探析配電變壓器繼電保護措施

何　磊（中國電力工程顧問集團中南電力設(shè)計院有限公司，湖北 武漢 430070）

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探析配電變壓器繼電保護措施

何磊（中國電力工程顧問集團中南電力設(shè)計院有限公司，湖北 武漢 430070）

隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，城市電網(wǎng)的不斷擴容以及居民和工業(yè)用電對配電網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性要求的不斷提高，對配電系統(tǒng)繼電保護也提出了更高的要求。配電變壓器在機床電器、照明、醫(yī)療設(shè)備、機械電子設(shè)備中均有著廣泛的應(yīng)用，是配電網(wǎng)絡(luò)中重要的電氣設(shè)備。由于配電變壓器運行環(huán)境相對復(fù)雜，在實際運行過程中，會出現(xiàn)許多設(shè)計階段無法預(yù)料的問題和故障，特別是當(dāng)配電系統(tǒng)中的大容量變壓器出現(xiàn)故障時，將直接影響配電系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。因此，合理配置配電變壓器繼電保護，對于確保配電變壓器正常運轉(zhuǎn)以及配電網(wǎng)的安全運行有著重大的意義。

配電變壓器；繼電保護；特點

引言

隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，城市電網(wǎng)的不斷擴容以及居民和工業(yè)用電對配電網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性要求的不斷提高，對配電系統(tǒng)繼電保護也提出了更高的要求。配電變壓器在機床電器、照明、醫(yī)療設(shè)備、機械電子設(shè)備中均有著廣泛的應(yīng)用，是配電網(wǎng)絡(luò)中重要的電氣設(shè)備。由于配電變壓器運行環(huán)境相對復(fù)雜，在實際運行過程中，會出現(xiàn)許多設(shè)計階段無法預(yù)料的問題和故障，特別是當(dāng)配電系統(tǒng)中的大容量變壓器出現(xiàn)故障時，將直接影響配電系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。因此，合理配置配電變壓器繼電保護，對于確保配電變壓器正常運轉(zhuǎn)以及配電網(wǎng)的安全運行有著重大的意義。

1　配電變壓器的常見故障

配電變壓器故障分為兩種：外部故障和內(nèi)部故障。外部故障主要包括：過電流、過負荷、出線相接短路、出線接地短路等故障。內(nèi)部故障主要包括：繞組間的短路、鐵心的繞組損耗等。如果配電變壓器在出現(xiàn)內(nèi)部或外部故障時，沒有及時發(fā)現(xiàn)并切除故障，輕則使變壓器長時間故障運行，加速變壓器絕緣老化，縮短配電變壓器的使用壽命，重則使故障擴大化，影響配電系統(tǒng)運行安全。特別是當(dāng)配電變壓器在因短路故障而產(chǎn)生的電弧，迫使變壓器油和絕緣材料受熱程度提高，從而在油箱內(nèi)產(chǎn)生大量瓦斯氣體，使變壓器油箱有發(fā)生爆炸的危險。因此，針對配電變壓器的內(nèi)/外部故障，合理配置變壓器保護，確保及時發(fā)現(xiàn)故障，快速切除故障，不僅對配電變壓器本身有重要作用，對于整個配電網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定和運行人員的人身安全也具有重要意義。

2　微機型繼電保護的優(yōu)點

隨著近二十年電氣系統(tǒng)的快速發(fā)展，繼電保護已在電氣系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用，各類微機型繼電保護的配置方案和設(shè)備選型也都十分成熟?？煽啃愿吆蛯嵱眯詮姵蔀槲C型繼電保護的重要特點。另外，微機型繼電保護的應(yīng)用也有利于上游的監(jiān)控系統(tǒng)收集并處理設(shè)備信息，在電氣系統(tǒng)自動化要求日益提高的今天，也有著較強的應(yīng)用意義。

2.1擁有高的可靠性

目前，各類微機型繼電保護在運行和安裝時一般都有較合理的配置或成熟的方案供參考，加上產(chǎn)品質(zhì)量可靠、技術(shù)性能優(yōu)良的繼電保護裝置越來越多，以及精細化的運行管理和維護，目前微機型繼電保護均能提供極高的可靠性。高可靠性帶來的必然是高穩(wěn)定性。在繼電保護系統(tǒng)中，由于保護元件的可靠性高，整體保護方案成熟，即便系統(tǒng)中個別保護點（故障點）出現(xiàn)故障，也會被整個保護系統(tǒng)校正，不會影響系統(tǒng)的平穩(wěn)運行。另外，信息管理技術(shù)也已深入應(yīng)用到繼電保護的方法庫和數(shù)據(jù)庫的管理和配置中去，保護系統(tǒng)的升級和維護也更加迅捷。在保護信息的采集和處理上，也由過去的分散式的傳輸轉(zhuǎn)變?yōu)榧惺降倪\輸，將保護系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫和規(guī)則庫集中在網(wǎng)絡(luò)中心。這么做的最大優(yōu)點就是：當(dāng)系統(tǒng)中的某個點發(fā)生故障時，不會相互影響。當(dāng)其中某處故障時，也不會對系統(tǒng)的整體帶來影響。

2.2良好的實用性

微機型繼電保護不僅實現(xiàn)基本的保護功能，還可以統(tǒng)計保護數(shù)據(jù)、幫助系統(tǒng)分析。有了數(shù)據(jù)的收集和處理功能，系統(tǒng)運行人員就可以利用繼電保護對電氣二次的各類數(shù)據(jù)實現(xiàn)有效的使用和共享，進而對于許多實際問題提供了詳實的分析數(shù)據(jù)并選擇可靠的處理方案。在保護系統(tǒng)穩(wěn)定的同時，對系統(tǒng)運行人員的工作提供了極大的便利。

2.3微機型繼電保護的遠程監(jiān)控

在現(xiàn)階段微機型繼電保護裝置中，均能提供遠程監(jiān)控的功能，即：微機型保護裝置能提供串行通信功能，他可以和較遠處變電站的微機監(jiān)控系統(tǒng)通過RS485、以太網(wǎng)或現(xiàn)場總線等通信方式進行數(shù)據(jù)交換，實現(xiàn)遠方微機監(jiān)控系統(tǒng)對微機保護裝置的遠程監(jiān)控功能。微機型保護裝置的應(yīng)用為配電系統(tǒng)自動化水平的提高提供了堅實的基礎(chǔ)。

3　配電變壓器保護措施

配電變壓器的保護措施主要包括：差動保護、瓦斯保護、過電流保護、變壓器的過負荷保護。這些保護措施在實際運行中起到了極其重要的作用。

3.1變壓器差動保護

在變壓器高壓側(cè)和低壓側(cè)所裝的電流互感器之間便是差動保護的保護區(qū)域。差動保護的原理就是：通過比較變壓器高壓側(cè)和低壓側(cè)電流的大小以及他的相位來實現(xiàn)保護的。差動保護的目的就是對變壓器的絕緣套管的相間短路故障和變壓器內(nèi)部的引出線進行保護，與此同時還可以對變壓器內(nèi)的匝間進行一個保護。差動保護有兩種形式：①縱聯(lián)差動；②橫聯(lián)差動?？v聯(lián)差動保護運用在對單回路的保護之中，橫聯(lián)差動就運用于雙回路的保護之中。當(dāng)變壓器的內(nèi)部發(fā)生故障即保護區(qū)內(nèi)發(fā)生故障時，通過比較電流的大小和相位會發(fā)現(xiàn)：變壓器高、低壓側(cè)出現(xiàn)較大的差流并大于差動保護的動作值，保護裝置瞬時出口，動作于跳開變壓器各側(cè)斷路器以達到快速切除故障的目的。當(dāng)故障發(fā)生在變壓器差動保護區(qū)外時，雖然故障電流依然會較大，但變壓器高、低壓側(cè)出現(xiàn)的差流小于差動保護動作值，保護裝置不動作。因為，差動保護不僅能夠有效的區(qū)分區(qū)內(nèi)區(qū)外故障，而且能夠快速的將區(qū)內(nèi)各種故障給排除，這也使得差動保護成為了變壓器的主保護。

3.2變壓器瓦斯保護

瓦斯保護是對油浸式變壓器內(nèi)部故障進行保護的一種裝置，他又被稱為氣體繼電保護。瓦斯保護就是把變壓器油箱內(nèi)部的故障反應(yīng)出來和油面降低情況很好的反映。瓦斯保護就是變壓器最主要的非電量保護措施之一。當(dāng)變壓器處于正常運作狀態(tài)時，在實際中瓦斯繼電器他的油杯不可能是裝滿油的，而且他的上觸點和下觸點都是分開的，這是因為油杯在平衡錘起到的作用。這也就導(dǎo)致了，輕瓦斯和重瓦斯成為了氣體繼電器的兩個輸出觸點。輕瓦斯動作就是：當(dāng)變壓器出現(xiàn)輕微故障時，迫使油面降低，導(dǎo)致平衡錘的力矩比上油杯內(nèi)剩余的油的力矩小。從而使得其落下，目的就是為了接通上觸點和下觸點，這樣就可以發(fā)出報警的信號了。重瓦斯動作就是：每當(dāng)變壓器發(fā)生了嚴(yán)重的故障時，就會導(dǎo)致大量的氣體產(chǎn)生，這些多余的氣體就會推動油，迅速的涌到變壓器的油箱并快速地穿過聯(lián)通管，從而多余的油就會進入到油枕。當(dāng)瓦斯繼電器有油流過時，使得擋板受到力的沖擊，把下油杯降低，這么做的目的就是為了把下觸點接通，讓其跳閘。一旦變壓器發(fā)生了漏油，這也會讓繼電器內(nèi)的油都流失。這將導(dǎo)致，繼電器的上油杯落下，促使上觸點被接通，達到發(fā)出報警信號的目的。當(dāng)油面不斷的連續(xù)降低，那么就會使得下油杯下落，把下觸點接通，這樣做是為了能夠讓繼電器跳閘。

3.3變壓器過電流保護

變壓器過流保護是安裝在變壓器上的二次電路。如三相變壓器的過流保護：當(dāng)變壓器任意一側(cè)的母線發(fā)生短路故障時，過流保護動作。因為三側(cè)都裝有過流保護，能使其有選擇地切除故障。而無需將變壓器停運。各側(cè)的過流保護可以作為本側(cè)母線、線路的后備保護，主電源側(cè)的過流保護可以作為其他兩側(cè)和變壓器的后備保護。

3.4變壓器過負荷保護

變壓器的過負荷保護就是，當(dāng)變壓器在正常運行時，所出現(xiàn)的過負荷情況可由其進行反應(yīng)。過負荷裝置通常動作于信號，因為其只有在變壓器有過負荷的可能性的情況下才會安裝。一般來說，對于變壓器的過負荷來說通常都是三相對稱的，另外過負荷保護裝置要安裝在主電源側(cè)。所以，我們只需要在一相上安裝一個電流繼電器，而且通過在信號上給予一定時間的延時動作來進行過負荷保護。

4　結(jié)束語

我們知道，配電變壓器是配電系統(tǒng)中輸配電環(huán)節(jié)中不可缺少的重要設(shè)備。但是，在實際中配電系統(tǒng)在運行時就會受到多種因素的影響，導(dǎo)致電器設(shè)備出現(xiàn)一些故障。所以，我們要合理的科學(xué)的使用繼電保護裝置。其目的就是為了保障配電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定的運作。

［1］王維儉.電力系統(tǒng)繼電保護基本原理.北京：清華大學(xué)出版社，1991 （4）：121～130.

［2］劉 誼.電力系統(tǒng)繼電保護原理與運行.北京：電力工業(yè)出版社，210.

［3］尹項根，曾克娥，編.電力系統(tǒng)繼電保護原理與應(yīng)用（上冊）.武漢：華中科技大學(xué)出版社，2011（03）：85～88.

何 磊（1980-），男，主要從事發(fā)電廠電氣二次設(shè)計工作。

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2095-2066（2016）09-0050-02

2016-3-11