关键词电力；变压器；安全运行；继电保护
中图分类号TM77文献标识码A文章编号1674-6708（2013）98-0044-02
0引言
伴随着国内经济不断发展，电力工业在国民经济、居民生活中占据了越来越重要的位置。因此，增强电力系统的安全性，保障国民经济和居民正常生活供电是电力系统的基本要求。对于整个电力系统运行而言，变压器是整个系统的关键。为了保护变压器，电力从业人员设计了继电保护装置，继电保护可以在电力系统出现故障时准确快速的切断问题器件，并同时报告相关监测人员，并采取对应措施补救，从而达到保障电力系统运行安全的目的。
1变压器的常见问题
变压器的正常运行是电力系统安全运行的保证。对于变压器，故障主要分为两种，外部和内部。油箱外部的故障主要是不同相间线路短路和接地短路。而油箱内部的安全隐患是指线圈间的相间短路，接地短路以及线圈内部铁芯的损坏。短路时常会引起电弧的产生，这样可能融化线圈外部绝缘皮，破坏内部铁芯，甚至由于线圈外绝缘皮受热之后的化学分解产生的气体导致邮箱的爆炸，造成重大安全事故。因此，当变压器运行出现问题时，应当立即采取措施将变压器从电力系统中切断隔离，再进行相应的维修。根据以往的经验，油箱外部的线圈间的短路以及接线短路是主要的故障形式，其他故障相对来说比较少见。
对于变压器来说，除了上述故障还存在着不稳定运行状况，主要包括油箱外部短路造成的过大电流，负荷过大引起的过负载，由于变压器冷却装置出现问题引起的过热等。由于不稳定运行状态会导致线圈和内部铁芯过热，因此针对变压器的运行故障和不稳定运行，继电保护随时监测变压器运行情况，根据相应故障，分析其故障类型，报告检测人员及时发现并相应的采取保护措施，维护电力系统的正常运行。
2变压器的保护措施
由于变压器灵敏程度的局限性，变压器发生的某些较轻微的故障可能不会被监测到，作为补偿监测，变压器还需要设置其他监测指标（例如温度，油，气等）作为非电量保护装置。另外，针对变压器的不稳定运行状态，由于过热也可能造成变压器的损坏，也需要针对性的设计保护装置。根据电力运行与设计规范，变压器主要有以下保护措施。
2.1瓦斯保护
瓦斯保护是保护变压器内部故障的主要方式，其主要针对变压器、线圈间短路、铁芯损坏、线圈短路及绝缘性能下降和变压油减少等故障。当油浸式变压器的内部发生故障时，由于电弧使线圈包皮发生化学反应导致材料分解并产生大量的气体，由于气体的冲击作用，会产生油流冲击油枕，瓦斯继电器根据变压器内部的油位来进行继电保护，瓦斯保护还被称为气体保护。
瓦斯保护还分为“轻瓦斯”和“重瓦斯”两类，轻瓦斯是指变压器内部过热导致油温上升，产生一定量的气体，充聚于继电器内，当达到监测浓度时继电器触发，将变压器隔断。重瓦斯是指变压器发生严重短路时对变压器内部的介质油产生冲击，使油回流冲向继电器挡板，将变压器跳闸隔开。当变压器轻瓦斯保护动作后，需要尽快查明原因，并做好记录和及时向上级汇报。当重瓦斯保护后，需要全面检查变压器外部，并测量变压器绝缘电阻，进行零起升压试验，在恢复使用时，必须投入差动保护。
瓦斯保护的优点在于动作迅速，灵敏可靠而且结构简单，但是它存在局限性，无法检测油箱外部电路的故障。有时瓦斯保护也会由于某些原因出现轻瓦斯动作等误操作。
2.2差动保护
差动保护是通过输入到变压器两端CT的电流矢量差，当达到系统设定的阀值时发出信号启动断路元件。将CT接在变压器两端，差动保护将变压器看成节点，当正常使用时流进和流出的电流相等，若差动电流大于设定值，则报警启动相应动作，将变压器断开电路。
由于变压器一、二次电压电流量不一样，各有各的相位，CT也具有各自的特性，电源两侧亦具有励磁电流，都可能造成额外电流输入到继电器。通过采用D级电流互感器作为变压器差动保护CT，可以在一定程度上降低稳定情况下的不平衡电流。由于不稳定电流的存在，差动保护继电器可以设置10%左右的误差值。
差动保护的优点在于原理简单、监测指标为电气量、保护范围明确、动作执行迅速。差动保护的缺点是不能够及时对变压器内部轻微的线圈间间短路问题作出反应。
2.3复压闭锁过流保护
复压闭锁过流保护主要是解决变变压器内部隐患以及变压器线圈电流过大的故障。复压闭锁启动装置由低电压继电器和滤过式负序电压继电器组成。通过在过流保护装置里加入监测元件，当系统出现问题时电流增大，电压降低，由此产生的电流超过过流设定值且电压低于复压定值保护时采取保护动作。复压闭锁过流保护可以减少误操作，避免变压器过载时的误动作（例如启动过载），提高系统灵敏度和稳定性。
3结论
变压器继电保护装置以安全性能可靠，灵敏程度高而成为电力系统正常运行的可靠保证。通过及时发现并排除故障，降低事故发生的可能性，提高电力系统的安全性，保证电力系统能够正常并可靠的为经济建设、社会生产以及居民生活稳定的输送电力。
参考文献
[1]郭立新.电力变压器继电保护设计[J].西北职教，2007（9）.
[2]吕国栋.浅议电力系统继电保护技术发展[J].成才之路，2008（35）.
关键词：DSP；变压器；继电保护；测控装置
1引言
目前，电力自动化的应用可以分为变电站自动化、调度自动化、配电自动化、电能计量自动化和电力市场等。03年以来，我国的电力供应紧张，根据国家电网的统计，电力自动化行业呈现不断增长的趋势。由此，继电保护产品的需求也急剧增长，而且对于继电保护产品的性能、新技术的应用等方面也提出了更高的要求。而变压器是电力系统自动化控制设备中普遍使用的一款电气设备，变压器的继电测控保护对于电力系统的安全可靠运行具有重要意义。
本论文主要借助于新型的DSP处理芯片，对基于DSP的变压器继电保护测控装置进行设计研究，以期从中能够找到合理可靠的变压器继电测控保护装置应用，并以此和广大同行分享。
2继电保护测控装置总体设计
(1)继电保护装置的功能设计
①自动、迅速、有选择性地将故障元件从电力系统中切除，使故障元件免于继续遭到破坏，并保证其它无故障元件迅速恢复正常运行。
②反应电气元件不正常运行情况，并根据不正常运行情况的种类和电气元件维护条件，发出信号，由运行人员进行处理或自动地进行调整或将那些继续运行会引起事故的电气元件予以切除。反应不正常运行情况的继电保护装置允许带有一定的延时动作。
③继电保护装置还可以和电力系统中其他自动化装置配合，在条件允许时，采取预定措施，缩短事故停电时间，尽快恢复供电，从而提高电力系统运行的可靠性。
综上所述，继电保护在电力系统中的主要作用是通过预防事故或缩小事故范围来提高系统运行的可靠性。继电保护装置是电力系统中重要的组成部分，是保证电力系统安全和可靠运行的重要技术措施之一。在现代化的电力系统中，如果没有继电保护装置，就无法维持电力系统的正常运行。
(2)变压器继电保护装置
电力变压器是电力系统中大量使用的重要电气设备，它在电力系统的发电、输电、配电等各个环节广泛使用。因而其安全运行与否是整个电力系统能否连续稳定工作的关键，是电力系统可靠工作的必要条件。
根据变压器的不正常运行状态，变压器一般应装设以下一些继电保护装置[6]：
①为反应变压器油箱内部各种故障和油面降低，对于0.8MVA及以上的油浸式变压器及户内0.4MVA以上变压器应装设瓦斯保护。
②为反应变压器绕组和引出线的相间短路及中性点直接接地侧绕组和引出线的接地短路以及绕组匝间短路，应装设纵联差动保护或电流速断保护；对于6.3MVA及以上并列运行变压器和10MVA及以上单独运行变压器，以及6.3MVA及以上的厂用变压器，应装设纵差保护；对于10MVA以下变压器且过流时限大于0.5s时，应装设顶流速断保护；对于2MVA以上变压器，当电流速断保护的灵敏系数还不满足要求时，则宜装设纵差动保护。
③为反应外部相间短路引起的过电流和作为瓦斯、纵差保护（或电流速断保护）的后备保护，应装设电流保护。例如。复合电压起动的过电流保护或负序电流保护，适用于升压变压器；过流保护适用于降压变压器。
④为反应中性点直接接地电网中，外部接地短路的零序电流保护。
⑤为反应对称过负荷的应装设过负荷保护。
⑥为反应变压器过励磁的应装设过励磁保护。
3基于DSP的变压器继电保护测控装置设计
3.1测控装置硬件架构设计
本文从紧凑型和多功能两方面入手，设计了一款基于新型DSP芯片的测控保护装置。DSP芯片需要完成电压、电流等输入信号的采集和处理，并且根据一定的保护逻辑驱动继电器动作，另外，还需要处理人机接口任务和通信任务。根据这些任务的不同优先级，DSP芯片还需要分配不同时间片的进程以满足各项任务合理有序地执行。
硬件设计的总体框架如图1所示，输入信号包括电流、电压、频率和开关量，而输出则通过继电器来实现。其中电流信号包括三相保护电流和一路零序电流，电压信号包括三相测量电压和一路辅助电压。主控制器采集并处理这些信号，分别用于显示和实现保护逻辑判断等功能。本装置的测量数据、设备信息、事件记录信息、保护定值和保护配置信息等内容都是通过菜单的方式进行显示，装置还提供了按键用于接线方式、保护功能等基本设置功能的实现。设备提供了基本的串行通信功能，可完成装置和服务器之间的报文传输，实现遥信、遥测、遥调、遥控等功能。同时还提供了GPRS模块、方便远距离无线通信功能的实现。
3.2继电保护测控装置抗干扰设计
微机继电保护装置是一个电路和结构都非常复杂的装置，其主要电路部件均采用中大规模和超大规模的集成电路器件，虽然这些器件在其它领域中的大量实践已表明其损坏率是很低的，但由于继电保护装置是在强电磁环境中长期连续工作，并且责任重大，对万一出现的元器件损坏仍需考虑对策；而且除了起主要作用的数字部件外，还有为数不少的模拟元器件，所以提高元器件可靠性的措施应考虑数字部件和模拟元器件两个方面。
微机保护装置特有的工作方式和很强的处理能力为实现自动检测提供了方便。对装置中平时工作在“静态”的部件，如出口驱动电路、出口继电器等，由于微机保护中这部分的电路比较简单，制造时容易保证其较高的可靠性，同时还可以利用微机的超强处理功能对其进行定时功能检查；对装置中平时工作在“动态”的核心部件，如DSP、MCU、A/D转换器、Flash、FRAM、CPLD等等，无论电力系统有无故障，这些硬件都处在同样的工作状态中，也就是说，总在不停地进行数据采集、传递、运算和判断，因此元器件损坏会及时表现出来；同时，由于有了DSP和MCU这些“智能”部件，可以“主动地”去查找和发现问题，使得微机保护装置可以具有完善的自动检测功能。
4结语
关键词：电力变压器继电保护电流保护气体保护差动保护
中图分类号：TM411文献标识码：A文章编号：
1引言
电力变压器是供配电系统中最重要的电气设备，它的故障将对供配电系统的正常运行造成严重的影响，同时大容量的变压器也是十分贵重的器件，因此对电力变压器的下列故障及异常运行方式，应装设相应的保护装置：绕组及其引出线的相同短路和中性点直接接地侧的单相接地短路；绕组的匝间短路；外部相间短路引起的过电流；中性点直接接地电力网中外部接地短路引起的过电流及中性点过电压；过负荷；油面降低；变压器温度升高或油箱压力升高或冷却系统故障。
对于高压侧为6～10kV的车间变电所主变压器来说，通常装设有带时限的过电流保护。如果过电流保护动作时间大于0.5～0.7s，那么还应装设电流速断保护。容量在800kV•A及以上的油浸式变压器和400kV•A及以上的车间内油浸式变压器，按规定就装设瓦斯保护，又称气体继电保护。容量在400kV•A及以上的变压器，当数台并列运行或单台运行并作为其他负荷的各用电源时，应根据可能过负荷的情况装设过负荷保护。过负荷保护及瓦斯保护在变压器内部有轻微故障时，动作于信号，而其他保护包括瓦斯保护在变压器内部有严重故障时，一般动作于跳闸。
对于高压侧为35kV及以上的工厂总降压变电所主变压器来说，也应装设过电流保护、电流速断保护和瓦斯保护；在有可能过负荷时，也需装设过负荷保护。如果单台运行的变压器容量在10000kV•A及以上或并列运行的变压器每台容量在6300kV•A及以上时，则要求装设纵联差动保护来取代电流速断保护。
2变压器的电流保护
变压器的过电流保护
变压器的过电流保护主要对变压器外部故障进行保护，也可作为变压器内部故障的后备保护。变压器过电流保护的组成、原理与线路过电流保护的组成、原理完全相同。变压器过电流保护动作电流的整定计算公式与线路过电流保护的基本相同，只是式中的取为（为变压器的额定一次电流）。变压器过电流保护的动作时间按“阶梯原则”整定，与线路过电流保护完全相同。但是对车间变电所（电力系统的终端变电所），其动作时间可整定为最小值（0.5s）。
变压器过电流保护的灵敏度，按变压器低压侧母线在系统最小运行方式下发生两相短路时的高压侧穿越电流值来检验，要求Sp1.5。
变压器的电流速断保护
变压器的电流速断保护主要是对变压器的内部短路故障进行保护。其组成、原理与线路的电流速断保护完全相同。变压器电流速断保护动作电流的整定计算公式也与线路电流速断保护的基本相同，只是式中的取为低压母线的三相短路电流周期分量有效值换算到高压侧的短路电流值，即变压器电流速断保护的速断电流按不小于低压母线三相短路电流周期分量的有效值来整定。
变压器电流速断保护的灵敏度，按其保护装置装设处（即高压侧）在系统最小运行方式下发生两相短路的短路电流Ib来校验，要求Sp1.5。
变压器的电流速断保护，与线路电流速断保护一样，也有“死区”。弥补死区的措施，也是配备带时限的过电流保护。
变压器的过负荷保护
变压器过负荷保护的组成、原理与线路的过负荷保护完全相同。其动作电流的整定计算公式与线路过负荷保护的基本相同，只是式中的取为变压器的额定一次电流。
3变压器的气体保护
变压器的气体保护即为气体断电保护，又称瓦斯保护，是保护油浸式电力变压器内部故障的一种基本的继电保护装置。
气体保护的主要器件是气体继电器。它装设在变压器的油箱与储油柜之间的连通管上。为了使油箱内产生的气能够顺畅地通过气体继电器排往储油柜，变压器安装应取1%～1.5%的倾斜度；而变压器在制造时，连通管对油箱顶盖也有2%～4%的倾斜度。
气体继电器主要有浮筒式和开口杯式两种类型，现在广泛应用的是开口杯式。在变压器正常运行时，气体继电器容器中的上、下开口油杯都是充满油的；而上、下油杯因各自平衡锤的作用而升起，此时上、下两对触点都是断开的。
当变压器油箱内部发生轻微故障时，由故障产生的少量气体慢慢升起，进入气体继电器的容器，并由上而下地排除其中的油，使油面下降，上油杯因其中盛有残余的油而使其力矩大于另一端平衡锤的力矩而降落。此时上触点接通信号回路，发出音响和灯光信号，这称之为“轻瓦斯动作”。
当变压器油箱内部发生严重故障时，由故障产生的气体很多，带动油流迅猛地由变压器油箱通过连通管进入储油柜。大量的油气混合体在经过气体继电器时，冲击挡板，使下油杯下降。此时下触点接通跳闸回路（通过中间继电器），使断路器跳闸，同时发出音响和灯光信号（通过信号继电器），这称之为“重瓦斯动作”。
4变压器的差动保护
前述线路及变压器的各种保护有一个共同的特点，就是动作参数的整定必须与相邻元器件的保护相配合，因此就不能快速切除被保护线路末端附近的故障，这在高压电网中往往不能满足系统稳定性的要求，对发电机、变压器等贵重电气设备也不能满足快速切除故障以减轻损失和避免事故扩大的要求。
而变压器差动保护，从原理上不反应相邻元器件上发生的故障，因而不需与相邻元器件的保护配合，所以可实现保护范围内全范围速动。
差动保护分纵联差动和横联差动两种形式，纵联差动保护用于单回路，横联差动保护用于双回路。
变压器的差动保护主要用来保护变压器内部以及引出线和绝缘套管的相间短路，并且也可用来保护变压器内部的匝间短路，其保护区在变压器一、二次侧所装电流互感器之间。纵联差动保护是利用比较被保护元器件各侧电流的幅值和相位原理而构成的。
参考文献：
[1]江文许慧中供配电技术[M]北京：机械工业出版社2005
[2]夏国民供配电技术[M]北京：中国电力出版社2004