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摘要：本文将对电厂变压器保护原理进行深入探讨，在此基础上对电厂变压器继电保护的方式，从电厂变压器的常见故障、电厂变压器短路故障的主保护、电厂变压器短路故障的后备保护、电厂变压器接地故障的保护四个方面进行了研究分析，最后，展望了该系统的崭新构思和发展前景。
关键词：电厂变压器；保护原理；继电保护方式；发展构想
引言
随着经济建设的快速发展，我国的电力工业的建设速度也步入了快车道。但是，随着电网建设规模的不断扩大，电网故障所涉及到的范围也越来越大，影响了电力系统的故障处理和恢复，造成了继电保护系统自动化水平、动作分析和监控实现的相对滞后。要保障电网能安全高效的运行，就必须对电厂发电机组的运行设备进行继电保护，以保障运行动作的准确性和可靠性[1]。对此，本文以电厂变压器保护原理及继电保护方式分析为研究课题，从以下三个方面进行探讨。
1、电厂变压器保护原理的主要内容
电厂变压器的保护形式主要有两种：一种是零序过流保护；另一种是过励磁保护。
1.1电厂变压器零序过流保护的基本原理
在电力系统中性点直接接地的短路故障的发生，是一种非常常见的问题。对于该类型的的变压器来说，未了避免中性点直接接地而装设零序过流对其进行保护，是一种主要保护手段。这是由于我国现有的大型发变组高压侧电压，绝大多数都是220KV及以上，基于这些发变组的高压绕组都不具备全绝缘的主绝缘，因此，在这种情况下，只有采取变压器高压侧中性点直接接地的方式，才能对变压器起到保护的作用。发电厂的变压器一般都是多台配置，为了安全的需要，至少要有一台变压器是直接接地的。对这台变压器接地后备保护的方法是，利用零序过流的方式，即中性点两段式[2]。
利用零序过流保护变压器时需要注意两点：一是计算被保护的动作电流时，必须综合分析诸多运行方式下高压侧主变，在单相接地短路故障发生时的短路电流，必须考虑诸多随时会发生的状况，确定零序动作的定值为对应的最小零序电流；二是变压器可以采用中性侧 ta 的二次值作为零序过流保护，也可采用包括选ta 的零序电流滤波器。当选择中性点侧时，变压器在没有并网的前提下，如果单相接地发生在任何一个部位，中性点侧都会有零序电流发生；当选择零序电流滤过器时，在正常运行的前提下，零序回路的完整性可以通过负荷电流来验证。相比较而言变压器中性点侧零序电流的方案要更好一些[3]。
1.2电厂变压器过励磁保护的基本原理
变压器的空载电流、空载损耗与过励磁倍数n的关系：
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式中：U*、f*表示电压运行及频率的标么值。
式中：B，代表磁通量，Bn代表额定磁通量；U，为运行电压，f为频率；Ugn，为发电机的额定电压，fgn设定为频率；U*，f*为电压。
与U/f成正比的是变压器铁心工作磁密，根据该原理形成过励磁保护[4]。具体的作业流程是：母线电压互感器发起对继电器的电压一次线圈Yh的二次侧，施加在变压器上的电压和频率。 rc 部分电压电路为yh 的二次侧是，在电容器C两端的电压为：
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当
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可见，系统V/F的比值是借助电容器C上的电压Uc进行反应，倘若U是加到变压器端子上的电压，f表示为频率，那么变压器的磁密就会与Uc成正比。跳闸的反时限：当变压器的过励磁值达到反时限启动值时，主变压器两侧的开关通过反时延动作关闭，决定反时限动作时间的为下面公式（3）：
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其中：M=n/nop
式中t：保护动作时限要s；K：整定时间倍率，K=1~63；M-保护启动倍率；n：过励磁倍数，
nop：过励磁保护多重开启数值，nop可取为1.05~1.10，既对T2=∞时允许持续过励磁的倍数。
通过上面公式（3）显示，T2大小取决于K值大小。其中K表示整定时间倍数。
V/f开启：过励磁跳闸启动值的反时限性。反时限回路进行工作的前提是继电器过励磁值V/f超过比值，利用公式（3）获取时间然后启动跳闸。
有五方面的原因导致变压器过励磁：一是因为失去了变电站内的负荷导致一次电压超高；二是失去负荷的原因是高压输电线路的故障；三是无功补偿设备发生故障导致的过电压；四是电网局部低频运行；五是谐振过电压。因此，在实际生产的运行过程当中，变压器都会配置过励磁进行保护。具体保护逻辑详见图：1—1，1—2，1—3。
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图1—1：过励磁定时限告警段动作逻辑框图
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图1—2：过励磁保护定时限跳闸段动作逻辑框图
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图1—3：过励磁保护反时限动作逻辑框图
2、电厂变压器继电保护的方式分析
2.1电厂变压器的常见故障分析
电厂变压器的常见故障有二：一是转子绕组故障；二是定子绕组故障。其中，转子绕组故障包括：一点接地、两点接地、绕组匝间短路等。如果固定电容超额，那么，变压器的三相超负荷状况就会变得更加突出；如果出现不对称的短路问题，那么，发电机就会出现过电流状况。再从变压器的继电保护方式来看，主要保护方式有三种：一是接地保护；二是短路保护；三是异常运行保护。其中：主体保护设备、运行异常保护设备、后备保护装置都设置在变压器内。而直流电源、跳闸线圈出口都是独立设置的，根据变压器的故障问题提供保护[5]。详情见图2—1。
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图2—1：变压器接地线路
2.2电厂变压器短路故障的主保护分析
电流短路基本上是电厂变压器定子绕组和输出端的相间短路造成的，同时它也会涉及接地短路问题，在实际运行当中，如果情况比较严重，还会造成变压器损毁，给企业带来大经济损失。为了避免此类事故的发生，可以采取两种保护形式：一是横差保护法。即运用支路电流差的反应，对两种不同的接线方式进行变压器保护；二是纵差保护法。它主要是解决发电机内部的短路问题[6]。采用纵差保护对电力系统的正常运行不会产生影响，特别是采用超过1MW的发电机，纵差保护能够做到没有误差。
2.3后备保护方式分析
发电厂变压器短路故障后备保护主要包括四种保护形式：一是定子绕组过载保护措施；二是次同步过流保护措施；三是转子负序保护措施；四是低压过电流保护法。如果变压器长期处于超负荷运行状态，那么，势必会影响变压器自身温度的升高，这个时候，对定子绕组过负荷方式的应用，可以不让电路元件受到高温的损害。
2.4电厂变压器接地故障的保护方式分析
瞬间电流是产生接地故障的主要原因，它会对变压器内部器件产生严重的损毁，产生严重的电力事故，具有较大的安全风险。除此外，接地故障还会造成弧光过电压，使变压器的绝缘部位受到损坏，引发连续短路事故。要防止这类事故的发生，方法有二：一是采取转子接地保护；二是定子绕组接地保护。
3、电厂继电保护故障信息系统的发展构想
根据电力系统继电保护故障信息系统在实际运行中所存在的问题和今后的发展需要，本文对电网继电保护故障信息系统的发展蓝图作如下构想。
3.1构建继电保护故障信息管理的一体化机制
本文设计的故障信息管理一体化机制的主要内容是；离线计算程序与具体的故障信息的关联及作用；故障信息文档管理规范化；构建故障保护检修的信息来源；构建动作统计分析系统的信息来源。首先，离线计算程序与具体的故障信息的关联与作用方面。因为发生电力故障的时候，由于电网故障发生时，必须参考保护装置整定值以及综合断路器的开合状态，进行故障性质、保护动作的分析判断，所以，故障发生时模拟量信息与整定计算程序的预先计算结果是可以实现有效关联的，是可以在离线整定计算程序下，实现整定值的一致性校核、合理性校核和模型校核的。其次，在故障信息文档管理的规范化方面。可以按照文档管理的规范要求，确定故障信息的来源与分类，制定相关故障数据的流转体系，实现故障信息与保护动作的信息共享与使用。再次，在构建故障保护检修的信息来源方面。建设数字式继电保护装置，建立功能完备的软硬件自检系统。最后，在构建动作统计分析系统的信息来源方面。建立继电保护故障信息的月报、季报、年报制度和统计分析报告制度，以有助于系统、全面地对保护装置进行评价。
3.2实现保护装置的自适应调整应用
由于数字式保护可以通过控制字、软件连接片的方式选择保护定值，因此，我们可以在电力系统的未来发展中，根据拓扑情况的变化，实现保护定值的自适应调整和应用。比如，在双回路接线方式上，我们就可以采取自动切换保护定值组的办法，让保护范围更合理。
3.3完成智能设备的规范化
随着数据信息技术的突飞猛进，电网体系继电故障信息平台的构建也越发广泛，对故障保护动作的应用、厂内信息集成的影响将是深远的。我们要充分利用好这一契机，将电厂系统的故障信息规范化要求，迅速转化为智能设备数字式保护和电厂的信息集成方面来，以适应电网继电保护故障信息采集与处理的要求。
3.4电厂应用的集约化实现
从一定意义上讲，“继保”系统仅为过渡产品，最终会在电网的的调度上体现其系统的应用功能，尽管这种可能性在短期内还不可能实现，但系统构建中所形成的使用思维、模型计算、特别是分类信息、筛选、集成的规则对于促进电力企业信息化具有重要的作用。
结语
鉴于上述，本文认为：
第一，电厂变压器有零序过流保护和过励磁保护两种保护形式。其中：利用零序过流保护变压器时需要注意两点：一是利用零序过流保护变压器进行动作电流的计算过程中，必须综合考虑不同运作模式下的高压侧主变状况；二是在具体的方式上针对变压器零序过流保护既可采用中性点侧的TA二次侧值，也可采用包括TA的零序电流滤过器。
第二，电流短路的主要原因是变压器定子绕组和输出端的相间短路导致的。保护形式：一是采用横差保护法；二是采用纵差保护法。
第三，进行后备保护变压器短路故障的方式包括：定子绕组过载保护措施；次同步过流保护措施；转子负序保护措施；低压过电流保护措施。
第四，瞬间电流是产生接地故障的主要原因，解决方法：一是采取转子接地保护；二是定子绕组接地保护。
第五，解决和完善电厂继电保护故障信息系统的发展构想：一是构建继电保护故障信息管理的一体化机制；二是实现保护装置的自适应调整应用；三是实现智能设备信息输出的规范化；四是电厂应用的集约化实现。
参考文献：
[1]李宇豪.电厂发电机变压器保护原理及继电保护方式研究[J].中国科技纵横，2019，000（003）：154-155.
[2]王巨.研讨水电厂发电机变压器保护原理及继电保护方法[J].华东科技：学术版，2016，000（012）：218-218.
[3]邓艳秋.电厂发电机变压器保护原理及继电保护方式研究[J].轻松学电脑，2019，000（026）：P.1-1.
[4]宋连会.水电厂发电机变压器保护原理及继电保护方式探讨[J].中国高新技术企业旬刊，2016（9）.
[5]李阳.水电厂发电机变压器保护原理及继电保护措施[J].水电水利，2020，4（3）：106-107.
[6]郭杰华.基于大型水电厂发电机变压器继电保护方式[J].中国科技信息，2014（11）：158-159.