220kV變壓器的運行及繼電保護措施分析

侯念國 孫紅霞 孫華 劉泊辰

摘要：在電力系統(tǒng)中220kV高壓變電站十分關(guān)鍵，其正常運行對于電力系統(tǒng)的安全意義重大。而電力系統(tǒng)繼電保護裝置的主要任務(wù)是及時發(fā)現(xiàn)并切除故障，并且可以及時報警，其重要性對電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行也不言而喻。因此，開展220kV變壓器的運行及繼電保護措施的研究對我國變壓器的運行十分有利。從繼電保護和220kV變壓器的基本概述入手對繼電保護措施進行了探討和研究，具有一定的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：變電站；220kV變壓器；繼電保護

作者簡介：侯念國（1972-），男，山東淄博人，山東電力集團淄博供電公司，高級工程師；孫紅霞（1973-），女，山東淄博人，山東電力集團淄博供電公司，技師。（山東 淄博 255000）

中圖分類號：TM406 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）06-0230-02

變壓器作為電力系統(tǒng)中十分重要的電氣設(shè)備，其正常穩(wěn)定運行對電力系統(tǒng)安全有很大的影響。因此，在實際變電站中應(yīng)該采取合適的繼電保護裝置和措施保護變壓器。

一、繼電保護概述

電力系統(tǒng)繼電保護的主要目的是分析電力系統(tǒng)故障、不正常運行狀態(tài)并研究解決對策和反事故自動化保護措施，其基本任務(wù)是在電力系統(tǒng)處于故障或不正常工況時及時進行故障處理，分析故障發(fā)生的原因并在最短時間內(nèi)自動切除故障。由于近年來電力行業(yè)發(fā)展迅速，繼電保護裝置的發(fā)展速度太慢，在很大程度上會造成嚴重的全系統(tǒng)長期大面積停電事故的發(fā)生，引發(fā)電力系統(tǒng)癱瘓。因此，考慮到電力系統(tǒng)全局，電力系統(tǒng)繼電保護不僅應(yīng)該可靠地切除系統(tǒng)中的故障部分，還應(yīng)該分析切除故障后系統(tǒng)可能出現(xiàn)的工況，如不穩(wěn)定運行等。電力系統(tǒng)繼電保護可以在系統(tǒng)的正常運行被破壞時盡可能地限制影響范圍，以減少經(jīng)濟損失。

二、220kV 變電站概述

1.變壓器工作原理

變壓器是變電站的主要設(shè)備。按照繞組類型，變壓器可以分為雙繞組變壓器、三繞組變壓器以及自耦變壓器，其中自耦變壓器每相的高低壓共用一個繞組，在高壓繞組中間抽出一個頭作為低壓繞組的出線。變壓器兩端電壓高低與繞組匝數(shù)成正比，與電流則成反比。按照變壓器的作用可將其分為兩大類：升壓變壓器和降壓變壓器。為保證負荷不同時電壓質(zhì)量的合格，變壓器電壓應(yīng)該與電力系統(tǒng)相適應(yīng)，并且可以方便地進行不定期的分接頭切換。

220kV的變電站中設(shè)有與變壓器設(shè)備工作原理相似的電壓及電流互感器。這些互感器可以按照相關(guān)規(guī)定，將一些高壓設(shè)備及母線的運行電壓或大電流以及母線負荷、短路電流等轉(zhuǎn)換成低電壓和小電流，以供測量儀表、繼電保護以及控制設(shè)備等使用。需要注意的是，由于變電站系統(tǒng)中電流互感器兩次的繞組總與負荷相連，接近短路故障狀態(tài)，在實際運行中決不允許處于開路狀態(tài)，以免對設(shè)備本身或變電站造成威脅和影響。

2.變壓器運行繼電存在的問題

作為變電站的主要設(shè)備，變壓器通過電磁場調(diào)節(jié)電壓，并通過切換分接頭，調(diào)節(jié)輸電線路中的負荷。在此過程中，變壓器有可能會發(fā)生變電問題，引發(fā)電壓不穩(wěn)定或未達到固定值等問題，造成輸電障礙。

（1）變壓器運行電壓異常。運行過程中的變電器會受到如溫度、氣體以及水分等很多因素的影響。這些因素很大程度上會阻斷變電站中變壓器的輸電，從而使得輸電電壓異常。變壓器的氣體狀況異常時很容易使信號發(fā)生跳躍，從而導(dǎo)致變壓器的郵箱內(nèi)部發(fā)生故障；變壓器外部有短路發(fā)生時可能導(dǎo)致變壓器溫度升高，油面降低，電壓不穩(wěn)；而負荷過重時，變壓器也會由于內(nèi)部信號、磁場等的原因出現(xiàn)電壓問題，并且對變壓器本身有極大損害。

（2）變壓器繼電干擾異常。變電站的主要功能是通過磁場的作用進行高低壓的變換，將由發(fā)電廠輸出的電能進行變壓，便于遠距離輸電，從而降低輸電線路上的損耗，以實現(xiàn)電能的合理輸送。一般來說，220kV以上變電站中變壓器繼電保護裝置的電磁干擾來源主要有以下幾個方面：

電力系統(tǒng)發(fā)生了短路故障；一次系統(tǒng)的干擾，比如雷擊等；變壓器的斷路器本身發(fā)生了故障；工作時，工作人員接觸設(shè)備外殼導(dǎo)致的火花放電以及話機的使用。

當變壓器收到電磁干擾時這些電磁干擾會在整體上阻斷整個輸電線路，并且通過各種方式使得電磁干擾源和受到干擾的回路與設(shè)備連接起來，從而形成回路，對變壓器的輸電電壓有著嚴重影響，使其發(fā)生嚴重故障。變壓器的輻射干擾主要來源于兩方面（高壓開關(guān)場的干擾以及步話機幅射干擾），其中影響最大的高壓開關(guān)場的電磁干擾包括通過同一電纜的各種耦合，如電容耦合、電感耦合及傳導(dǎo)耦合等。它們會通過芯線相互間產(chǎn)生干擾電流，進而感應(yīng)出干擾電壓，并通過終端設(shè)備的共模干擾表現(xiàn)出來。由于在220kV以上的變電站中，變壓器的繼電保護和自動控制設(shè)備直接安裝在開關(guān)場中，高壓開關(guān)場的電磁干擾則成為主要的干擾因素。

3.220kV變電站變壓器運行故障與保護形式分析

一般情況下，當變壓器出現(xiàn)了以上所述的各種故障與異常情況時，應(yīng)當在變壓器中設(shè)置機電保護措施來發(fā)現(xiàn)、避免和切除故障，從而保障變壓器的安全穩(wěn)定運行。變壓器設(shè)置保護裝置的原則一般如下：

（1）氣體保護：變壓器的氣體保護是指可以瞬時作用于變壓器的運行控制信號上使其跳閘的跳閘式保護。變壓器的氣體保護主要對變壓器油面降低以及變壓器的油箱內(nèi)部故障等問題進行控制保護。

（2）電流速斷保護與差動保護：變電站中的變壓器常用的一種保護形式就是電流速斷保護與差動保護。這兩種保護形式進行變壓器保護時也是通過瞬間跳閘的方式實現(xiàn)的，一般用于對變壓器出線端的短路，或變壓器設(shè)備的內(nèi)部故障進行控制與保護。

（3）過負荷保護：變電站中變壓器采取的過負荷保護是依據(jù)變壓器的運行狀況，當其出現(xiàn)過負荷運行時，在其設(shè)備線路中設(shè)置過電流保護，對由于過負荷運行引起變壓器中的過電流事故進行避免和控制。

（4）過流繼電保護與溫度信號保護：實際中，變壓器運行時采取的保護形式還包括過流繼電保護與溫度信號保護兩種。其中，過流繼電保護作為變壓器采取氣體保護和電流速斷保護的后備保護，其主要形式有帶時限的跳閘控制、對變壓器外部出現(xiàn)的短路及過電流故障進行保護；溫度信號保護方式則是通過收集變壓器的溫度信號變化情況，檢測控制變壓器運行故障以及異常情況，進而保護變壓器的運行安全。

三、220kV變電站變壓器的繼電保護措施分析

1.變壓器運行狀態(tài)措施

變壓器運行時要對其整體運行狀態(tài)進行全方位監(jiān)控，以降低由于過負荷或外部短路所造成的輸電風(fēng)險，進而提高高壓變電站的輸電作效率，降低電力系統(tǒng)運行的經(jīng)濟成本。對變壓器運行狀態(tài)進行保護時，主要采取以上幾種變壓器故障的保護形式，如氣體保護、電流速斷保護與差動保護、過負荷保護和過流繼電保護與溫度信號保護。這些保護形式可以在很大程度上對變壓器的運行狀態(tài)進行檢測和控制，從而保障其安全穩(wěn)定運行。

2.變壓器繼電運行檢測

（1）繼電保護裝置檢驗。對于變電站中的變壓器，應(yīng)當對其運行時的繼電運行措施進行檢查校驗，將檢驗電流回路升流抑制，對變壓器的繼電保護裝置進行檢測。在變壓器工作時，對變壓器的繼電器裝置進行檢測，首先確定改變定值的范圍，接著改變接電線路。在進行變壓器繼電器檢測校驗的過程中，工作人員還需進行回路升壓的校驗，在這兩次檢驗完成后工作人員應(yīng)注意不能拔掉插件，以免出現(xiàn)變壓器繼電失誤，從而引發(fā)故障。

（2）定值區(qū)的控制過程。在使用微機保護對變壓器進行繼電保護時會涉及到定值區(qū)的問題。一般情況下，通過機械特性和焊接點檢查來分析微機保護的定值問題，從而對定值區(qū)進行控制。可以對定值區(qū)內(nèi)的數(shù)值進行一體化、規(guī)劃化以及標準化的處理，從而在很大程度上提高變電站變壓器的輸電能力和效率。實際中通常采用將大截面的銅線或者導(dǎo)線緊緊固定在接地網(wǎng)上的方式來解決變壓器繼電運行過程中定值規(guī)范的問題。

（3）保護裝置的維護措施。為了確保變電站中的變壓器在變電過程中的正常穩(wěn)定運行，應(yīng)當對變壓器和繼電保護裝置進行定期的觀察、檢測、維修和護理。同時，工作人員還應(yīng)當對電力系統(tǒng)本身發(fā)生的短路故障、變壓器以及其他設(shè)備外殼產(chǎn)生的火花放電，以及話機的使用進行及時處理，以降低斷路器本身發(fā)生故障的可能性。

3.變壓器的抗干擾措施

為了保證220kV以上變電站變壓器的繼電保護設(shè)備和自動裝置的正常運行，不僅要采取上述各種措施外，還應(yīng)該保證繼電保護的二次電子設(shè)備本身具有抗電磁干擾能力。設(shè)計和建設(shè)變電站時，應(yīng)當將其抗干擾能力考慮在內(nèi)，盡可能保證設(shè)備運行時，二次設(shè)備受到的電磁干擾低于其承受水平?？梢圆扇∫韵聨追N措施降低干擾：

（1）在干擾源處降低干擾。主要措施為減小設(shè)備的接地阻抗，控制當高頻電流注入時設(shè)備產(chǎn)生的電壓，進而實現(xiàn)對輸電線路整體調(diào)整與改觀。與此同時，應(yīng)當增加低阻抗的接地網(wǎng)的建設(shè)，使220kV變電站與地之間的電位差盡可能降低，達到減少二次回路干擾的目的。

（2）在二次回路上減低干擾。要降低整個變電站的電磁干擾水平，最關(guān)鍵和重要的是降低二次回路受到電磁干擾的影響，可以采用將一次和二次回路之間的耦合切斷以及使用帶屏蔽層的控制電纜的措施。也可以對開關(guān)場和控制室兩端的接地采取合理的措施，以降低整體的二次回路受到干擾。通過屏蔽層在開關(guān)場和控制場的兩端接地，可以降低暫態(tài)感應(yīng)電壓，屏蔽感應(yīng)電流，并達到減少暫態(tài)電流產(chǎn)生的磁通的目的。

（3）在裝置配線上提高抗干擾水平。在裝置配線上提高抗干擾水平時，可以采取將繼電保護盤端的開關(guān)場進線處的電容進行接地的措施，使得控制電纜引起的電磁干擾通過母線傳回控制回路，進而屏蔽了控制電纜的干擾。除了以上提出的二次回路上抗干擾措施，微機保護盤上也可以進行抗干擾的實現(xiàn)，方法為展開陣對交流和直流電源的導(dǎo)線。

四、結(jié)論

220kV變壓器作為高壓電網(wǎng)的重要組成部分，其正常運行對電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、可靠起著十分重要的作用。在實際工作中，應(yīng)做好變壓器運行維護工作，切實加強變壓器的運行管理，發(fā)現(xiàn)隱患時及時排除，保障其安全可靠運行。

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（責(zé)任編輯：王祝萍）