淺析發(fā)電廠的變壓器保護(hù)

摘 要：發(fā)電廠不僅是電力系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，也是我國(guó)經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定發(fā)展、人民生活水平不斷提升的重要保障。文章主要針對(duì)發(fā)電廠變壓器故障的類型，探討了變壓器縱差保護(hù)在發(fā)電廠的重要性，介紹了瓦斯保護(hù)在發(fā)電廠的應(yīng)用，分析了變壓器不同故障類型的后備保護(hù)。

關(guān)鍵詞：變壓器故障；縱差保護(hù)；瓦斯保護(hù)；后備保護(hù)

引言

電力變壓器在電力系統(tǒng)占有重要地位，升壓變壓器在發(fā)電、輸電、配電環(huán)節(jié)提高電壓以便于遠(yuǎn)距離輸送電能，降壓變壓器將電能供給負(fù)荷。同時(shí)電力變壓器也是高成本的電氣設(shè)備。因此，根據(jù)變壓器容量和電壓等級(jí)配置相應(yīng)的安全可靠的繼電保護(hù)設(shè)備。變壓器主要由鐵芯和繞組構(gòu)成，為了滿足變壓器的絕緣和散熱要求，將變壓器置于油箱中，其繞組兩端通過(guò)絕緣套管連接到變壓器油箱外。

發(fā)電廠的變壓器長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，內(nèi)部繞組、匝間絕緣材料受環(huán)境影響易老化，一旦絕緣破損，造成絕緣擊穿，從而引起變壓器內(nèi)部故障，大型的電力變壓器必須要裝瓦斯繼電器保護(hù)裝置及時(shí)發(fā)出信號(hào)和動(dòng)作于跳閘，來(lái)防止故障的發(fā)生與故障范圍的擴(kuò)大，保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和安全供電。

1 發(fā)電廠的變壓器故障

1.1 變壓器的故障類型

變壓器故障類型通常包含兩類：第一類，變壓器油箱內(nèi)部故障，各相繞組的相間短路，單相繞組通過(guò)外殼接地造成的單相接地短路，單相繞組部分線匝之間造成的匝間短路，鐵芯由于過(guò)熱引起的燒毀。變壓器油箱內(nèi)部的故障容易引起電弧，造成絕緣老化，時(shí)間長(zhǎng)了絕緣破損可能造成油箱爆炸。第二類油箱外部故障是指變壓器各繞組兩端的絕緣套管和引出線發(fā)生的接地故障和相間故障。

1.2 變壓器故障的解決方法

針對(duì)變壓器發(fā)生的故障采取相應(yīng)的保護(hù)措施來(lái)解決故障。發(fā)電廠中油式變壓器裝設(shè)瓦斯保護(hù)，瓦斯保護(hù)根據(jù)郵箱內(nèi)故障產(chǎn)生的氣體和流油而動(dòng)作，防止郵箱內(nèi)發(fā)生接地故障和相間故障；縱差保護(hù)和電流保護(hù)用于防止變壓器引出線的相間短路故障、匝間短路故障、中性點(diǎn)接地系統(tǒng)的繞組單相接地故障和相間短路故障；過(guò)負(fù)荷保護(hù)應(yīng)用于變壓器并列運(yùn)行和單獨(dú)運(yùn)行作為其他負(fù)荷的備用電源的情況，過(guò)負(fù)荷保護(hù)動(dòng)作于信號(hào)或者跳閘減負(fù)荷；過(guò)勵(lì)磁保護(hù)應(yīng)用于超高壓大型變壓器，變壓器鐵心的磁通與兩端電壓與頻率相關(guān)，增大電壓或者頻率降低都可能造成變壓器鐵心過(guò)勵(lì)磁，過(guò)勵(lì)磁不僅僅造成損耗增加，而且會(huì)使鐵心發(fā)熱嚴(yán)重，破壞絕緣。過(guò)勵(lì)磁保護(hù)動(dòng)作于信號(hào)或者跳閘。

2 變壓器的保護(hù)

2.1 變壓器縱差保護(hù)

為了滿足繼電保護(hù)的可靠性、選擇性、靈敏性、速動(dòng)性要求，變壓器保護(hù)多采用差動(dòng)保護(hù)原理。差動(dòng)保護(hù)的原則是：差動(dòng)繼電器當(dāng)正常運(yùn)行或者區(qū)外故障時(shí)，流入和流出的電流相等；當(dāng)區(qū)內(nèi)故障時(shí)，差動(dòng)繼電器的電流之和不為零。作為變壓器的主保護(hù)，不僅可以區(qū)分變壓器的內(nèi)外故障，而且可以快速可靠的切除區(qū)內(nèi)各種短路故障。在單相雙繞組變壓器中，高低壓側(cè)分別裝設(shè)電流互感器，變壓器正常運(yùn)行或者外部故障時(shí)，流過(guò)變壓器一次側(cè)的電流之和等于零，差動(dòng)保護(hù)不動(dòng)作；當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生故障時(shí)，變壓器內(nèi)部故障電流很大，流入差動(dòng)繼電器的差動(dòng)電流等于短路電流，變壓器的差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作。星三角接線的變壓器，正常運(yùn)行和區(qū)外故障時(shí)兩側(cè)相電流相差30度，因此，變壓器正常運(yùn)行或者區(qū)外故障時(shí)，計(jì)算的流入差流繼電器的差流不為零，必須減小不平衡電流對(duì)繼電保護(hù)的影響。縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作電流按躲過(guò)最大不平衡電流整定來(lái)保證差動(dòng)保護(hù)的選擇性，因此，保護(hù)的靈敏性隨最大不平衡電流越小而越好。比率制動(dòng)特性廣泛應(yīng)用于零序電流差動(dòng)保護(hù)，勵(lì)磁涌流中的零序分量屬于穿越性電流，因此，受勵(lì)磁涌流影響小，靈敏度高。

2.2 變壓器的瓦斯保護(hù)

瓦斯保護(hù)就是主要針對(duì)油變壓器內(nèi)部繞組故障的保護(hù)，是非電量保護(hù)，分別對(duì)應(yīng)的程度不同，繞組有故障時(shí)變壓器油會(huì)產(chǎn)生氣體，重瓦斯應(yīng)用與故障嚴(yán)重時(shí)產(chǎn)生氣體多，正常投入跳閘位，動(dòng)作跳閘，輕瓦斯應(yīng)用于故障較輕時(shí)產(chǎn)生氣體少，動(dòng)作于信號(hào)報(bào)警。要是干變就是對(duì)應(yīng)的超溫和高溫了。當(dāng)變壓器內(nèi)部故障時(shí)，由于流油的不穩(wěn)定可能造成干簧繼電器接點(diǎn)的抖動(dòng)，此時(shí)使斷路器可靠跳閘，接點(diǎn)閉合后應(yīng)經(jīng)信號(hào)繼電器起動(dòng)具有電流自保持線圈的出口中間繼電器，動(dòng)合接點(diǎn)閉合并由其電流自保持線圈保持閉合狀態(tài)，于是變壓器兩側(cè)斷路器的跳閘線圈接通。即可靠跳開(kāi)變壓器兩側(cè)斷路器。自保持狀態(tài)在兩側(cè)斷路器動(dòng)作后解除，此外，為防止變壓器換油或進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)引起重瓦斯保護(hù)誤動(dòng)作跳閘，執(zhí)行元件必須采用功率較大的繼電器，可利用切換片將跳閘回路切換到信號(hào)回路。變壓器瓦斯保護(hù)發(fā)出信號(hào)后，檢查變壓器油箱，對(duì)變壓器油箱內(nèi)進(jìn)行氣相色譜分析，根據(jù)分析結(jié)果判斷故障原因。再根據(jù)變壓器保護(hù)規(guī)定制定方案， 避免事故的發(fā)生，以保證變壓器的穩(wěn)定運(yùn)行。

瓦斯繼電器動(dòng)作迅速可靠、靈敏系數(shù)高、接線簡(jiǎn)單方便，能夠很好地反應(yīng)變壓器油箱內(nèi)故障，油箱內(nèi)部故障包括變壓器繞組短路和局部放電等。缺點(diǎn)是不能反映油箱外部故障，必須與與縱差保護(hù)相互配合，共同作為變壓器的兩大主保護(hù)，安全可靠地切除變壓器油箱內(nèi)外生的故障。

2.3 變壓器的后備保護(hù)

變壓器接地故障短路故障的后備保護(hù)包含以下幾種類型：變壓器中性點(diǎn)直接接地運(yùn)行的接地保護(hù)：中性點(diǎn)接地直接運(yùn)行的變壓器需要裝設(shè)零序電流保護(hù)作為變壓器接地的后備保護(hù)，通過(guò)零序電流互感器得到零序電流的大小。在雙繞組變壓器中，配置兩段式零序電流保護(hù)，以盡量切除故障后的影響范圍為原則，每段零序電流保護(hù)各帶兩段時(shí)限，并均采用較短的時(shí)限斷開(kāi)母線聯(lián)絡(luò)斷路器或分段斷路器，以縮小故障影響范圍。以較長(zhǎng)的時(shí)限有選擇性的動(dòng)作與斷開(kāi)變壓器各側(cè)斷路器。零序電流的一、二段分別與下級(jí)相鄰元件的接地零序電流一段和零序過(guò)電流保護(hù)的后備段在靈敏度和動(dòng)作時(shí)間上相配合。對(duì)于高中壓側(cè)中性點(diǎn)均直接接地的自耦變壓器和三繞組變壓器，為保證保護(hù)的選擇性要求，應(yīng)在高中壓側(cè)均裝設(shè)兩段式零序電流保護(hù)的基礎(chǔ)上分別增設(shè)零序功率方向元件，方向指向本側(cè)母線；中性點(diǎn)不接地運(yùn)行的后備保護(hù)，當(dāng)變電站有多臺(tái)變壓器并列運(yùn)行時(shí)，為了盡量保持零序網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)分布保持不變，保證零序保護(hù)的靈敏度不變、并且限制過(guò)大故障電流沖擊變壓器，防止系統(tǒng)中性點(diǎn)丟失，變壓器中性點(diǎn)一部分接地運(yùn)行，另一部分不接地。對(duì)于這種情況應(yīng)配置兩種接地保護(hù)：一種是接地保護(hù)用于中性點(diǎn)接地運(yùn)行的變壓器；另一種是變壓器中性點(diǎn)不接地運(yùn)行的情況；自耦變壓器零序電流保護(hù)，隨著高壓、超高壓電網(wǎng)和大容量機(jī)組的發(fā)展，對(duì)大容量電力變壓器的需求也日益增多，合理地采用自耦變壓器對(duì)減少投資、降低損耗、節(jié)省能源、提高經(jīng)濟(jì)效益都極為有利。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，為了保證電廠的安全高效生產(chǎn)，保障電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和供電的可靠性，變壓器保護(hù)必不可少，經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，變壓器主保護(hù)和后備保護(hù)憑借其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)得到了廣泛的應(yīng)用和不斷的完善，但也存在不少急需解決的問(wèn)題，例如不平衡電流以及勵(lì)磁涌流對(duì)保護(hù)的干擾導(dǎo)致的誤動(dòng)作。因此，要想完全解決變壓器保護(hù)的不足仍任重而道遠(yuǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1]賀家李，宋從矩.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理[M].北京：中國(guó)電力出版社，2004.

[2]王祖光.間斷角原理的變壓器差動(dòng)保護(hù)[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，1973.

[3]王梅義.高壓電網(wǎng)繼電保護(hù)運(yùn)行與設(shè)計(jì)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2007.

作者簡(jiǎn)介：燕翔琿（1981-），男，漢族，山西大同，陽(yáng)城國(guó)際發(fā)電有限責(zé)任公司，工程師，學(xué)士學(xué)位，研究方向：電氣工程及其自動(dòng)化。