变压器有什么保护

变压器作为电力系统的核心设备，其保护系统至关重要。本文系统阐述变压器保护的十二大关键措施，涵盖瓦斯保护、差动保护、过流保护等主保护及后备保护配置。通过解析电流速断、零序保护等原理，结合温度监控、压力释放等辅助保护，构建全方位防护体系。文章深度剖析保护配置逻辑与整定原则，为电力从业人员提供专业参考。

       在电力系统中，变压器犹如人体的心脏，承担着电压转换和能量分配的重任。其运行可靠性直接关系到整个电网的稳定。根据国家能源局发布的《电力变压器运行规程》，变压器保护配置需遵循"主保护与后备保护相配合，电气量保护与非电气量保护相结合"的原则。下面我们将深入解析变压器保护的完整体系。

一、瓦斯保护：变压器内部故障的首道防线

       瓦斯保护是油浸式变压器最重要的非电气量保护。当变压器内部发生匝间短路、铁芯过热等故障时，绝缘油和固体绝缘材料会分解产生气体。轻瓦斯动作于信号，反映变压器内部轻微故障或油位降低；重瓦斯则直接跳闸，应对严重内部故障。根据《电力变压器检修导则》规定，800千伏安及以上的油浸式变压器均应装设瓦斯保护。

二、纵联差动保护：快速切除区内故障的利器

       作为变压器的主保护，纵联差动保护通过比较变压器各侧电流的矢量和来判断故障位置。当差动电流超过整定值时，保护立即动作跳闸。该保护能灵敏检测变压器绕组相间短路、匝间短路等故障，动作时间通常不超过30毫秒。需要注意的是，变压器励磁涌流、过励磁等情况可能引起误动，因此现代数字式保护装置都配有完善的涌流制动特性。

三、电流速断保护：简单可靠的过流防护

       电流速断保护作为变压器的后备保护，按躲过变压器低压侧最大短路电流整定。其优点是动作迅速、结构简单，但保护范围受系统运行方式影响较大。通常用于容量较小的变压器或作为主保护的后备。整定值需考虑变压器励磁涌流的影响，一般取变压器额定电流的6-10倍。

四、过电流保护：防御外部故障的最后屏障

       定时限过电流保护主要应对变压器外部相间短路故障。其动作电流按躲过变压器可能出现的最大负荷电流整定，动作时限与下级保护配合。反时限过电流保护则更适用于需要与设备热特性配合的场合，动作时间随故障电流增大而自动缩短。

五、零序电流保护：接地故障的专属卫士

       在中性点直接接地系统中，零序电流保护是防御接地故障的有效手段。保护装置通过检测三相电流的矢量和来识别接地故障。对于分级绝缘的变压器，其中性点接地运行时需投入零序电流保护，不接地运行时则需投入零序电压保护，这种配置方式被称为"间隙保护"。

六、过负荷保护：预防变压器绝缘老化

       长期过负荷运行会加速变压器绝缘老化。过负荷保护采用反时限特性，模拟变压器的热积累过程。当检测到电流超过额定值时，保护先发出告警信号，若过负荷持续则经延时跳闸。根据《电力变压器运行维护规程》，油浸式变压器允许的过负荷能力与初始负荷系数和环境温度密切相关。

七、温度保护：实时监控运行状态

       变压器顶层油温是反映其运行状态的重要指标。温度保护通过埋设在油箱顶部的温度传感器实时监测。当油温超过85摄氏度时发出报警，达到95摄氏度时启动备用冷却器，若继续升高至限定值则跳闸。现代大型变压器还配置绕组热点温度监测，实现更精确的热保护。

八、压力释放保护：防止油箱爆裂的安全阀

       当变压器内部发生严重故障时，电弧能量会使绝缘油迅速汽化，导致油箱压力急剧升高。压力释放装置在压力达到整定值时动作，一方面通过释放阀排出高压气体，另一方面接通跳闸回路切断电源。这种机械与电气联动的保护方式，能有效避免油箱变形甚至爆裂事故。

九、油位保护：保障绝缘冷却系统完整

       变压器油既起绝缘作用又承担散热功能。油位过低会导致绝缘强度下降和散热不良。油位保护通过浮球式或电子式油位计监测油位变化，当油位低于安全限值时发出报警。对于有载调压变压器，还需单独监测调压开关油室的油位。

十、冷却系统保护：维持正常散热条件

       大型变压器都配有强迫油循环冷却系统。冷却系统保护包括油流监测、风扇电机保护、水泵保护等。当检测到冷却系统异常时，保护装置先启动备用冷却单元，若仍不能恢复正常则按预定的负荷曲线自动降负荷运行，确保变压器不超过允许温度。

十一、过励磁保护：防御电压频率异常

       当系统电压升高或频率降低时，变压器可能出现过励磁现象，导致铁芯饱和、损耗增加。过励磁保护通过监测电压频率比来动作，具有反时限特性。在发电机-变压器组接线中，过励磁保护尤为重要，能有效防止因机组甩负荷引起的电压升高。

十二、非全相保护：应对断路器异常工况

       当变压器断路器某相拒动或偷跳时，会造成非全相运行，在变压器中性点产生零序电流。非全相保护通过检测负序电流和零序电流的组合来判断这种异常运行状态。这种保护在330千伏及以上超高压系统中尤为必要。

十三、绕组温度保护：精准防控局部过热

       通过热模拟技术实时计算绕组最热点温度，比油温监测更能反映绕组真实发热状况。保护装置根据负荷电流和环境温度，结合变压器的热特性参数，计算出绕组热点温度值。当温度超过安全限值时，按预定的热积累模型发出报警或跳闸指令。

十四、突变量保护：捕捉故障初始特征

       利用故障发生时电气量的突变特征实现快速保护。电流突变量保护不受负荷电流影响，对对称性故障和不对称故障都具有良好的灵敏度。电压突变量保护则能有效识别系统振荡与真实故障的区别，提高保护系统的可靠性。

十五、阻抗保护：适用于多侧电源变压器

       通过测量变压器阻抗来判断故障位置，特别适用于三绕组变压器和自耦变压器。阻抗保护的动作特性可以选择全阻抗、方向阻抗或偏移阻抗等不同形式，具有良好的选择性，能够准确区分区内故障和区外故障。

十六、失灵保护：断路器故障的后备措施

       当变压器保护动作发出跳闸指令后，若断路器拒动，失灵保护将动作跳开相邻断路器，防止故障扩大。保护逻辑采用"保护动作+电流判别"的"与门"条件，确保只在真正发生失灵时动作。

十七、同步向量测量保护：基于广域信息的新型保护

       利用同步相量测量单元提供的广域同步测量信息，实现对变压器运行状态的精准判断。这种保护能够考虑系统运行方式的变化，自适应调整保护定值，提高保护的灵敏度和可靠性，是智能变电站的重要特征。

十八、智能诊断与预警系统：从被动保护到主动防护

       现代变压器保护已超越传统的故障切除功能，向智能化方向发展。通过在线监测油中溶解气体、局部放电、铁芯接地电流等参数，结合大数据分析技术，实现故障早期预警和状态评估。这种预防性维护策略能有效延长变压器寿命，提高供电可靠性。

       变压器保护系统的设计需要综合考虑变压器的重要性、容量大小、电压等级等因素。根据《电力系统继电保护设计规范》，不同电压等级的变压器应配置不同等级的保护系统。例如，220千伏及以上变压器必须配置双重化的主保护和后备保护，确保单一保护设备故障时不失去保护功能。

       在实际应用中，各种保护需要相互配合，形成完整的保护体系。主保护负责快速切除严重故障，后备保护提供冗余保护，辅助保护则应对非电气量异常。保护定值的整定需要经过精确计算和现场验证，确保选择性、速动性、灵敏性和可靠性的统一。

       随着智能电网建设推进，变压器保护技术也在不断创新。数字化保护装置、网络化保护系统、人工智能算法等新技术的应用，正在推动变压器保护向更智能、更可靠的方向发展。未来，变压器保护将不仅限于故障切除，更将实现设备全生命周期管理和系统最优运行控制。