配電變壓器繼電保護設計探討

呂海祥

（廣州西門子變壓器有限公司）

配電變壓器繼電保護設計探討

呂海祥

（廣州西門子變壓器有限公司）

在現(xiàn)代社會，不管是在生活中，還是在生產(chǎn)制造中，都離不開電力的應用。在供電以及用電的整體過程中，配電變壓器起著關鍵性的作用。越來越多的火災是由用電而造成，為了使用電更加安全、更加有效，對配電變壓器進行繼電保護也變得愈發(fā)必要。只有這樣，才可以減少故障的出現(xiàn)，才可以進一步保證人民群眾用電的安全性。本文在此前提下，以配電變壓器在使用過程中常見的一些故障為出發(fā)點，對應該如何做好配電變壓器的繼電保護設計工作，進行介紹和討論。

配電變壓器；繼電保護；設計

隨著社會的快速發(fā)展和城市化建設的不斷推進，不論是居民用電還是生產(chǎn)用電，其電網(wǎng)都在逐漸地擴容，而且對于用電的標準和質(zhì)量都有了更高的要求，既要明亮、還要穩(wěn)定。這就要求配電系統(tǒng)要有高質(zhì)量，與其相關的繼電保護工作也要做得更加到位和全面。作為配電系統(tǒng)中重要的組成部分，變壓器不僅應用在電磁爐、電視機和洗衣機等生活必備品中，更應用在機床用具、科學檢測儀器、以及高科技電子產(chǎn)品之中。配電變壓器本身及其所處的環(huán)境，都具有一定的程序性和復雜性，所以會在實際用電過程中出現(xiàn)一些意料之外的狀況和問題。一旦有容量比較大的配電變壓器發(fā)生運行故障，那么就會直接導致配電出現(xiàn)不穩(wěn)定和不安全的問題。所以說，要合理地對配電變壓器進行繼電保護設計，只有這樣，才能保證配電系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)更加高效、穩(wěn)定和安全，居民和工業(yè)才能更加安心地用電。

1 配電變壓器的常見故障

在用電過程中，通常會遇到兩種類型的配電變壓器故障。一種由電流過大、負載量過大或是線路短路等造成的外部故障；另外一種則是由幾個繞組之間的短路以及貼心的繞組損耗所引起的內(nèi)部故障。一旦配電變壓器發(fā)生故障，不管是內(nèi)部故障還是外部故障，都應該及時采取措施將其消除。如果對此無動于衷，讓配電變壓器繼續(xù)運行，不僅會速度按配電變壓器的使用期限，還會導致故障惡化，變得更加嚴重，達到一定程度時就可能會導致安全事故的發(fā)生。需要特別注意的是，如果變壓器由于短路故障，導致有電弧出現(xiàn)時，那么變壓器的郵箱就可能會爆炸這是非常危險的情況。所以，技術人員在設計配電變壓器時，應該考慮到各種可能出現(xiàn)的故障，合理配置，做好配電變壓器的繼電保護設計工作，以保證整個用電過程的穩(wěn)定性和安全性。

2 配電變壓器繼電保護設計

2.1 保護設計的原則

如果配電成功后，有故障或是異常狀況發(fā)生時，整個配電系統(tǒng)就需要及時受到保護，這就要求繼電保護設備首先應該將配電系統(tǒng)與故障分離，即切除故障。除此，也可以啟動警報裝置，可以及時通知工作人員來消除故障，以減小該故障可能會引發(fā)的一些其他異常情況，以及后續(xù)的不良影響[1]。因此，要想做好配電變壓器的繼電保護設計工作，就要有據(jù)可循，需要一定的條理性，以下就是繼電保護設計需要遵循的一些原則：

（1）對于不同的變壓器，要采取不同的保護裝置。一方面，需要根據(jù)所用的配電變壓器是工作變壓器和并列運行變壓器，還是備用變壓器和單獨運行變壓器來涉及保護裝置；另一方面還要根據(jù)變壓器在運行時的電功率來進行保護設計。當用速斷電流的保護方式對配電變壓器進行保護的靈敏性差時，就需要采取差動保護，而且如果變壓器所用的電壓超過一定值時，還需要設計雙差動保護裝置。

（2）配電變壓器發(fā)生短路故障時，產(chǎn)生的電弧會使變壓器內(nèi)部的油以及絕緣性的組成材料局部受熱過度，這兩種物質(zhì)都會分解形成大量的氣體，導致變壓器內(nèi)部急劇膨脹，隨時都有發(fā)生瓦斯爆炸的危險。針對此類問題，全力加強瓦斯的保護裝置是非常必要的。

（3）如果配電變壓器在的外部配件在供電過程中出現(xiàn)短路狀況時，也極有可能會使變壓器內(nèi)部的電流過大。此時，不僅要將變壓器的運行容量和具體的實際情況相結合，還要考慮到其靈敏度來對變壓器進行保護。

2.2 保護設計的方式

2.2.1 差動保護設計

在配電變壓器的繼電保護設計過程中，差動保護設計是設計工作的重點。在實際進行設計操作時，要根據(jù)正常的環(huán)流對變壓器兩邊的互感器采取正確的接線步驟。流經(jīng)差動繼電器的電流是分別流經(jīng)變壓器兩邊的互感器電流的差值，如果供電過程沒有異常情況，配電變壓器也正常工作時，互感器的電流幾乎相等，差值約為零，說明繼電器的電流也為零，此時的繼電器就不會被啟動，也無法起到保護作用。這種情況下，要想找到變壓器的故障，就需要為變壓器設計雙重差動繼電保護器，一旦出現(xiàn)短路故障，行縱聯(lián)差動保護動作就會啟動，同時又能保護電流速斷。這一保護裝置可以保證，由于外部故障所造成差動繼電器的電流為零的情況下，也可以對配電變壓器起到保護作用[2]。

2.2.2 瓦斯保護設計

在配電過程中，變壓器發(fā)生的一些故障，例如漏油、絕緣裂化或者鐵芯燒壞等，會無法使差動保護或其他保護啟動，但瓦斯保護仍舊可以進行。因為瓦斯保護想要發(fā)揮其作用需要通過繼電器，所以，瓦斯保護裝置都安裝在導油管中。根據(jù)變壓器故障的輕重程度，可以將瓦斯保護分為輕瓦斯保護和重瓦斯保護兩種。輕瓦斯保護是通過發(fā)出信號來起作用，是把氣體的物理性質(zhì)，如顏色、數(shù)量等和化學性質(zhì)，如成分與可燃性等結合起來判斷故障的性質(zhì)和原因，從而對此進行及時的消除。重瓦斯保護一般設置在斷路器跳閘之中，如果變壓器的故障嚴重，重瓦斯保護就會啟動，會切斷電源或者發(fā)出警報。它是通過監(jiān)測氣體流速，并分析其特點和組份從而找出故障點和原因來實施保護措施的[3]。

3 過電流保護設計

在配電變壓器的運行過程中，有些異常情況可能不會讓差動保護和瓦斯保護及時發(fā)生作用，例如，由變壓器的某些外部故障造成流經(jīng)繞組的電流過大的情況或是變壓器本身的一些內(nèi)部異常。這種情況的發(fā)生就要求在配電變壓器中，要安裝相應的過流保護裝置，其實該裝置主要是針對變壓器在啟動時的電流最大所設計的。在具體的實際操作中，要進行不同的優(yōu)化。

①對于低壓變壓器，為了滿足變壓器內(nèi)部所有元件受保護，應該把將零序方向需要的間隙保護和過流保護結合起來，安裝一個復合電壓閉鎖過流保護裝置。②對于高壓變壓器，因為變壓器內(nèi)部組件結構的要求，在其低壓一側的斷路器和高壓一側的短路器上都分別裝有過流保護設備，除此，還在在高壓一側裝有可以保證變壓器熱穩(wěn)定性的過流保護裝置。③如果根據(jù)遠后備的原則配置相間后備保護裝置，就應該避開變壓器相連線路短路時可能流經(jīng)保護裝置安裝點的負序電流，同時還應該配合相鄰線路零序電流后備段的靈敏度，以此來防止負序過電流進行非選擇性的保護操作[4]。

4 過負荷保護設計

除了以上在變壓器發(fā)生故障時，需要采取保護措施外，當配電變壓器正常工作時出現(xiàn)的過負荷情況也需要進行保護。通常情況下，過負荷是三相對稱的，其保護裝置安在主電源的旁邊，而且是在過負荷情況發(fā)生的時候，才會安裝這種保護裝置。故而，在任意一相安裝一個繼電器，就可以起到過電荷保護作用。

5 結語

總而言之，為了使配電變壓器在整個供電過程中處于正常的工作狀態(tài)，就要合理地設計變壓器的繼電保護裝置，這就要求研發(fā)人員和技術人員要將專業(yè)知識和變壓器的運行實際相結合，做好每一個保護環(huán)節(jié)的設計工作，從而設計出既科學又有效的保護裝置。只有這樣，才能保證配電變壓器的工作效率，提高綜合供電實力，才能使供電工作進行的既穩(wěn)定有效、又安全可靠。

[1]李 躍.配電變壓器繼電保護設計探討[J].科技創(chuàng)新與應用，2016（3）：204.

[2]周海鯤.配電變壓器繼電保護設計[J].中國新通信，2015（9）：123.

[3]何 磊.探析配電變壓器繼電保護措施[J].低碳世界，2016（9）：50～51.

[4]賴惠鴿，朱學軍，俞金壽.配電變壓器保護系統(tǒng)的設計[J].自動化儀表，2009，30（9）：52～55.

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2016-7-12