變壓器保護(hù)配置存在的問(wèn)題及解決方案研究

陳國(guó)盛 龔杰 李國(guó)志

摘 要：變壓器是電力系統(tǒng)中重要的設(shè)備之一，隨著近年來(lái)電力系統(tǒng)的深入改革，超高壓大容量變壓器的使用，對(duì)變壓器保護(hù)性能要求進(jìn)一步提高，一旦變壓器發(fā)生故障將會(huì)嚴(yán)重影響電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定的運(yùn)行。下面本研究首先分析了變壓器保護(hù)配置的原則，然后詳細(xì)分析了當(dāng)前變壓器保護(hù)配置存在的問(wèn)題，并針對(duì)問(wèn)題提出一些解決方案，以供參考。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；變壓器；解決方案

變壓器的主要參數(shù)有額定電壓、額定容量、額定頻率、額定變比、阻抗電壓百分?jǐn)?shù)等，是發(fā)電廠和變電所的重要元件之一。然而在實(shí)際運(yùn)行中，不同類(lèi)型的變壓器故障會(huì)嚴(yán)重影響電網(wǎng)穩(wěn)定性，從而十分有必要針對(duì)變壓器容量裝設(shè)繼電保護(hù)裝置，以下則集中探討分析變壓器保護(hù)裝置中的常見(jiàn)問(wèn)題，對(duì)保障變壓器可靠運(yùn)行起著重要的促進(jìn)作用。

1 變壓器保護(hù)配置原則

1.1 縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)

實(shí)現(xiàn)縱差保護(hù)可通過(guò)比較變壓器高、低壓測(cè)電流的相位及大小，當(dāng)變壓器出現(xiàn)外部故障或正常運(yùn)行時(shí)，流入差動(dòng)保護(hù)回路的電流接近為零，若故障出現(xiàn)于變壓器內(nèi)部或引出線部位，兩側(cè)電流互感器的電流之和是繼電器電流流入差動(dòng)保護(hù)?？v差保護(hù)之所以作為電力變壓器的主保護(hù)，因其具備選擇性好和靈敏度高的優(yōu)點(diǎn)，如變壓器的的單獨(dú)運(yùn)行容量為100MVA以上或6.3MVA以上的并列運(yùn)行變壓器，應(yīng)裝設(shè)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)。

1.2 瓦斯保護(hù)

變壓器保護(hù)中的主要內(nèi)容之一還有瓦斯保護(hù)，可充分反映變壓器內(nèi)部等故障，如分接開(kāi)關(guān)接觸不良、內(nèi)部多相短路、鐵芯或外殼間短路、繞組內(nèi)部斷線等。瓦斯保護(hù)可在變壓器內(nèi)部發(fā)生輕微故障時(shí)自動(dòng)開(kāi)啟保護(hù)裝置，若嚴(yán)重故障產(chǎn)生大量瓦斯時(shí)，其保護(hù)裝置可斷開(kāi)變壓器各電源側(cè)的斷路器。雖然瓦斯保護(hù)靈敏度高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但變壓器有向外部線路故障或因外界因素發(fā)生的誤動(dòng)作都不能給予充分反應(yīng)，因此，它只能反映內(nèi)部故障。

1.3 過(guò)電流保護(hù)

電力變壓器外部相間短路情況都可通過(guò)過(guò)電流保護(hù)反映，一般適用于降壓變壓器。同時(shí)在變壓器過(guò)電流保護(hù)中，為了進(jìn)一步提高保護(hù)的靈敏度，實(shí)際應(yīng)用中可采用復(fù)合電壓起動(dòng)的過(guò)電流保護(hù)。其中復(fù)合電壓?jiǎn)?dòng)的過(guò)電流保護(hù)與低電壓?jiǎn)?dòng)的過(guò)電流保護(hù)原理基本相同，其不同之處主要在于復(fù)合電壓?jiǎn)?dòng)的過(guò)電流保護(hù)主要是采用低電壓繼電器和負(fù)序電壓繼電器代替了原來(lái)低電壓?jiǎn)?dòng)的過(guò)電流保護(hù)中的三個(gè)低電壓繼電器，所以復(fù)合電壓?jiǎn)?dòng)的過(guò)電流保護(hù)的靈敏度相對(duì)較高。

2 電力變壓器保護(hù)配置存在的問(wèn)題及解決措施

2.1 電力變壓器后備保護(hù)存在的問(wèn)題及對(duì)策

電力變壓器后備保護(hù)主要有外部相間短路引起的變壓器過(guò)電流保護(hù)以及外部接地短路引起的變壓器過(guò)電流保護(hù)等。關(guān)于后備保護(hù)常見(jiàn)問(wèn)題，多集中在過(guò)流保護(hù)和是零序電流保護(hù)。首先過(guò)流保護(hù)，一般復(fù)合電壓閉鎖過(guò)電流保護(hù)是聯(lián)絡(luò)變壓器高壓測(cè)和110kV降壓變壓器配置最多的，按額定負(fù)荷電流整定電流定值，無(wú)電源側(cè)出線保護(hù)最長(zhǎng)動(dòng)作和時(shí)間定值相結(jié)合，從而有較長(zhǎng)的保護(hù)時(shí)間。本測(cè)出線最后一級(jí)保護(hù)時(shí)間與中、低壓測(cè)過(guò)電流保護(hù)相結(jié)合，往往當(dāng)中、低壓母線出現(xiàn)故障時(shí)，變壓器線圈通過(guò)大的故障電流，直接損害變壓器，影響其安全穩(wěn)定運(yùn)行，為此，應(yīng)在電源規(guī)劃時(shí)合理規(guī)劃安排供電方式來(lái)避免多級(jí)線路串供的可能。根據(jù)變壓器過(guò)電流保護(hù)整定原則，一般按照1.4倍額定電流整定高測(cè)壓過(guò)電流，電流的絕對(duì)數(shù)值會(huì)隨著變壓器容量的增大而不斷增大。所以，應(yīng)在檢查保護(hù)動(dòng)作的過(guò)程中留意低壓側(cè)及各條線路的保護(hù)是否有動(dòng)作，綜合分析各種情況。

2.2 電力變壓器非電量保護(hù)問(wèn)題及對(duì)策

當(dāng)前電力系統(tǒng)中，為了進(jìn)一步提高電力系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性，所以在大型電力變壓器中均設(shè)置了電量和非電量保護(hù)。其中非電量保護(hù)的種類(lèi)主要瓦斯保護(hù)、壓力釋放閥、壓力突變保護(hù)以及溫度控制器保護(hù)和油位計(jì)等。非電量保護(hù)在變壓器保護(hù)配置中具有重要的作用。為了反映變壓器油箱壓力過(guò)高或冷卻系統(tǒng)故障等，會(huì)將非電量保護(hù)裝設(shè)在升壓、降壓變壓器、聯(lián)絡(luò)變壓器等。在電力變壓器非電量保護(hù)中，除了冷卻器全停需要經(jīng)過(guò)延時(shí)跳閘之外，其他的一般都是采用開(kāi)入直跳方式，所以變壓器非電量保護(hù)很容易受到外界環(huán)境的影響，導(dǎo)致誤動(dòng)作現(xiàn)象常常發(fā)生。因此，在電力系統(tǒng)中非電量保護(hù)裝置設(shè)計(jì)的要點(diǎn)是分析誤動(dòng)原因并予以解決，以防止誤動(dòng)作現(xiàn)象，降低非電量保護(hù)誤動(dòng)率。通過(guò)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，誤動(dòng)作常見(jiàn)的問(wèn)題主要有以下幾點(diǎn)：（1）接點(diǎn)防護(hù)不到位。因非電量保護(hù)接點(diǎn)絕緣下降后造成出口，防潮防水性能下降，變壓器內(nèi)部非電量保護(hù)繼發(fā)電器安裝的部位在大風(fēng)大雨的情況下滲入雨水，進(jìn)而導(dǎo)致接點(diǎn)受潮，而發(fā)生誤動(dòng)作的現(xiàn)象。（2）需敷設(shè)較長(zhǎng)的二次電纜才能滿足非電量保護(hù)工作，另外，由于二次電纜在長(zhǎng)期的運(yùn)行中處于電磁場(chǎng)較強(qiáng)的場(chǎng)合，所以非電量保護(hù)裝置對(duì)強(qiáng)烈的干擾信號(hào)非常敏感，這樣就很容易引起光敏三極管的觸發(fā)導(dǎo)通，最終導(dǎo)致保護(hù)繼電器的誤動(dòng)現(xiàn)象發(fā)生。針對(duì)非電量保護(hù)配置常見(jiàn)問(wèn)題，給予以下防護(hù)對(duì)策：首先應(yīng)做好非電量保護(hù)中的主變瓦斯、壓力釋放閥等相關(guān)設(shè)備的外部接點(diǎn)防護(hù)工作，同時(shí)還應(yīng)該電纜管口密封的嚴(yán)實(shí)性，并增加防雨罩。二次電纜采用屏蔽電纜，交直流分開(kāi)。由于非電量保護(hù)因抗干擾能力較差引起的誤動(dòng)情況較多，應(yīng)做好相應(yīng)的抗干擾措施，如適當(dāng)增加延時(shí)，動(dòng)作電壓滿足55%～70%UN，當(dāng)直流系統(tǒng)正、負(fù)極對(duì)地絕緣對(duì)稱(chēng)時(shí)，一定程度上提高動(dòng)作電壓能有效防止保護(hù)誤動(dòng)作。在敷設(shè)電纜時(shí)，應(yīng)盡量將電纜線遠(yuǎn)離高壓線或者活動(dòng)線，同時(shí)還應(yīng)該屏蔽電纜兩端接地，以有效避免非電量保護(hù)裝置受到外部干擾而發(fā)生誤動(dòng)作的現(xiàn)象。

2.3 電力變壓器微機(jī)保護(hù)存在的問(wèn)題及對(duì)策

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用到電力系統(tǒng)中，其中微型電子計(jì)算機(jī)技術(shù)在電力系統(tǒng)變壓器保護(hù)中的應(yīng)用就是其中之一，其不僅有效保證了電力變壓器運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性，而且對(duì)提高變壓器的性能也具有重要的作用。但是電力變壓器微機(jī)保護(hù)裝置使用以及操作中難免由于操作不當(dāng)導(dǎo)致故障發(fā)生。其中在電力變壓器微機(jī)保護(hù)裝置中常見(jiàn)的問(wèn)題主要以下幾點(diǎn)：（1）變壓器原邊與副邊的電流相位不同而產(chǎn)生不平衡的電流；（2）變壓器帶負(fù)荷調(diào)節(jié)分抽頭時(shí)產(chǎn)生不平衡的電流現(xiàn)象；（3）外部故障的切除以及開(kāi)關(guān)的合入也會(huì)對(duì)電力變壓器微機(jī)保護(hù)帶來(lái)影響。在電力變壓器微機(jī)保護(hù)配置中，為了有效避免差動(dòng)保護(hù)問(wèn)題的出現(xiàn)，可以采用相電壓制動(dòng)代替二次諧波制動(dòng)。二次諧波制動(dòng)的功能主要是為了區(qū)別差動(dòng)電流為故障電流還是勵(lì)磁電流，如果是勵(lì)磁電流，，則比率差動(dòng)動(dòng)作被涌流判斷為元件閉鎖，否則是比率差動(dòng)動(dòng)作，其中二次諧波制動(dòng)比率差動(dòng)保護(hù)曲線圖如圖1所示。

圖1 二次諧波制動(dòng)比率差動(dòng)保護(hù)曲線

其中K為比率制動(dòng)曲線斜率，Id為動(dòng)作電流，Ibp為不平衡電流，Idmin為差動(dòng)門(mén)檻電流；IRT為比率制動(dòng)電流，IRT1為比率制動(dòng)拐點(diǎn)電流，通過(guò)圖1可以得知，當(dāng)IRTIRT1時(shí)，比率差動(dòng)將會(huì)具有較大的制動(dòng)作用，這樣如果變壓器發(fā)生輕微的故障時(shí)，假如具有輕微的匝間短路時(shí)，其由于不帶制動(dòng)梁，所以其能夠使保護(hù)裝置具有非常高的靈敏度，而如果發(fā)聲演奏的區(qū)外故障時(shí)，則就會(huì)帶動(dòng)較大的制動(dòng)量，進(jìn)而提高保護(hù)的可靠性。另外在差動(dòng)保護(hù)或者電流速斷保護(hù)裝置中，應(yīng)注意防御變壓器繞組和引出線的多相短路以及大接地電流系統(tǒng)側(cè)繞組和引出線的單相接地短路以及繞組匝間短路現(xiàn)象。而對(duì)于相間短路的后備保護(hù)系統(tǒng)而言，應(yīng)注意加強(qiáng)變壓器外部相間短路。

3 結(jié)束語(yǔ)

總之，近年來(lái)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，大部分變電站電力變壓器繼電保護(hù)裝置已更換成微機(jī)保護(hù)，新的保護(hù)原理也不斷應(yīng)用其中。為了保障電力變壓器的可靠運(yùn)行，也重視其日常運(yùn)行管理維護(hù)，及時(shí)針對(duì)保護(hù)配置中常見(jiàn)問(wèn)題予以解決，防止事故發(fā)生，提高發(fā)電廠變壓器保護(hù)配置的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

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作者簡(jiǎn)介：陳國(guó)盛（1977，5-），男，籍貫：湖南長(zhǎng)沙，研究生學(xué)歷，職稱(chēng)：工程師，主要研究方向：變壓器維護(hù)。

龔杰（1984，7-），湖南長(zhǎng)沙，研究生學(xué)歷，職稱(chēng)：工程師，研究方向：變壓器維護(hù)。

李國(guó)志（1966，10-），湖南長(zhǎng)沙，大專(zhuān)學(xué)歷，技師，研究方向：變壓器維護(hù)。