10KV供電系統(tǒng)中電力變壓器的常見故障分析與繼電保護(hù)探討

文/蔡紅生 南京港口集團(tuán)港務(wù)工程公司 江蘇南京 210000

10KV供電系統(tǒng)中電力變壓器的常見故障分析與繼電保護(hù)探討

文/蔡紅生 南京港口集團(tuán)港務(wù)工程公司 江蘇南京 210000

對10KV供電系統(tǒng)中電力變壓器的常見故障進(jìn)行簡要分析，并簡單闡述了常見的幾種繼電器保護(hù)類型以及相應(yīng)的動作模式。

10KV供電系統(tǒng)；電力變壓器；常見故障；繼電保護(hù)

1 引言

發(fā)電—電力變壓—電力運(yùn)輸—電力分配—用戶用電共同構(gòu)成了整個10KV電力系統(tǒng)，而其中的變壓器又是整個供電系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，變壓器性能的好壞直接影響著整個10KV供電線路的穩(wěn)定與可靠。目前市場上容量大、性能高的電力變壓器價格一直居高不下，因此出于保證供電線路穩(wěn)定與節(jié)約成本的考慮，分析電力變壓器的常見故障以及研究性能優(yōu)良的繼電保護(hù)顯得尤為重要，本文著眼于此展開討論。

2 10KV電力系統(tǒng)電力變壓器的常見故障

變壓器是我們電力系統(tǒng)中非常重要的組成部分，它的使用環(huán)境也相當(dāng)復(fù)雜。所以一旦變壓器發(fā)生故障，不僅只是影響電力系統(tǒng)的正常使用，有時還會導(dǎo)致嚴(yán)重的后果和不可挽回的損失。在10KV電力系統(tǒng)中，變壓器也是整個系統(tǒng)的關(guān)鍵所在，因此對于變壓器的常見故障，我們要做到詳細(xì)的總結(jié)和系統(tǒng)的探討。

變壓器的常見故障一般分外部故障跟內(nèi)部故障兩種類型。顧名思義，外部故障即發(fā)生在變壓器機(jī)體以外的故障。主要包括引出線絕緣破壞，導(dǎo)致線路短路的故障；或者機(jī)體單相接地出現(xiàn)問題致短路的故障等；內(nèi)部故障即發(fā)生在變壓器機(jī)體內(nèi)部的故障，主要包括機(jī)體內(nèi)部繞組故障或短路，相間接地出現(xiàn)問題或短路等。長期實(shí)踐證明，10KV電力系統(tǒng)電力變壓器的常見故障可以劃分為以下幾種：

（1）油故障：變壓器正常運(yùn)行中的絕緣問題是由絕緣油承擔(dān)，絕緣油性能的好壞決定了變壓器絕緣程度的高低。通常變壓器處在高溫高熱的工作環(huán)境，如果絕緣油的抗熱、抗氧化性能較低，將直接導(dǎo)致變壓器因工作時間的延長致絕緣降低而產(chǎn)生閃絡(luò)放電的故障。同時變壓器的長期運(yùn)行也會導(dǎo)致絕緣油泥的沉積而阻塞泄油通道，最終影響變壓器的散熱性能。

（2）芯體故障：變壓器內(nèi)部芯體的繞線為銅線，銅線性能的好壞直接關(guān)系到芯體的散熱與抗氧化、抗老化性能。同時低性能的銅線也會導(dǎo)致繞組間、匝間容易發(fā)生短路故障而影響機(jī)體的使用壽命。

（3）結(jié)構(gòu)故障：變壓器的結(jié)構(gòu)故障是由于生產(chǎn)與設(shè)計的缺陷而導(dǎo)致，往往發(fā)生在油底殼強(qiáng)度不夠，長期的交變應(yīng)力致使其裂紋漏油；分接頭的設(shè)計不到位致經(jīng)常性的接觸不良等。

（4）磁路故障：磁路故障往往是由于鐵芯的接地不良或長時間的運(yùn)行致壓鐵的松動而導(dǎo)致，壓鐵的松動會引起電磁鐵的振動而產(chǎn)生噪音，鐵芯的接地不良會引起芯體的絕緣、抗氧化性能降低，最終都影響磁路的電磁效應(yīng)。

3 10KV電力系統(tǒng)電力變壓器保護(hù)繼電器的選擇

線路發(fā)生故障時往往會因?yàn)榻饘傩詥蜗喽搪坊蚨嘞喽搪樊a(chǎn)生過電流而長時間沖擊故障點(diǎn)，導(dǎo)致故障點(diǎn)的擴(kuò)增，最終影響整個供電線路或波及關(guān)聯(lián)設(shè)備，因此有效實(shí)施變壓器電流速的繼電保護(hù)，具有顯著重要性。通常變壓器電流速斷保護(hù)跳閘是線路保護(hù)的主要手段，且分為0s速斷跳閘和0.5s延時速斷跳閘。而事實(shí)證明，0.5s延時速斷跳閘更具有實(shí)際可操作性，是電力變壓器繼電保護(hù)的主要選擇。

GL型感應(yīng)式電流繼電器及DL型電磁式電流繼電器是目前市場上常用的兩種繼電器。對于線路中具有大容量、高負(fù)荷設(shè)備的宜采用GL 型感應(yīng)式電流繼電器。此類繼電器可以瞬間動作，迅速切斷線路電流；還可以對電動機(jī)的起動電流進(jìn)行規(guī)避，保證高負(fù)荷設(shè)備的正常運(yùn)行，這便是此類繼電器延時動作元件反時限部分的優(yōu)點(diǎn)所在。DL型電磁式電流繼電器大多是為了改善線路動作特性而使用，對于線路負(fù)荷較小，無大容量電動機(jī)時可選擇此類繼電器。但若想保證變壓器保護(hù)的時限，可輔助時間繼電器。兩種類型繼電器各有優(yōu)缺點(diǎn)，相較于DL型繼電器，GL型繼電器能使線路接線簡化，但動作特性較低，且調(diào)校難度較大。

4 電力變壓器的繼電保護(hù)

4.1 速斷保護(hù)

為了使供電系統(tǒng)穩(wěn)定供電和保證用戶用電，在設(shè)計電力系統(tǒng)時，要考慮在發(fā)生故障情況下保護(hù)裝置能迅速反應(yīng)避免造成較大的損失。電流速斷保護(hù)在對電力系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)時，在極短的時間內(nèi)切斷電流，不僅反應(yīng)動作快，操作起來更是簡單，功能可靠。它的工作原理如下：當(dāng)電力系統(tǒng)變壓器速斷時，首先檢查電力系統(tǒng)中是否有備用變壓器，如果發(fā)現(xiàn)有備用變壓器就應(yīng)馬上使用變壓器。工作人員檢查速斷保護(hù)電路的各個部分，首先檢查變壓器的套管，檢查套管是否完整，在母線上有無痕跡。再檢查變壓器的電纜頭是否被損壞或者電纜是否被移動，如若不然，應(yīng)對變壓器內(nèi)部情況進(jìn)行詳查。若檢查結(jié)果表明變壓器的內(nèi)部出現(xiàn)故障，此時應(yīng)保持電閘原有狀態(tài)。

4.2 瓦斯保護(hù)

進(jìn)行瓦斯保護(hù)在一定程度上保證了變壓器的安全運(yùn)轉(zhuǎn)。變壓器的絕緣層被破壞或變壓器產(chǎn)生了氣體都會導(dǎo)致變壓器發(fā)生故障。通過分析氣體的成分和特征，檢測氣體的速度可以推測出變壓器出現(xiàn)故障的原因，找出短路部位，了解故障嚴(yán)重程度，變壓器在出現(xiàn)故障時會自動切斷電。瓦斯保護(hù)具體分為輕度和重度瓦斯保護(hù)兩種層面，在進(jìn)行這兩種動作時，一般會發(fā)出信號或是直接電閘自行斷開。瓦斯保護(hù)由以下引起：

（1）在循環(huán)裝置工作過程中不慎將空氣導(dǎo)入變壓器。

（2）因蒸發(fā)或漏油導(dǎo)致內(nèi)部油量減少。

（3）變壓器中產(chǎn)生氣體

（4）沒有進(jìn)行正確的直流回路操作

由變壓器內(nèi)部故障導(dǎo)致的油面下降或是保護(hù)裝置出現(xiàn)故障都可以引起重瓦斯動作，瓦斯保護(hù)動作引起的跳閘可能是由于油中空氣分離較快。發(fā)現(xiàn)瓦斯信號后，要立刻檢查瓦斯繼電器動作的起因，入如果沒有檢查出上面的原因，就要收集繼電器中的氣體，觀察氣體的顏色或多少等找出故障。發(fā)現(xiàn)重瓦斯動作時，先全面檢查，如果發(fā)現(xiàn)是內(nèi)部出現(xiàn)故障，則要進(jìn)行油樣化驗(yàn)，運(yùn)用色譜分析檢查油的閃點(diǎn)。內(nèi)部故障多由油的閃點(diǎn)降低程度大引起的，這種情況下，不可送電。

4.3 反時限過電流保護(hù)

反時限過電流保護(hù)的過程中，短路電流的大小受繼電保護(hù)動作的時間影響，短路電流越小則繼電動作時間越長，這便是反時限過電流保護(hù)的原理。反應(yīng)型繼電器是反時限過電流保護(hù)的主要組成部分，將這種繼電器應(yīng)用于礦業(yè)企業(yè)，可以集合四種重要繼電器的功能，從而使反應(yīng)型繼電器的功能達(dá)到最優(yōu)化，最終實(shí)現(xiàn)反時限過電流保護(hù)的效果。

4.4 定時限過電流保護(hù)

值得注意的是，在進(jìn)行定時限過流電流保護(hù)時，繼電保護(hù)的動作時間不會受到短路電流的影響。定時限過電流保護(hù)由四個元件組成，分別是出口元件、發(fā)動元件、縮時元件和信號發(fā)射元件，這些元件對應(yīng)的分別是電磁式中間繼電器、電流繼電器、時間繼電器和信號繼電器。在保證動作時間相同的情況下，通過繼電器的調(diào)節(jié)來是繼電保護(hù)的動作時間縮短。若要實(shí)現(xiàn)直流操作的效果，必須將屏顯設(shè)置為直流，而且一般要將系統(tǒng)配電控制在10-30kv之間。

4.5 零序電流保護(hù)

10kv電力系統(tǒng)普遍采用中性點(diǎn)不接地的運(yùn)行方式。三相在相電壓的作用下都會有90度的電容電流流入大地，每個電流相位相隔120度，雖然三相電流數(shù)值相等但電流和為零，中性點(diǎn)電位為零。如果電力系統(tǒng)中A出現(xiàn)了金屬性接地事故，A相的對地電壓為零，此時其他兩相的對地電壓會升高，升高到線電壓，而三分線電壓是不變的。這種情況下，不會對負(fù)荷供電產(chǎn)生較大影響，沒有必要切斷電流，系統(tǒng)還可連續(xù)工作2個小時。采用中性點(diǎn)不接地優(yōu)勢顯著。當(dāng)面臨出線較多，電線網(wǎng)絡(luò)繁復(fù)的情況時，只有零序電流保護(hù)裝置才能保證系統(tǒng)安全運(yùn)行，因?yàn)榉墙拥毓收暇€路零序電流比接地故障線路零序電流小，使得這種裝置具有可行性。

5 結(jié)語

在實(shí)際操作過程中，為了可靠性要嚴(yán)謹(jǐn)?shù)恼ㄓ嬎憷^電保護(hù)，總結(jié)10kv低壓系統(tǒng)的特點(diǎn)，在實(shí)踐中積累經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)規(guī)律。當(dāng)繼電保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生故障時，可以準(zhǔn)確高效的找出故障，并有效解決故障，使其能提高電力系統(tǒng)的安全性和可靠性，發(fā)揮越來越重要的作用。