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【摘 要】配电变压器是电力系统中应用最为广泛，也是最基本、最重要的设备。其发展已尽力逾百年时间，但在经济的快速增长、社会需求不断增加的当下，其设计也应不断完善和改进以满足日益增长的需要。而远期技术和设备上的改进还不具备现实可操作性无法弥补现有不足，因此本文则基于现有技术和条件，提出了切实可行、成本较低、更加便捷的变压器二次侧继电保护改进方案。
【关键词】配电变压器；继电保护；问题；改进
1、配电变压器的使用状况分析
配电变压器主要用于实现电压和电流的等级变换和隔离，是电力系统最基本、最重要的组成设备之一，其在电力系统中的应用数量也最多。早期变压器是由铁芯和缠绕在铁芯上的铜线圈组成，如第一台变压器就是使用一般的碳素钢丝为铁心的导磁材料将钢丝缠绕成卷铁芯结构绕组在卷铁芯上。而后，变压器的制造工艺技术进行了大量改进，主要集中在绝缘、冷却、铁芯导磁材料和结构方面。到二十世纪末，变压器的制作开始引进非晶合金材料，以此大幅度降低了变压器的铁芯损耗。时至今日，电力变压器的使用效率基本上已达到99%以上。
2、目前配电变压器二次侧继电保护使用中存在的问题
2.1问题的背景。变压器作为电力系统中应用最为广泛的一种设备，其发明诞生至今已有一百多年，但是其工作的基本原理和基本功能一直都未发生变化。一方面，配电电力变压器作为变压器中的一个重要种类，则是一种静止的电气设备，是配电系统中根据电磁感应定律变换交流电压和电流，将某一数值的交流电压和电流变成频率相同的另一种或几种数值不同的电压和电流而传输交流的设备。其通常安装于电杆或配电所中，一般能将电压从6-10千伏降至400伏左右输入用户。另一方面，从变压器产生至今的一百多年里，电力系统内已发生了深刻的变化，特别是近几十年来，电力系统使用规模的日益扩大，电网结构以及运行方式的日趋复杂化，都使得电力系统运行中的稳定问题越来越突出。电力系统中非线性负荷的大量增长，也加速恶化了电力系统的供电品质。同时，由于用户对电能产品品质的要求越来越高，从而使得电能质量问题所面临的挑战相应地水涨船高，也成为了当前电力系统所面临的亟需解决的重要问题。而配电变压器二次侧继电保护的缺漏则是一个非常重要又不可回避的问题[1]。
2.2问题的提出。随着经济的发展和社会的进步，电力系统也出现一系列新特点，主要体现为：（1）可再生能源发电技术受到普遍关注使得电力系统的电源由传统工频交流形式转为如光伏发电的直流电源、风力发电的交流变频电源等的多形式并存。在这种可再生能源的发电系统中必然涉及到各种大功率、高质量、高效率能量转换与控制问题，而配电变压器二次侧设计也应跟上相应配置的需要，尤其在继电保护过程中现存设计的不完善已难以满足其需求。（2）现有配电变压器二次侧继电保护的设计在大型和超大型电力系统出现后，对保证其安全稳定运行也面临着巨大挑战。（3）对电能需求的爆发性增加导致的非线性负荷的增长，配电变压器二次侧及继电保护设计的不完善，易造成供电电能质量的不断降低，而巨大数量的用户对电能使用质量之要求却越来越高的客观事实无法改变[2]。
2.3问题的表现。在这些新挑战的背景之下，配电变压器作为电力系统中最为基本输变电装置，其过于单一的二次侧继电保护设计所暴露的问题日益明显，具体表现在以下几个方面：（1）负载时容易导致输出的电压下降，而空载时却损耗较高；（2）对配套相关设备进行保护的成本骤然提高；（3）铁芯饱和时产生的谐波在投入电网时也会造成比较大的励磁涌流，影响电网正常运行；（4）在负荷侧发生故障时无法隔离故障，从而导致故障扩大；（5）在带非线性负载情况下，若产生畸变电流通过变压器耦合进入电网会对电网造成无法估计的污染；（6）在电源侧电压受到干扰时，又会传递到负荷侧产生对敏感负荷的消极影响[3]。
3、配电变压器二次侧继电保护改进之方案
3.1现行设计的缺陷。在现有电气设计规程的规定里，若变压器容量在315千伏安及以上且高压侧系跌落式熔断器保护时，配电变压器低压侧总开关应当尽量采用自动空气开关。但目前国产的低压配电屏装设之大容量空气开关在用作配电变压器低压侧开关时往往无法与配出线保护器械相配合。因此，现行设计基本是舍弃了配电变压器低压侧进线空气开关之保护功能，改由高压侧保护器械兼顾作为低压配出线故障时的后备保护。从实践来看，这一取舍往往由于器械的灵敏度不够而无法达到后备保护的目的，因为在出现这种情况时低压进线空气开关实际上仅仅起到了隔离开关之作用，无法充分发挥设备应有的能力。
3.2现行设计改进路径之选择。鉴于以上分析之缺陷，从设计上对配电变压器二次侧继电保护进行创新，从而实现变压器使用效率的整体提升，使其能够满足当前乃至未来电力系统发展过程中出现的各种新要求、新挑战，是当前快速弥补不足的一种捷径。从未来趋势看，电子电力变压器相对于传统常规铁芯式变压器具有体积小、无污染、稳定性、可控性、智能化等无法比拟的优点，是一个总的发展方向，但其技术还不够成熟，尚有待于未来在实际生活中运行检验。而基于传统铁芯式配电变压器对二次侧继电保护设计的改进，其技术已然成熟，且操作性高，能够但期内使配电器效率有大幅提高，是在综合现有技术和条件后的最佳选择[4]。
3.3现行设计之改进。本文所选择的方案是基于传统铁芯式配电变压器而对二次侧继电保护设计的改进，其仅在现有低压配电屏装设的空气开关基础上对二次线稍作改变，不仅花费较少、可操作性强，还能选择上下级保护装置的动作來提高供电可靠性。
本方案具体改进方案为：（1）根据二次接线原理利用进线配电屏原有的三相电流互感器加装三只过电流继电器，在二次接线处设置电容储能器和电容检查回路，从而实现过电流反时限的保护，同时还可根据需要设置变压器瓦斯保护和零序保护。（2）继电保护整定中，时限只需电流的整定适当，采用继电器反时限性能达到选择性保护的配合是完全能够实现的。（3）高压熔断器的选择和电容器的选择可按配电变压器二次侧的母线三相穿越短路电流来选择。
4、结语
总而言之，在科技进步与社会发展迅速的今天，在当前客户对电能质量要求越来越高，各种大型和超大型电力系统对配电变压器设备性能要求越来越高的情况下，变压器的设计与制造都将进入一个更高层次要求的时代，在更有效、更先进的变压器问世前，我们仍须对现有设备与技术进行改进和完善，以期在当前能满足客观上的需求，因此对配电变压器二次侧继电保护进行改进也是尤为必要的，希望能高以此保障电力系统安全、稳定、高效地运行。
参考文献
[1]张威.电站运行中的继电保护问题[J].继电器，2010（01）
[2]杨明.变压器继电保护新模式探究[J].电工技术杂志，2009（04）
【关键词】配电变压器；继电保护；问题；改进
1、配电变压器的使用状况分析
配电变压器主要用于实现电压和电流的等级变换和隔离，是电力系统最基本、最重要的组成设备之一，其在电力系统中的应用数量也最多。早期变压器是由铁芯和缠绕在铁芯上的铜线圈组成，如第一台变压器就是使用一般的碳素钢丝为铁心的导磁材料将钢丝缠绕成卷铁芯结构绕组在卷铁芯上。而后，变压器的制造工艺技术进行了大量改进，主要集中在绝缘、冷却、铁芯导磁材料和结构方面。到二十世纪末，变压器的制作开始引进非晶合金材料，以此大幅度降低了变压器的铁芯损耗。时至今日，电力变压器的使用效率基本上已达到99%以上。
2、目前配电变压器二次侧继电保护使用中存在的问题
2.1问题的背景。变压器作为电力系统中应用最为广泛的一种设备，其发明诞生至今已有一百多年，但是其工作的基本原理和基本功能一直都未发生变化。一方面，配电电力变压器作为变压器中的一个重要种类，则是一种静止的电气设备，是配电系统中根据电磁感应定律变换交流电压和电流，将某一数值的交流电压和电流变成频率相同的另一种或几种数值不同的电压和电流而传输交流的设备。其通常安装于电杆或配电所中，一般能将电压从6-10千伏降至400伏左右输入用户。另一方面，从变压器产生至今的一百多年里，电力系统内已发生了深刻的变化，特别是近几十年来，电力系统使用规模的日益扩大，电网结构以及运行方式的日趋复杂化，都使得电力系统运行中的稳定问题越来越突出。电力系统中非线性负荷的大量增长，也加速恶化了电力系统的供电品质。同时，由于用户对电能产品品质的要求越来越高，从而使得电能质量问题所面临的挑战相应地水涨船高，也成为了当前电力系统所面临的亟需解决的重要问题。而配电变压器二次侧继电保护的缺漏则是一个非常重要又不可回避的问题[1]。
2.2问题的提出。随着经济的发展和社会的进步，电力系统也出现一系列新特点，主要体现为：（1）可再生能源发电技术受到普遍关注使得电力系统的电源由传统工频交流形式转为如光伏发电的直流电源、风力发电的交流变频电源等的多形式并存。在这种可再生能源的发电系统中必然涉及到各种大功率、高质量、高效率能量转换与控制问题，而配电变压器二次侧设计也应跟上相应配置的需要，尤其在继电保护过程中现存设计的不完善已难以满足其需求。（2）现有配电变压器二次侧继电保护的设计在大型和超大型电力系统出现后，对保证其安全稳定运行也面临着巨大挑战。（3）对电能需求的爆发性增加导致的非线性负荷的增长，配电变压器二次侧及继电保护设计的不完善，易造成供电电能质量的不断降低，而巨大数量的用户对电能使用质量之要求却越来越高的客观事实无法改变[2]。
2.3问题的表现。在这些新挑战的背景之下，配电变压器作为电力系统中最为基本输变电装置，其过于单一的二次侧继电保护设计所暴露的问题日益明显，具体表现在以下几个方面：（1）负载时容易导致输出的电压下降，而空载时却损耗较高；（2）对配套相关设备进行保护的成本骤然提高；（3）铁芯饱和时产生的谐波在投入电网时也会造成比较大的励磁涌流，影响电网正常运行；（4）在负荷侧发生故障时无法隔离故障，从而导致故障扩大；（5）在带非线性负载情况下，若产生畸变电流通过变压器耦合进入电网会对电网造成无法估计的污染；（6）在电源侧电压受到干扰时，又会传递到负荷侧产生对敏感负荷的消极影响[3]。
3、配电变压器二次侧继电保护改进之方案
3.1现行设计的缺陷。在现有电气设计规程的规定里，若变压器容量在315千伏安及以上且高压侧系跌落式熔断器保护时，配电变压器低压侧总开关应当尽量采用自动空气开关。但目前国产的低压配电屏装设之大容量空气开关在用作配电变压器低压侧开关时往往无法与配出线保护器械相配合。因此，现行设计基本是舍弃了配电变压器低压侧进线空气开关之保护功能，改由高压侧保护器械兼顾作为低压配出线故障时的后备保护。从实践来看，这一取舍往往由于器械的灵敏度不够而无法达到后备保护的目的，因为在出现这种情况时低压进线空气开关实际上仅仅起到了隔离开关之作用，无法充分发挥设备应有的能力。
3.2现行设计改进路径之选择。鉴于以上分析之缺陷，从设计上对配电变压器二次侧继电保护进行创新，从而实现变压器使用效率的整体提升，使其能够满足当前乃至未来电力系统发展过程中出现的各种新要求、新挑战，是当前快速弥补不足的一种捷径。从未来趋势看，电子电力变压器相对于传统常规铁芯式变压器具有体积小、无污染、稳定性、可控性、智能化等无法比拟的优点，是一个总的发展方向，但其技术还不够成熟，尚有待于未来在实际生活中运行检验。而基于传统铁芯式配电变压器对二次侧继电保护设计的改进，其技术已然成熟，且操作性高，能够但期内使配电器效率有大幅提高，是在综合现有技术和条件后的最佳选择[4]。
3.3现行设计之改进。本文所选择的方案是基于传统铁芯式配电变压器而对二次侧继电保护设计的改进，其仅在现有低压配电屏装设的空气开关基础上对二次线稍作改变，不仅花费较少、可操作性强，还能选择上下级保护装置的动作來提高供电可靠性。
本方案具体改进方案为：（1）根据二次接线原理利用进线配电屏原有的三相电流互感器加装三只过电流继电器，在二次接线处设置电容储能器和电容检查回路，从而实现过电流反时限的保护，同时还可根据需要设置变压器瓦斯保护和零序保护。（2）继电保护整定中，时限只需电流的整定适当，采用继电器反时限性能达到选择性保护的配合是完全能够实现的。（3）高压熔断器的选择和电容器的选择可按配电变压器二次侧的母线三相穿越短路电流来选择。
4、结语
总而言之，在科技进步与社会发展迅速的今天，在当前客户对电能质量要求越来越高，各种大型和超大型电力系统对配电变压器设备性能要求越来越高的情况下，变压器的设计与制造都将进入一个更高层次要求的时代，在更有效、更先进的变压器问世前，我们仍须对现有设备与技术进行改进和完善，以期在当前能满足客观上的需求，因此对配电变压器二次侧继电保护进行改进也是尤为必要的，希望能高以此保障电力系统安全、稳定、高效地运行。
参考文献
[1]张威.电站运行中的继电保护问题[J].继电器，2010（01）
[2]杨明.变压器继电保护新模式探究[J].电工技术杂志，2009（04）