電力變壓器繼電保護(hù)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

李燕

摘 要：電力變壓器是整個(gè)電力系統(tǒng)中的重要設(shè)備，保證電力變壓器的正常運(yùn)行也就在很大程度上保證了電力系統(tǒng)的正常工作。而保證電力變壓器正常工作的一項(xiàng)重要任務(wù)就是做好電力變壓器的繼電保護(hù)工作。文章首先將提出電力變壓器在工作時(shí)的一些常見(jiàn)的故障，然后根據(jù)配置電力變壓器繼電保護(hù)裝置的原則，提出電力變壓器繼電保護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)要注意的一些要點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：電力變壓器；繼電保護(hù)

中圖分類號(hào)：TM41；TM772 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2016）09-0007-02

在我國(guó)電網(wǎng)日益復(fù)雜化，密集化的背景下，作為電力系統(tǒng)中的重要設(shè)備的電力變壓器的安全工作受到更高的重視。而電力變壓器在實(shí)際工作和運(yùn)行過(guò)程中，難免會(huì)因各種原因出現(xiàn)故障，從而干擾影響電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。為確保電力變壓器的正常工作，減少對(duì)電力系統(tǒng)的干擾，保證正常供電，做好電力變壓器繼電保護(hù)工作尤為重要。與此同時(shí)，繼電保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)和安裝工作也十分重要，要十分重視其中的一些設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

1 電力變壓器的常見(jiàn)故障

電力變壓器有兩種工作狀態(tài)，第一種是正常狀態(tài)下的工作和運(yùn)行，另一種就是帶病運(yùn)行。

1.1 正常運(yùn)行時(shí)

在電力變壓器正常運(yùn)行的狀態(tài)下，通常會(huì)有兩種常見(jiàn)的故障。第一種是變壓器油箱內(nèi)部故障，一種是變壓器油箱外部故障。

1.1.1 變壓器油箱內(nèi)部故障

因?yàn)樽儔浩饔拖浣?jīng)常是長(zhǎng)時(shí)間的處于運(yùn)行狀態(tài)，而且因其位置的原因，維修人員難以對(duì)其進(jìn)行仔細(xì)的檢查，所以是變壓器極容易出現(xiàn)故障的地方。在變壓器油箱內(nèi)部經(jīng)常出現(xiàn)的故障有三種。

第一種是線圈，銅導(dǎo)線等的老化[1]。雖然變壓器在在加入變壓油之前都會(huì)進(jìn)行干燥處理，但是絕緣材料本身還含有0.5%左右的水分，而且一臺(tái)大型變壓器甚至有上百公斤甚至上噸的絕緣材料，這些絕緣體所含的水分量相當(dāng)大。再加上相當(dāng)一部分的線圈和導(dǎo)線都位于油箱內(nèi)部，長(zhǎng)期不被移出和檢查，因此容易出現(xiàn)老化的現(xiàn)象，而這些老化必然會(huì)造成同處于油箱內(nèi)部的元件的正常使用。

第二種是油箱內(nèi)部的短路。這些短路大多是由絕緣層的破壞造成的，常見(jiàn)的為相間或單相接地短路和匝間短路。因?yàn)橥粋€(gè)繞組是由許多的匝線繞成的，一旦絕緣層被破壞或者是絕緣不穩(wěn)定，疊在一起的線圈就會(huì)出現(xiàn)短路的現(xiàn)象，也就是匝間短路。因?yàn)槎搪分笠徊糠掷@阻直接不起作用，電機(jī)的磁場(chǎng)就會(huì)不對(duì)稱，電阻減少，剩余線圈中的電流增大，再加上在電機(jī)運(yùn)行中振動(dòng)增強(qiáng)，出力就會(huì)減少很多，影響電力系統(tǒng)的正常工作。

第三種是油箱內(nèi)氣體和熱量的增加。氣體的增加很有可能是因?yàn)橛拖鋬?nèi)發(fā)生了短路，短路電流產(chǎn)生電弧，這些電弧不僅僅會(huì)燒壞鐵芯，破壞繞組的絕緣保護(hù)。而且會(huì)提高變壓油與絕緣材料受熱，在油箱內(nèi)部產(chǎn)生大量的氣體，這些氣體如果得不到及時(shí)處理就容易造成油箱爆炸。

而熱量增加的原因是由于電阻力的存在。前面就已經(jīng)提到過(guò)，油箱經(jīng)常處于長(zhǎng)時(shí)間的工作狀態(tài)，這就意味著油箱長(zhǎng)時(shí)間都要通電工作，這樣一來(lái)就會(huì)油箱內(nèi)就會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，而油箱內(nèi)部存在有大量的變壓油，如果這些熱量不及時(shí)傳到外界環(huán)境中，而是長(zhǎng)時(shí)間集聚在油箱內(nèi)部，就容易把熱量傳給變壓油，會(huì)造成變壓油的分解與氧化，絕緣效果被破壞，發(fā)生故障的可能性加大[2]。

1.1.2 變壓器油箱外部故障

常見(jiàn)的外部故障為油箱的引出線相接短路和接地短路，以及油箱外部絕緣材料受損等導(dǎo)致變壓器出現(xiàn)問(wèn)題。

1.2 帶病運(yùn)行時(shí)

電力變壓器如果超出了正常的工作范圍或者是帶病運(yùn)行，都會(huì)使得變壓器出現(xiàn)故障的可能性以及故障的危害性加大。比如說(shuō)會(huì)使繞組，鐵芯或者其他的金屬構(gòu)件過(guò)熱，從而造成變壓器的絕緣[2]。

2 繼電保護(hù)

2.1 基本保證

2.1.1 可靠性

電力變壓器繼電保護(hù)裝置的可靠性是由安全和值得信賴這兩部分組成的。安全指的是繼電保護(hù)裝置不會(huì)發(fā)生誤動(dòng)，也就是說(shuō)只有在需要繼電保護(hù)的狀態(tài)下才進(jìn)行反應(yīng)和工作。而值得信賴是指在繼電保護(hù)裝備負(fù)責(zé)的范圍內(nèi)，一旦電力變壓器發(fā)生故障，繼電保護(hù)就要及時(shí)作出反應(yīng)，保護(hù)變電器的安全。

2.1.2 靈敏性

當(dāng)電力變壓器在屬于繼電保護(hù)的范圍內(nèi)發(fā)生故障或者出現(xiàn)不正常的運(yùn)行時(shí)，繼電保護(hù)能夠根據(jù)故障或問(wèn)題的不同及時(shí)作出反應(yīng)。要求繼電保護(hù)裝置不管運(yùn)用何種系統(tǒng)運(yùn)行方式都能夠通過(guò)調(diào)節(jié)線路電流的方式進(jìn)行可靠動(dòng)作。

2.1.3 實(shí)用性

實(shí)用性指的是在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，能夠通過(guò)使用共享的數(shù)據(jù)有效解決運(yùn)行過(guò)程中的問(wèn)題。同時(shí)，還可以通過(guò)系統(tǒng)分析，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，遠(yuǎn)程監(jiān)控等方式來(lái)保障繼電保護(hù)裝置的正常的運(yùn)行，從而為電力變壓器的正常工作提供了堅(jiān)實(shí)的保障。同時(shí)還要保證繼電保護(hù)設(shè)備的操作簡(jiǎn)單，以提高其實(shí)用性。

2.2 裝置配置的原則

2.2.1 根據(jù)電力變壓器的運(yùn)行狀況選擇差動(dòng)保護(hù)裝置

2 MVA及以上的用電流速斷保護(hù)靈敏度不高的變壓器，6.3 MVA及以上的常用工作變壓器或者并列運(yùn)行的變壓器， 10 MVA及以上的廠備用變壓器或者單獨(dú)運(yùn)行變壓器，都是應(yīng)該設(shè)計(jì)安裝差動(dòng)保護(hù)裝置電力變壓器。而高壓側(cè)電壓為330 kV甚至更高的變壓器，就需要安裝雙重差動(dòng)保護(hù)裝置來(lái)保證電力變壓器的安全[3]。

2.2.2 因油箱內(nèi)易發(fā)生故障應(yīng)安裝瓦斯保護(hù)裝置

前面提到電力變壓器的油箱是非常容易發(fā)生短路故障的位置，在因?yàn)樵验g短路或者是接地短路而引起的電弧以及電流的作用下，再加上較大的電阻力，就會(huì)產(chǎn)生較高的熱量，使得油箱內(nèi)部的絕緣材料以及變壓油在加熱的情況下產(chǎn)生大量氣體。如果故障嚴(yán)重，這些氣體不及時(shí)排出還極易引起爆炸，因此，要為電力變壓器安裝瓦斯保護(hù)裝置。

2.2.3 根據(jù)不同的運(yùn)行情況、容量及靈敏度采取過(guò)電流保護(hù)

采取過(guò)電流保護(hù)電力變壓器的方式選擇有很多，在實(shí)際工作運(yùn)行時(shí)，則要根據(jù)電力變壓器的運(yùn)行情況，容量以及靈敏度來(lái)進(jìn)行選擇。由外部相間短路引起的變壓器過(guò)電流，就可以采取必要保護(hù)，比如過(guò)電流保護(hù)，負(fù)序電流或者復(fù)合電壓?jiǎn)?dòng)的過(guò)電流保護(hù)，也可將阻抗保護(hù)作為后備保護(hù)，比如帶時(shí)限動(dòng)作于跳閘[4]。

3 繼電保護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)的一些要點(diǎn)

根據(jù)以上陳述的繼電保護(hù)的原則把繼電保護(hù)設(shè)計(jì)分為三大類：差動(dòng)保護(hù)設(shè)計(jì)，瓦斯保護(hù)設(shè)計(jì)以及過(guò)電流保護(hù)設(shè)計(jì)。

3.1 差動(dòng)保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1.1 確?？v聯(lián)差動(dòng)保護(hù)設(shè)計(jì)的有效性

當(dāng)電力變壓器并列運(yùn)行且容量>6.3 MVA，或單獨(dú)運(yùn)行時(shí)容量>10 MVA的狀態(tài)下應(yīng)該采用縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)設(shè)計(jì)。為了保證這一設(shè)計(jì)的有效性，避免誤動(dòng)，保證可靠性，就必須要遵循電力變壓器低壓側(cè)與高壓側(cè)互感器環(huán)流接線的原則。對(duì)于電壓>330 kV的高壓側(cè)，則應(yīng)該在引出線部分安裝差動(dòng)保護(hù)裝置。

3.1.2 根據(jù)變壓器與斷路器設(shè)置差動(dòng)保護(hù)裝置的數(shù)量

有些電力變壓器已設(shè)置斷路器，在這種情況下，應(yīng)該在電力變壓器與發(fā)電機(jī)之間安裝獨(dú)立的差動(dòng)保護(hù)裝置。反之，如果沒(méi)有安裝斷路器，則要根據(jù)電力變壓器的容量來(lái)確定需要安裝的差動(dòng)保護(hù)裝置的數(shù)量。容量在100 MVA以下的變壓器與發(fā)電機(jī)，可以共用一個(gè)保護(hù)裝置，而容量在100 MVA以上的變壓器或發(fā)電機(jī)，就需要分別設(shè)置獨(dú)立差動(dòng)保護(hù)裝置[5]。

3.1.3 設(shè)置差動(dòng)保護(hù)中的CT二次繞組時(shí)需注意的事項(xiàng)

如果是第1套差動(dòng)保護(hù)回路，需要獨(dú)立接CT繞組，同時(shí)要保證旁代可以切換，如果是第2套差動(dòng)保護(hù)回路，就需要在主變套管中接CT繞組，而這時(shí)則不需要再次切換旁代。三燒組變壓器差動(dòng)保護(hù)裝置，如圖1所示。

3.2 瓦斯保護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)的要點(diǎn)

瓦斯保護(hù)設(shè)計(jì)是為了避免因加熱油箱內(nèi)絕緣材料或變壓油而造成的氣體膨脹帶來(lái)的爆炸。雖然目前大部分電力變壓器都安裝的有繼電保護(hù)裝置，但是瓦斯保護(hù)裝置易受溫度和濕度等外界影響因素的影響，從而很可能造成誤動(dòng)，影響保護(hù)效果。因而在瓦斯設(shè)計(jì)保護(hù)時(shí)，應(yīng)該注意與其他保護(hù)方式比如勵(lì)磁保護(hù)，過(guò)電流保護(hù)等的結(jié)合，從而提高保護(hù)效率，提高瓦斯繼電保護(hù)的可靠性。瓦斯繼電器工作原理，如圖2所示。

3.3 過(guò)電流保護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)的要點(diǎn)

過(guò)電流保護(hù)裝置特別是在電力變壓器的各側(cè)母線故障時(shí)發(fā)揮保護(hù)作用，因此在設(shè)計(jì)過(guò)電流保護(hù)時(shí)要根據(jù)不同的電壓側(cè)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

通常情況下，我們?cè)谧儔浩鞯牡蛪簜?cè)采用三相式三卷變壓器，在變壓器的中壓側(cè)和高壓側(cè)分別設(shè)置復(fù)合電壓閉鎖過(guò)流保護(hù)，間隙保護(hù)以及零序方向的過(guò)電流保護(hù)，而在低壓側(cè)使用復(fù)合電壓閉鎖過(guò)流保護(hù)。因?yàn)樵膹?fù)雜性，復(fù)合電壓閉鎖過(guò)流保護(hù)裝置的電流元件在理論上應(yīng)該大于電力變壓器的額定電流，根據(jù)公式I=K1/K2×I0計(jì)算得到，其中，K1為可靠系數(shù)，取 1.2～1.3，K2為返回系數(shù)，取0.85，I0為變壓器的額定電流。同時(shí)，在低壓側(cè)還安裝了一套低電壓鎖閉元件。這一套電壓元件的動(dòng)作電壓可以按照U=U0/K1×K2進(jìn)行計(jì)算，其中，U0為校驗(yàn)點(diǎn)故障時(shí)在電壓繼電器裝設(shè)母線上的最大殘壓；K1為可靠系數(shù)，取1.2～1.25，K2為返回系數(shù)，取1.15～1.2。

4 結(jié) 語(yǔ)

抓好電力變壓器繼電保護(hù)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)，做好電力變壓器的繼電保護(hù)工作，保持變壓器的穩(wěn)定工作，為電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行做好保障。

參考文獻(xiàn)：

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