基于110kV變電站的繼電保護(hù)問題研究

王磊

摘 要：對于任何一個變電站來說，繼電保護(hù)是最為關(guān)鍵的，只有及時的發(fā)現(xiàn)故障并給予正確的故障判斷和解決，才可以保證變電站的正常夠供電工作。文章針對110kV變電站變壓器的運行和繼電保護(hù)措施的相關(guān)問題作進(jìn)一步的探討分析，總結(jié)了經(jīng)驗教訓(xùn)，提出了改進(jìn)意見，以供同行參考。

關(guān)鍵詞：110kV變電站；變壓器；母線保護(hù)

現(xiàn)代繼電保護(hù)技術(shù)是一個完整的體系，主要用于電力系統(tǒng)的故障分析，其包括繼電保護(hù)配置設(shè)計、繼電保護(hù)運行、維護(hù)技術(shù)。繼電保護(hù)裝置是完成繼電保護(hù)功能的核心，在排查繼電保護(hù)的危險隱患時，能做出正確反映，是電力系統(tǒng)里最重要組成部分，同時在運行中也發(fā)揮重要作用。110kV變電站在發(fā)生故障時，繼電保護(hù)裝置會起到重要的保護(hù)作用，可以避免電網(wǎng)中許多變電站全停，主變壓器被燒毀事件的發(fā)生。

1 變壓器常見故障分析

1.1 常見問題

電力變壓器發(fā)生內(nèi)部故障，是因為油的膨脹和所產(chǎn)生的瓦斯氣體經(jīng)瓦斯繼電器向油枕流動，若流動速度達(dá)到一定值時，瓦斯繼電器擋板被沖動，并向一方傾斜，使瓦斯繼電器觸點閉合，接通跳閘回路發(fā)出信號。當(dāng)變壓器套管以外發(fā)生相間短路時，過電路保護(hù)延時動作，跳開兩側(cè)斷路器。變壓器內(nèi)部各側(cè)差動電流互感器之間一次電器部分發(fā)生主變壓器引出線、繞組多相短路、單相嚴(yán)重的匝間短路情況時，應(yīng)盡快將其退出運行，以減輕變壓器損壞程度。電流速斷保護(hù)-當(dāng)變壓器進(jìn)出線、匝間短路時，產(chǎn)生大電流沖擊。過電壓在變壓器中破壞絕緣有兩種情況，一種是將繞組與鐵心（或油箱）之間的絕緣、高壓繞組與低壓繞組之間的絕緣（這些絕緣稱為主絕緣）擊穿；另一種是在同一繞組內(nèi)將匝與匝之間或一段繞組與另一段繞組之間的絕緣擊穿。

鑒于上述變壓器燒毀情況，也可以采用隔離變壓器在低壓系統(tǒng)和工作環(huán)境比較復(fù)雜的地方，根據(jù)雷電波的特點，提高了開始和結(jié)束部分繞組絕緣初始電壓分布不均勻，由于承受高壓繞組，相對振幅分布更均勻，初始電壓梯度小，導(dǎo)致增加的幅度減小，這是最有效的保護(hù)措施。裝設(shè)速斷、過電流保護(hù)，確保選擇性去除斷層線；總漏電保護(hù)器電源適配器過載短路保護(hù)，安裝在配電變壓器的熔斷器保護(hù)的高壓和低壓側(cè)實現(xiàn)保護(hù)。為了有效保護(hù)變壓器，適當(dāng)選擇熔斷器熔體（保險絲，保險絲等）低壓保護(hù)定值。同時滿足各級電路的選擇要求。低壓分支時，過電流保護(hù)電路短路故障工作，任何工作總漏電保護(hù)器在低壓側(cè)主電路故障或短路保護(hù)的工作中；低壓側(cè)總漏電保護(hù)器高壓側(cè)熔斷器熔體內(nèi)部不應(yīng)錯誤；高壓變壓器的熔斷體作為高壓線路保護(hù)裝置，不應(yīng)該和配電網(wǎng)保護(hù)裝置混到一起，應(yīng)該確保程序正確分類。配電變壓器變壓器高壓熔體材料按一定標(biāo)準(zhǔn)，堅決完成銅、鋁等金屬導(dǎo)體更換保險。

1.2 應(yīng)對措施

當(dāng)發(fā)生單相接地故障時，繼電保護(hù)班成員應(yīng)在事故現(xiàn)場開展接地情況分析，首先應(yīng)與現(xiàn)場值班人員應(yīng)對絕緣監(jiān)察儀表和預(yù)告信號進(jìn)行檢查，當(dāng)指示有接地現(xiàn)象時，應(yīng)立即檢查各相對地電壓、線間電壓、開口三角電壓，并作好記錄，同時開展如下工作。當(dāng)出現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)備及穩(wěn)定限額越限，應(yīng)及時與變電站當(dāng)值人員做好如下協(xié)調(diào)工作。當(dāng)聯(lián)絡(luò)設(shè)備的負(fù)荷已達(dá)到熱穩(wěn)定或按穩(wěn)定計算要求或繼電保護(hù)整定值要求的最大允許限額時，地調(diào)值班調(diào)度員應(yīng)采取一切必要的手段努力在10分鐘內(nèi)消除其過負(fù)荷。系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)變壓器過負(fù)荷時的處理措施應(yīng)參考其過負(fù)荷的允許范圍及允許持續(xù)時間。

（1）避雷針分配，使所有的電氣設(shè)備、建筑等均在避雷針（線）保護(hù)范圍之內(nèi)，同時滿足事故預(yù)防雷擊，接地電阻符合條件以及設(shè)備安裝變壓器和接地部分要求。

（2）一般在變電站附近架設(shè)避雷線，使可能出現(xiàn)雷擊波擊中概率大大降低，同時，對電暈線波振幅降低也有較好改善，避雷器的殘余電壓將被變壓器保護(hù)，從而進(jìn)行良好的接地隔離。

（3）過電壓保護(hù)系統(tǒng)的要求，根據(jù)避雷器電壓互感器的最大值UT=Ub5+2aL/V來說，這取決于避雷器的殘余電壓波，主變壓器和電源避雷器之間的距離L位置，安裝避雷器的選擇應(yīng)遵循相關(guān)規(guī)定，如選擇金屬氧化物避雷器的殘余電壓低、穩(wěn)定，盡量縮短變壓器之間的距離，使升壓轉(zhuǎn)換器電壓在任何工作模式下都不超過電壓能承受的能力范圍之外。

（4）主變中性點絕緣保護(hù)：對于110kV系統(tǒng)中性點接地的變壓器，如采用分級絕緣設(shè)計，應(yīng)確定中性點保護(hù)裝置。保護(hù)桿與金屬氧化物避雷器，避雷器間隙工作時，程序應(yīng)可靠。無隙避雷器工作，沖擊電壓放電間隙和放電電壓應(yīng)小于保護(hù)桿，當(dāng)斷路器空載，變壓器的避雷器不工作，間隙避雷器放電高壓高于保護(hù)桿。實驗結(jié)果表明這是可行的保護(hù)方法。

2 低壓和過壓保護(hù)措施

變壓器低電壓最高電流不得超過25%，容許正負(fù)5%的變化閾值。如果電壓超過最大允許電壓叫做過電壓，過電壓分為操作過電壓和大氣過電壓兩種。輸電線路直接遭雷擊或雷云放電時，電磁場劇烈變化所引起的過電壓稱為大氣過電壓；當(dāng)變壓器或線路上的開關(guān)合閘或拉閘操作時，因系統(tǒng)中電磁能量振蕩和積聚而產(chǎn)生的過電壓稱為操作過電壓。變壓器的這兩種過電壓都是作用時間短促的瞬變過程。

2.1 增設(shè)母線保護(hù)裝置

當(dāng)?shù)蛪耗妇€短路，變壓器低壓側(cè)啟動限時速斷保護(hù)，變壓器對低壓短路耐受能力差，最有效的措施就是縮短保護(hù)配合時間級差。目前，提高系統(tǒng)和設(shè)備的安全，減少0.5秒差0.3秒，減少故障電流持續(xù)時間是非常重要的。加速時間清除后備保護(hù)靈敏度不高，這些總線的新項目大多采用微機保護(hù)，更換變壓器后備保護(hù)元件的高精度時間，只要定期更換部件，與時間組件可以附加在低壓母線保護(hù)裝置。

2.2 限時電流

當(dāng)高壓側(cè)復(fù)合電壓閉鎖過流時，在母線電壓靈敏度不夠情況下，低壓側(cè)設(shè)置兩個原始流。高壓側(cè)復(fù)合鎖偏低需要添加一系列過電流保護(hù)裝置。在增加保護(hù)功能的特定方面，首先應(yīng)限制跳斷速度，然后添加定時器快速斷1到2步時延短，能協(xié)調(diào)電壓速斷，然后跳總出口的限制，跳變壓器原時間，與此同時，過電流保護(hù)與出線過電流配合運行。如上述情況所述，也是首先對本側(cè)限跳，然后對總出口限跳。

3 結(jié)束語

由于各種繼電保護(hù)適應(yīng)電力系統(tǒng)運行變化的能力都是有限的，因而對于繼電保護(hù)整定方案的配合不同會有不同的保護(hù)效果。如何確定一個最佳的整定方案，將是從事繼電保護(hù)工作的工程技術(shù)人員的研究課題。總之，繼電保護(hù)既有自身的整定技巧問題，又有繼電保護(hù)配置與選型的問題，還有電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和運行問題。變電站回路系統(tǒng)設(shè)備繁多，電纜、端子、保護(hù)壓板等數(shù)不勝數(shù)，因此故障部位也變化多端，故障現(xiàn)象也千奇百怪，貌似雜亂無章，處理方法也不能千篇一律，似乎沒有規(guī)律可循，但是撥開迷霧見青天，透過紛繁的表象，我們還是可以清楚的看見其內(nèi)部的規(guī)律的，只是這個規(guī)律必須是在我們清楚的了解現(xiàn)場情況，熟知電氣設(shè)備專業(yè)知識、熟練掌握各種測試儀器的使用技巧的基礎(chǔ)上才能看清，進(jìn)而在工作中得心應(yīng)手。

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