变压器是任何配电系统中最关键，最昂贵的组件之一。它是通常在油中浸透的封闭式静态设备，因此发生的故障受到限制。但是，罕见故障的影响对于变压器而言可能是非常危险的，维修和更换变压器的准备时间过长会使情况变得更糟。因此，电力变压器的保护变得至关重要。
变压器上发生的故障主要分为外部故障和内部故障两类，为避免对变压器造成任何危险，复杂的继电器系统会在最短的时间内清除外部故障。内部故障主要基于传感器和测量系统。我们将在本文中进一步讨论这些过程。在到达那里之前，重要的是要了解变压器的类型很多，在本文中，我们将主要讨论配电系统中使用的电力变压器。您还可以了解电源变压器的工作原理，以了解其基础知识。
过励磁保护和基于温度的保护等基本保护功能可以识别最终导致故障的条件，但是由继电器和电流互感器提供的完整的变压器保护适用于关键应用中的变压器。
因此，在本文中，我们将讨论用于保护变压器免受灾难性故障影响的最常见原理。
不同类型变压器的变压器保护
电力变压器所使用的保护系统取决于变压器的类别。下表显示，
| 类别 | 变压器额定值-KVA | |
| 1阶段 | 三相 | |
| 一世 | 5-500 | 15-500 |
| II | 501年-1667年 | 501-5000 |
| 三级 | 1668年-10,000 | 5001-30,000 |
| IV | > 10,000 | > 30,000 |
- 500 KVA以下的变压器属于（类别I和II），因此使用保险丝对其进行保护，但要保护最大1000 kVA的变压器（11kV和33kV的配电变压器），通常使用中压断路器。
- 对于10 MVA及以上（属于III类和IV类）的变压器，必须使用差动继电器来保护它们。
另外，机械继电器（例如布赫兹继电器）和突压力继电器也广泛用于变压器保护。除了这些继电器之外，热过载保护通常用于延长变压器的使用寿命，而不是用于检测故障。
变压器保护的常见类型
- 过热保护
- 过流保护
- 变压器差动保护
- 接地故障保护（受限制）
- Buchholz（气体检测）继电器
- 过流保护
变压器的过热保护
由于过载和短路情况，导致变压器过热。允许的过载和相应的持续时间取决于变压器的类型和用于变压器的绝缘等级。
如果长时间保持较高的负载，则可以在很短的时间内保持较高的负载，由于温度升高超过假定的最高温度，可能会损坏绝缘。当油冷变压器的温度达到95 * C时，它被认为是最高温度，超过此温度时，变压器的预期寿命会降低，并且会对电线的绝缘产生不利影响。因此，过热保护变得至关重要。
大型变压器具有机油或绕组温度检测装置，用于测量机油 或绕组温度，通常有两种测量方法，一种称为热点测量，另一种称为顶油测量，下图显示了典型的带有Reinhausen温控箱的温度计，用于测量液体绝缘保守型变压器的温度。
盒子上有一个百分表，用于指示变压器的温度（黑色指针），红色指针指示警报设置点。如果黑针超过红针，则设备将激活警报。
如果往下看，我们会看到四个箭头，通过这些箭头可以将设备配置为警报或跳闸，也可以将它们用于启动或停止泵或冷却风扇。
如图所示，温度计安装在变压器油箱顶部，位于铁芯和绕组上方，这样做是因为最高温度将由于铁芯和绕组而位于油箱的中心。该温度称为最高机油温度。该温度使我们估算出了变压器铁心的热点温度。在低压绕组中使用了当今的光缆，以准确地测量变压器的温度。这就是实现过热保护的方式。
变压器过电流保护
过电流保护系统是最早开发的保护系统之一，分级过电流系统是为防止过电流情况而开发的。配电人员借助IDMT继电器使用此方法来检测故障。即，继电器具有：
- 反特性，和
- 最短操作时间。
IDMT中继的功能受到限制。这类继电器必须设置为最大额定电流的150％至200％，否则，继电器将在紧急过载情况下工作。因此，这些继电器为变压器箱内部的故障提供了较小的保护。
变压器差动保护
偏置电流差动百分比保护用于保护电力变压器，它是提供最佳整体保护的最常见的变压器保护方案之一。这些保护类型用于额定值超过2 MVA的变压器。
变压器一侧星形连接，另一侧三角形连接。星形连接的CT是三角形连接的，而三角形连接的CT是星形连接的。两个变压器的中性点都接地。
变压器有两个线圈，一个是工作线圈，另一个是约束线圈。顾名思义，约束线圈用于产生约束力，而操作线圈用于产生操纵力。限制线圈与电流互感器的次级绕组连接，工作线圈连接在CT的等电位点之间。
变压器差动保护工作：
通常，由于电流在功率互感器的两侧匹配，因此工作线圈不带电流，当绕组中发生内部故障时，平衡会改变，并且差动继电器的工作线圈开始在两侧之间产生差动电流的变压器。因此，继电器使断路器跳闸并保护主变压器。
受限接地故障保护
当变压器套管发生故障时，会流过非常高的故障电流。在这种情况下，需要尽快清除故障。特定保护装置的作用范围应仅限于变压器的区域，这意味着如果在不同位置发生任何接地故障，则应触发为该区域分配的继电器，而其他继电器应保持不变。因此，这就是为什么将该继电器命名为“受限接地故障保护继电器”的原因。
在上图中，保护设备位于变压器的受保护侧。我们假设这是初级侧，并且还假设变压器的次级侧存在接地故障。现在，如果在接地侧发生故障，则由于接地故障，将出现零序分量，并且该零序分量将仅在次级侧流通。并且它不会反映在变压器的初级侧。
该继电器具有三相，如果发生故障，它们将具有三个分量，正序分量，负序分量和零序分量。由于正片的亮片部分偏移了120 *，因此在任何时刻，所有电流的总和将流过保护继电器。因此，它们的电流之和等于120 *，因此它们的电流之和等于零。负序分量的情况与此类似。
现在让我们假设发生故障情况。该故障将由CT检测到，因为它具有零序分量，并且电流开始流经保护继电器，当这种情况发生时，继电器将跳闸并保护变压器。
Buchholz（气体检测）继电器
上图显示了一个Buchholz继电器。当变压器内部发生故障时，布赫兹继电器就安装在主变压器单元和储油柜之间，它通过浮子开关检测到溶解气体。
如果您仔细观察，您会看到一个箭头，气体从主油箱流到储油箱，通常变压器本身不应该有任何气体。大多数气体称为溶解气体，根据故障情况可以产生九种不同类型的气体。该继电器的顶部有两个阀，这些阀用于减少气体积聚，还用于取出气体样本。
当发生故障时，绕组之间或绕组与铁心之间会产生火花。绕组中的这些小放电将加热绝缘油，并且油会分解，从而产生气体，击穿的严重程度，并检测出产生了哪些玻璃。
大量的能量放电将产生乙炔，并且您可能知道，乙炔需要消耗大量能量。您应该永远记住，任何类型的故障都会产生气体，通过分析气体量，我们可以找到故障的严重性。
Buchholz（气体检测）继电器如何工作？
从图像中可以看到，我们有两个浮子：一个上浮子和一个下浮子，还有一个挡板向下推动下浮子。
当发生大的电气故障时，它产生的气体比通过管道的气体要多得多，气体使挡板移动并迫使下部浮子向下运动，现在我们有了一个组合，上部浮子向上，下部浮子为向下，挡板已经倾斜。这种组合表明发生了大规模故障。这将关闭变压器，并且还会生成警报。下图准确显示了这一点，
但这不是该继电器可以使用的唯一情况，想象一下这样一种情况：变压器内部发生小电弧，这些方舟产生少量气体，该气体在继电器内部产生压力，并且上浮子下降，置换其中的油，现在继电器在这种情况下生成警报，如果检测到此配置，则上浮子下降，下浮子没有变化并且挡板也没有变化，我们可以确定气体积聚缓慢。下图恰好显示了这一点，
现在我们知道我们有故障，我们将使用继电器上方的阀排出一些气体，并对气体进行分析以找出造成这种气体堆积的确切原因。
该继电器还可以检测由于变压器底盘泄漏而导致绝缘油液位下降的情况，在这种情况下，上浮子下降，下浮子下降并且挡板保持在同一位置。在这种情况下，我们会收到不同的警报。下图显示了工作方式。
通过这三种方法，Buchholz继电器可以检测故障。
过流保护
变压器设计为以超过该通量水平的固定磁通量运行，并且磁芯饱和，磁芯的饱和会导致磁芯中的热量迅速流过变压器的其他部分，从而导致组件过热，从而导致过热磁通保护成为必要，因为它可以保护变压器铁芯。由于过电压或系统频率降低，可能会发生过磁通情况。
为了防止变压器过磁，使用了过磁继电器。助焊剂会测量电压/频率之比，以计算铁芯中的磁通密度。由于电力系统中的瞬变而导致的电压快速升高会导致过磁通，但是瞬变会迅速消失，因此，变压器的瞬时跳闸是不希望的。
磁通密度与电压与频率的比值（V / f）成正比，如果该比值的值变得大于1，则仪器应检测到比率，这是通过基于微控制器的继电器来完成的，该继电器可测量电压和实时的频率，然后它计算速率并将其与预先计算的值进行比较。继电器被编程为反时限的最小时间（IDMT特性）。但是，如果需要的话，可以手动进行设置。这样，将在不损害过磁通保护的前提下达到目的。现在，我们看到了防止变压器的跳闸过磁的重要性。
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