變壓器充電保護是電力系統(tǒng)中非常重要的一種保護措施，它主要用于保護變壓器在充電過程中的安全。

一、變壓器充電保護的作用原理

1.1 變壓器充電的概念

變壓器充電是指將變壓器接入電網(wǎng)，使其開始工作的過程。在變壓器充電過程中，變壓器的磁通量會發(fā)生變化，從而產(chǎn)生勵磁電流。勵磁電流的大小與變壓器的容量、電壓等級、連接方式等因素有關(guān)。

1.2 變壓器充電過程中可能出現(xiàn)的問題

在變壓器充電過程中，可能會遇到以下問題：

（1）勵磁涌流：變壓器充電時，勵磁電流可能會產(chǎn)生很大的瞬時電流，稱為勵磁涌流。勵磁涌流的大小可以達到變壓器額定電流的幾倍甚至幾十倍，對變壓器的繞組、絕緣材料等造成很大的熱應力和機械應力，可能導致變壓器損壞。

（2）諧波：變壓器充電過程中，勵磁電流中含有大量的諧波成分，這些諧波會對電網(wǎng)造成干擾，影響電網(wǎng)的穩(wěn)定性。

（3）過電壓：變壓器充電過程中，由于勵磁電流的變化，可能會在變壓器的繞組中產(chǎn)生過電壓，對變壓器的絕緣造成威脅。

1.3 變壓器充電保護的作用

變壓器充電保護的主要作用是保護變壓器在充電過程中的安全，避免因勵磁涌流、諧波、過電壓等問題導致變壓器損壞。具體來說，變壓器充電保護可以實現(xiàn)以下功能：

（1）限制勵磁涌流：通過設(shè)置適當?shù)谋Ｗo動作時間，可以限制勵磁涌流的大小，避免對變壓器造成過大的熱應力和機械應力。

（2）抑制諧波：通過設(shè)置諧波保護，可以檢測到變壓器充電過程中產(chǎn)生的諧波，并采取相應的措施，如調(diào)整變壓器的參數(shù)、增加濾波器等，以減小諧波對電網(wǎng)的影響。

（3）防止過電壓：通過設(shè)置過電壓保護，可以檢測到變壓器充電過程中產(chǎn)生的過電壓，并及時采取措施，如調(diào)整變壓器的參數(shù)、增加避雷器等，以保護變壓器的絕緣。

二、變壓器充電保護的設(shè)置原則

2.1 保護范圍的確定

變壓器充電保護的保護范圍應該包括變壓器的所有繞組，以及與變壓器連接的一次、二次側(cè)設(shè)備。在設(shè)置保護時，應該充分考慮變壓器的容量、電壓等級、連接方式等因素，以確保保護的全面性和有效性。

2.2 保護動作時間的設(shè)置

變壓器充電保護的動作時間應該根據(jù)勵磁涌流的大小、變壓器的容量、電網(wǎng)的穩(wěn)定性等因素進行設(shè)置。一般來說，保護動作時間應該在幾十毫秒到幾百毫秒之間，以確保在勵磁涌流出現(xiàn)時能夠及時動作，同時避免誤動作。

2.3 保護定值的設(shè)置

變壓器充電保護的定值應該根據(jù)變壓器的額定電流、勵磁涌流的大小、電網(wǎng)的穩(wěn)定性等因素進行設(shè)置。在設(shè)置定值時，應該充分考慮變壓器的運行條件，以確保保護的靈敏度和可靠性。

2.4 保護方式的選擇

變壓器充電保護的方式有多種，如差動保護、過電流保護、零序保護等。在選擇保護方式時，應該根據(jù)變壓器的結(jié)構(gòu)、電網(wǎng)的運行條件等因素進行綜合考慮，以確保保護的有效性和可靠性。

變壓器的保護配置

1.主保護

變壓器的主保護主要由瓦斯保護和差動保護構(gòu)成。

（1）變壓器差動保護

變壓器差動保護的原理基于 基爾霍夫第一定律 ，即變壓器各側(cè)電流的向量和為零。即變壓器正常運行時或外部故障時，若忽略勵磁電流損耗及其他損耗，則流入變壓器的電流等于流出變壓器的電流，縱差保護不動作。當變壓器內(nèi)部故障時，如忽略負荷電流不計，則只有流進變壓器的電流而沒有流出變壓器的電流，其縱差保護動作，切除變壓器。

對于變壓器引出線、套管及內(nèi)部短路故障，應裝設(shè)縱聯(lián)差動保護。保護瞬時動作于斷開變壓器的各側(cè)斷路器。對6.3MVA及以上并列運行變壓器，10MVA及以上單獨運行的變壓器，以及2MVA及以上用電流速斷保護靈敏性不符合要求的變壓器，應裝設(shè)縱聯(lián)差動保護。10MVA以下變壓器可裝設(shè)電流速斷保護或過電流保護。

（2）瓦斯保護

瓦斯保護是變壓器油箱內(nèi)繞組短路故障及異常的主要保護。當變壓器內(nèi)部故障時，其故障點產(chǎn)生由電弧的短路電流，造成油箱內(nèi)局部過熱并使變壓器油分解，產(chǎn)生氣體，進而造成噴油，沖擊氣體繼電器，瓦斯保護動作。

瓦斯保護主要反應變壓器油箱內(nèi)的各種故障以及油面降低。通過瓦斯繼電器進行測量。輕瓦斯動作，一般只發(fā)告警信號。重瓦斯保護動作，發(fā)跳閘命令，跳開變壓器各側(cè)斷路器。0.8MVA及以上油浸式變壓器應裝設(shè)瓦斯保護。

2.后備保護

反應變壓器的不正常工作狀態(tài)，后備保護一般發(fā)告警信號，或延時跳閘。

高壓側(cè)（過流、失壓）；低壓側(cè)（過流）；零序；過負荷

（1）過電流保護

過電流保護作為變壓器外部相間短路并作瓦斯保護和縱聯(lián)差動保護（或電流速斷保護）的后備保護。包括過電流保護、低電壓啟動的過電流保護、復合電壓啟動的過電流保護、負序電流保護和阻抗保護，保護動作后應帶時限動作于跳閘。過電流保護宜用于降壓變壓器。復合電壓啟動的過電流保護，宜用于升壓變壓器、系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)變壓器和過電流保護不滿足靈敏性要求的降壓變壓器。

（2）零序保護

零序電流保護反應大接地電流系統(tǒng)中變壓器外部接地短路的零序電流保護。110KV及以上大接地電流系統(tǒng)中，如果變壓器中性點可能接地運行，對于兩側(cè)或三側(cè)電源的升壓變壓器或降壓變壓器應裝設(shè)零序電流保護，作為變壓器主保護的后備保護，并作為相鄰元件的后備保護。

對于不接地運行的變壓器，為防止接地故障時，故障點出息間隙電弧引起過電壓損壞變壓器，應設(shè)置零序電壓保護。

（3）過負荷保護

當臺數(shù)并列運行或單獨運行并作為其他負荷的備用電源時，應根據(jù)可能過負荷的情況裝設(shè)過負荷保護。對自耦變壓器和多繞組變壓器，保護裝置應裝能反應公共繞組及各側(cè)過負荷的情況。過負荷保護應接于一相電流上，帶時限動作于信號。

三、變壓器充電保護的方式

3.1 差動保護

差動保護是一種基于變壓器兩側(cè)電流差值的保護方式。當變壓器充電時，如果兩側(cè)電流的差值超過設(shè)定的定值，差動保護就會動作，切斷變壓器的電源，以保護變壓器的安全。

3.2 過電流保護

過電流保護是一種基于變壓器電流大小的保護方式。當變壓器充電時，如果電流超過設(shè)定的定值，過電流保護就會動作，切斷變壓器的電源，以保護變壓器的安全。

3.3 零序保護

零序保護是一種基于變壓器零序電流的保護方式。當變壓器充電時，如果零序電流超過設(shè)定的定值，零序保護就會動作，切斷變壓器的電源，以保護變壓器的安全。

3.4 諧波保護

諧波保護是一種基于變壓器諧波含量的保護方式。當變壓器充電時，如果諧波含量超過設(shè)定的定值，諧波保護就會動作，采取相應的措施，如調(diào)整變壓器的參數(shù)、增加濾波器等，以減小諧波對電網(wǎng)的影響。

3.5 過電壓保護

過電壓保護是一種基于變壓器電壓大小的保護方式。當變壓器充電時，如果電壓超過設(shè)定的定值，過電壓保護就會動作，采取相應的措施，如調(diào)整變壓器的參數(shù)、增加避雷器等，以保護變壓器的絕緣。

變壓器充電保護作用原理是通過多種保護措施的綜合運用，確保變壓器在充電過程中不會受到過電壓、過電流、過度充電和過熱等不利因素的影響。這些保護措施的實施不僅提高了變壓器的安全性和可靠性，還保障了電網(wǎng)的整體穩(wěn)定性和安全性。因此，在電力系統(tǒng)中應高度重視變壓器充電保護的作用，并不斷完善和優(yōu)化相關(guān)保護措施。