该双侧电源三绕组主变，在三侧均装设，各侧过负荷保护经同一时间继电器发延时信号（10s）。
6. 差动保护是变壓器的主保护。变压器差动保护的工作原理与线路纵差保护的原理相同，都是比较被保护设备各侧电流的相位和数值的大小。由于变压器高压侧和低压侧的额定电流不相等再加上变压器各侧电流的相位往往不相同。因此，为了保证纵差动保护的正确工作，须适当选择各侧电流互感器的变比及接线方式，使各侧电流相位的补偿，从而使正常运行和区外短路故障时，两侧二次电流相等。三绕组变压器差动保护的动作原理和双绕组变压器差动保护的动作原理是一样的，也是按循环电流原理构成。正常运行和外部短路时，三绕组变压器三侧二次电流向量和为零。
三.牵引电系统发生故障后，为快速排除故障对运输生产的影响，加强作业人员业务素质。按照故障现象变现为当牵引供电系统发生故障或异常时，在可能切除故障的最短时间和最小故障区域内，自动将故障设备从系统中切除，或发出告警信号提醒变配电所内值班人员系统出现异常，能够得以及时处理，以减轻或避免设备的损坏和对铁路运输的影响。继电保护装置必须具有正确区分被保护元件是否处于正常运行状态或是故障，是被保护区域内故障还是区域外故障的能力。继电保护装置要实现这一功能，需要根据供电系统发生故障前后电气物理量变化的特征为基础来构成
1.电流量增大。短路时故障点与电源之间的电气设备和接触网及或贯通线路上的电流将由平时的负荷电流增大至几倍甚至几十倍的负荷电流。
2.电压降低。当发生相间短路和接地短路故障时，系统各点的相间电压或相电压值下降，且越靠近短路点，电压越低。
3.电流与电压之间的相位角改变。正常运行时电流与电压间的相位角是负荷的功率因数角，一般约为20°，贯通线三相短路时，电流与电压之间的相位角是由线路的阻抗角决定的，一般为60°～85°。
4.测量阻抗发生变化。测量阻抗即保护安装处电压与电流之比值。正常运行时，测量阻抗为负荷阻抗;金属性短路时，测量阻抗转变为线路阻抗，故障后测量阻抗显著减小，而阻抗角增大。
不对称短路时，出现相序分量，如两相及单相接地短路时，出现负序电流和负序电压分量;单相接地时，出现负序和零序电流和电压分量。这些分量在正常运行时是不出现的。
根据以上故障现象，可快速判断故障范围，及应急处理方案，最大限度缩短故障延时，将最大限度减少对运输生产影响。
参考文献：
[1] 李文秋，张安斌.配电网新设备与继电保护新技术[J].配电网新设备与新技术.2016.
[2] 李 炜，陈 剑.某客运专线220KV线路保护相关问题探讨[J].电机工程设备与新技术，2015：14-15.
[3] 宋仕军.关于电气化铁路牵引站接入电网继电保护应用[J].电机工程设备与新技术，2016.
（作者单位：神华包神铁路公司）
【关键词】110KV;变压器;继电保护
一. 牵引变压器故障、异常工作状态及其保护方式变压器是电力网中重要的电气设备，为了电力网安全、经济运行满足用户的需求及负荷调度的灵活性，在牵引变电所运行中一般有两台及以上的变压器主备用运行;通常采用绝缘等级高的变压器，对其中性点接地方式必须进行合理的选择。变压器的故障可以分为油箱内部故障和油箱外部故障。油箱内部故障有，绕组的相间短路、绕组的匝间短路、中心点直接接地系统侧绕组的接地短路。变压器发生内部故障是很危险的，因为故障点的高温电弧不仅会烧坏绕组绝缘和铁心，而且可能由于绝缘材料和变压器油在高温电弧作用下强烈气化引起油箱爆炸。油箱外部故障主要有，油箱外部绝缘套管，引出线上发生相间短路和接地短路。变压器的异常工作状态有过负荷;由外部短路引起的过电流;油箱漏油引起的油位下降;外部接地短路引起未接地中性点过电压;绕组过电压或频率降低引起的过励磁;变压器油温升高和冷却系统故障等。
110kV变压器、27.5KV保护的配置及相关原理对牵引变电所主接线的分析鉴于二次回路继电保护和自动装置与一次回路接线紧密相关，根据已知的原始资料提出主接线方案如下。（1）拟定方案原则。变压器台数和容量的选择直接影响主接线的形式和配电装置的结构。它的确定除依据传递容量等基本原始资料外，还应依据电力系统5～10年的发展规划、输送功率大小、馈线回路数、电压等级以及接入系统的紧密程度等因素，进行综合分析和合理选择。本次设计内容是对该110kV牵引变电所主保护装置、后备保护装置及其馈线进行继电保护配置和整定。三种电压等级分别为110kV、35kV和10kV。通常牵引变电所主接线的高压侧，应尽可能采用断路器数目较少的接线，以节省投资，随出线数目的不同，可采用桥形、单母线、双母线及角形接线等。如果牵引变电所电压为超高压等级，又是重要的枢纽牵引变电所，宜采用双母线带旁母接线或采用一台半断路器接线。牵引变电所的低压侧常采用单母分段接线或双母线接线，以便于扩建。110KV母线应选择六氟化硫断路器，6kV～10kV、27.5KV馈线应选轻型断路器，如真空断路器。
二.断路器检修时，对连续供电的影响程度。
1.线路能否满足负荷对供电的要求。2.经济合理易于扩建。方案的拟定。通过对给定的原始资料进行分析，结合对电气主接线的可靠性、灵活性及经济性等基本要求，综合考虑。在符合技术、经济政策的前提下，力争采用供电可靠，经济合理的主接线方案。此主接线还应具有足够的灵活性，能适应各种运行方式的变化，且在检修、事故等特殊状态下操作方便、调度灵活、检修安全、扩建发展方便。变电所110kV侧采用外桥接线，35kV采用单母线分段接线且保持一台变压器中性点接地同时10kV采用双母线接线。
2. 牵引变电所主变压器的继电保护配置（1）差动保护：保护范围110KV电流互感器及主变压器低压侧27.5KV之间反应油箱内故障及油箱外套管、引线故障（包括相间、对地故障）动作于高低压断路器跳闸。（2）气体保护，反应油箱内故障，分轻、重气体保护：轻气体动作于信号，重气体动作于三侧跳闸并发信号。
3. 相间故障过电流保护：作本身及出线的后备保护。所设计的主变为双侧电源三绕组变压器为保证保护动作的选择性和快速性，三侧均装设过流保护，动作时间短的35kV侧的保护加装方向元件：方向为指母线、跳本侧同时加装一套不带方向的保护，以最大时限跳三侧，作纵差保护的后备，零序电流和零序电压保护。反映110kV中性点接地系统主变高压侧及馈线单相接地的后备保护，保护分三Io保护的最短时跳开开关，Vo保个时限。即等于各侧短路电流（二次值）的总和。必须指出的是，由于變压器一、二次电流、电压大小不同，相位不同，电流互感器特性差异，电源侧有励磁电流，都将造成不平衡电流流过继电器差动回路，必须采用相应措施消除或减少不平衡电流的影响。这样在正常及区外短路时，保护不会动作，而发生内部故障时，保护将灵敏动作
4. 为保证三绕组变压器差动保护的可靠性和灵敏性，应注意以下几点。①各侧电流互感器的变比应统一按变压器额定容量来选择。②外部短路时的三绕组变压器的不平衡电流较大，宜采用带制动特性的BCH-1型差动继电器，若BCH-1型仍不满足灵敏性要求，可采用二次谐波制动的比率制动式差动保护。（2）气体保护。气体保护是变压器内部故障的主要保护，对变压器匝间和相间短路、铁芯故障、绕组内部断线及绝缘劣化和油面下降等故障均能灵敏反应。当油浸式变压器的内部发生故障时，由于电弧燃烧使绝缘材料分解并产生大量的气体，其强烈程度随故障的严重程度不同而不同。气体保护就是利用反应气体状态的气体继电器（又称瓦斯继电器）来保护变压器内部故障的。在气体保护继电器内，上部是一个开口杯，下部是一块金属档板，两者都装有密封的干簧接点。开口杯和档板可以围绕各自的轴旋转。在正常运行时，继电器内充满油，开口杯浸在油内，处于上浮位置，干簧接点断开;档板则由于本身重量而下垂，其干簧接点也是断开的。当变压器内部发生轻微故障时，气体产生的速度较缓慢，气体上升至储油柜途中首先积存于气体继电器的上部空间，使油面下降，开口杯随之下降而使干簧接点闭合，接通延时信号，这就是气体保护;当变压器内部发生严重故障时，则产生强烈的气体，油箱内压力瞬时突增，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，带动磁铁护以较长时限跳中点不接地的主变，最后Io保护以最长时限跳开中点接地的主变。 5. 过负荷保护：由接于单相的CT反映主变对称过负荷，对该双侧电源三绕组主变，在三侧均装设，各侧过负荷保护经同一时间继电器发延时信号（10s）。
6. 差动保护是变壓器的主保护。变压器差动保护的工作原理与线路纵差保护的原理相同，都是比较被保护设备各侧电流的相位和数值的大小。由于变压器高压侧和低压侧的额定电流不相等再加上变压器各侧电流的相位往往不相同。因此，为了保证纵差动保护的正确工作，须适当选择各侧电流互感器的变比及接线方式，使各侧电流相位的补偿，从而使正常运行和区外短路故障时，两侧二次电流相等。三绕组变压器差动保护的动作原理和双绕组变压器差动保护的动作原理是一样的，也是按循环电流原理构成。正常运行和外部短路时，三绕组变压器三侧二次电流向量和为零。
三.牵引电系统发生故障后，为快速排除故障对运输生产的影响，加强作业人员业务素质。按照故障现象变现为当牵引供电系统发生故障或异常时，在可能切除故障的最短时间和最小故障区域内，自动将故障设备从系统中切除，或发出告警信号提醒变配电所内值班人员系统出现异常，能够得以及时处理，以减轻或避免设备的损坏和对铁路运输的影响。继电保护装置必须具有正确区分被保护元件是否处于正常运行状态或是故障，是被保护区域内故障还是区域外故障的能力。继电保护装置要实现这一功能，需要根据供电系统发生故障前后电气物理量变化的特征为基础来构成
1.电流量增大。短路时故障点与电源之间的电气设备和接触网及或贯通线路上的电流将由平时的负荷电流增大至几倍甚至几十倍的负荷电流。
2.电压降低。当发生相间短路和接地短路故障时，系统各点的相间电压或相电压值下降，且越靠近短路点，电压越低。
3.电流与电压之间的相位角改变。正常运行时电流与电压间的相位角是负荷的功率因数角，一般约为20°，贯通线三相短路时，电流与电压之间的相位角是由线路的阻抗角决定的，一般为60°～85°。
4.测量阻抗发生变化。测量阻抗即保护安装处电压与电流之比值。正常运行时，测量阻抗为负荷阻抗;金属性短路时，测量阻抗转变为线路阻抗，故障后测量阻抗显著减小，而阻抗角增大。
不对称短路时，出现相序分量，如两相及单相接地短路时，出现负序电流和负序电压分量;单相接地时，出现负序和零序电流和电压分量。这些分量在正常运行时是不出现的。
根据以上故障现象，可快速判断故障范围，及应急处理方案，最大限度缩短故障延时，将最大限度减少对运输生产影响。
参考文献：
[1] 李文秋，张安斌.配电网新设备与继电保护新技术[J].配电网新设备与新技术.2016.
[2] 李 炜，陈 剑.某客运专线220KV线路保护相关问题探讨[J].电机工程设备与新技术，2015：14-15.
[3] 宋仕军.关于电气化铁路牵引站接入电网继电保护应用[J].电机工程设备与新技术，2016.
（作者单位：神华包神铁路公司）