電力變壓器運(yùn)行設(shè)計(jì)研究

王炳光+馬璞+姜蔓花

[摘 要]電力系統(tǒng)變壓器是非常重要的部件，但電力變壓器在實(shí)際運(yùn)行中，會(huì)發(fā)生各類型的故障，影響著電力系統(tǒng)的安全連續(xù)運(yùn)行、以及經(jīng)濟(jì)效益的提高。因此，設(shè)置具有良好性能、動(dòng)作可靠的繼電保護(hù)裝置是很有必要的。

[關(guān)鍵詞]電力系統(tǒng)；繼電保護(hù)裝置；電力變壓器

中圖分類號(hào)：TM 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）15-0020-01

隨著我國(guó)電力工業(yè)的迅猛發(fā)展，電網(wǎng)的規(guī)模也逐漸擴(kuò)大，電網(wǎng)的密集度也在不斷提高。作為電力系統(tǒng)的主要部件—變壓器也時(shí)刻受到外界負(fù)荷的影響。電力變壓器正常運(yùn)行中，可能會(huì)發(fā)生各類型的故障，例如超高壓輸電建設(shè)，越來(lái)越離不開大型的電力變壓器，它的故障也直接影響著整個(gè)電力系統(tǒng)的安全連續(xù)運(yùn)行。因此，為了保證供電的可靠性和連續(xù)性，必須對(duì)電力變壓器繼電保護(hù)裝置的性能和動(dòng)作可靠性做出相應(yīng)的嚴(yán)格設(shè)置。

1 電力變壓器的故障類型及運(yùn)行的非正常狀態(tài)

1.1 電力變壓器故障類型。

一般分為兩類：郵箱內(nèi)部故障、外部故障

（1）郵箱內(nèi)部故障即變壓器的郵箱內(nèi)發(fā)生的故障，如：高、低壓側(cè)繞組間的相間短路、輕微的匝間短路、發(fā)生在中性點(diǎn)接地系統(tǒng)中的側(cè)繞組處單相接地短路等，還常常發(fā)生燒壞鐵芯繞損等故障。變壓器的內(nèi)部故障特別危險(xiǎn)，一旦發(fā)生故障，故障點(diǎn)所產(chǎn)生的電流和電弧不僅損壞繞組的絕緣、燒壞鐵芯，故障嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致因變壓器油受熱分解產(chǎn)生的大量氣體，引起變壓器郵箱的爆炸。因此，繼電保護(hù)應(yīng)快速有效的切除這些內(nèi)部故障。

（2）郵箱外部最常見(jiàn)的故障如：絕緣套管和引出線上發(fā)生的相間短路和接地短路。其中絕緣套管和引出線上發(fā)生的相間短路和接地短路以及繞組的匝間短路是最常見(jiàn)的故障類型，因此一定要根據(jù)變壓器的容量以及重要程度裝設(shè)具有良好性能的繼電保護(hù)裝置。

1.2 變壓器不正常工作狀態(tài)。

常見(jiàn)的外部非正常工作狀態(tài)如：過(guò)電流、過(guò)電壓引起的過(guò)勵(lì)磁故障；負(fù)荷超過(guò)額定容量引起的過(guò)負(fù)荷；油面降低的故障（通常由油箱漏油引起）；溫度升高（通常由冷卻系統(tǒng)所引起）。此外，在過(guò)電壓或低頻率等非正常運(yùn)行狀態(tài)下，對(duì)于到容量變壓器，因其額定工作的磁通密度與鐵心的飽和磁通密度相當(dāng)接近，常常會(huì)引發(fā)變壓器的過(guò)勵(lì)磁故障。這些非正常運(yùn)行狀態(tài)往往會(huì)使繞組、鐵芯等金屬構(gòu)件過(guò)熱，從而威脅到變壓器的絕緣性能。

2 電力變壓器器繼電保護(hù)設(shè)計(jì)方案

隨著國(guó)內(nèi)電力行業(yè)的發(fā)展，越來(lái)越多的超高壓輸電線路建設(shè)起來(lái)，隨之?dāng)U大的還有超高壓大容量的大型電力變壓器，其運(yùn)行的正常與否也將直接關(guān)系到國(guó)家整個(gè)電網(wǎng)的可靠性。針對(duì)上述電力變壓器的各種故障類型及非正常運(yùn)行狀態(tài)，設(shè)置相對(duì)應(yīng)并且安全可行的繼電保護(hù)裝置是非常有必要的。其核心任務(wù)就是通過(guò)繼電器切除故障變壓器，或通過(guò)一些信號(hào)傳達(dá)給運(yùn)行的相關(guān)人員采取相應(yīng)消除異常的措施。根據(jù)DL400—1991《繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程》技術(shù)的相關(guān)規(guī)定，電力變壓器應(yīng)裝設(shè)如下保護(hù)。

2.1 變壓器的瓦斯保護(hù)

變壓器瓦斯保護(hù)（即氣體繼電保護(hù)），對(duì)于保護(hù)0.8MVA及以上的油浸式電力變壓器，為防止其內(nèi)部發(fā)生各類故障均應(yīng)裝設(shè)瓦斯保護(hù)。如：變壓器油箱內(nèi)部出現(xiàn)的一切故障，都可以發(fā)出跳閘的信號(hào)。瓦斯保護(hù)裝置的主要元件有氣體繼電器，它安裝在油箱和油枕間聯(lián)管處。瓦斯保護(hù)的動(dòng)作極其迅速、靈敏，并且結(jié)構(gòu)也非常簡(jiǎn)單，但它不能反映如引出線上的郵箱外部故障，其次，瓦斯保護(hù)也常常因?yàn)橐恍┩饨绺蓴_而做出錯(cuò)誤的動(dòng)作，因此瓦斯保護(hù)不能作為變壓器內(nèi)部故障的唯一保護(hù)裝置。

2.2 變壓器的差動(dòng)保護(hù)

差動(dòng)保護(hù)以比較變壓器高壓側(cè)、低壓側(cè)的電流大小和相位來(lái)實(shí)現(xiàn)作為構(gòu)建原理。將變壓器兩側(cè)電流互感器二次側(cè)接線按正常時(shí)的“環(huán)流接線”。對(duì)于Y，dll之類的電力變壓器來(lái)說(shuō)，需考慮“相位補(bǔ)償”的接線連接方式，變壓器星形側(cè)的電流互感器接成三角形式，而變壓器的三角形側(cè)的電流互感器進(jìn)行星形方式連接。當(dāng)變壓器處于正常運(yùn)行或出現(xiàn)外部故障時(shí)，此時(shí)的差動(dòng)繼電器的電流與兩側(cè)互感器的電流二者之間差值接近于零，此時(shí)，差動(dòng)保護(hù)不動(dòng)作，并且保護(hù)也不會(huì)有動(dòng)作。當(dāng)變壓器內(nèi)部以及變壓器與電流互感器之間的引線處出現(xiàn)故障時(shí)，差動(dòng)繼電器中得電流等于兩側(cè)電流互感器的二次電流之和，成為故障點(diǎn)較大的短路電流，大于繼電器保護(hù)動(dòng)作最低所需電流值，繼電器發(fā)出迅速切除故障的信號(hào)。差動(dòng)保護(hù)一直以獨(dú)特的高靈敏度、選擇性好的特點(diǎn)、實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，在發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)以及母線等設(shè)備上均能得到廣泛應(yīng)用，作為電器主設(shè)備的主保護(hù)，一直擁有著獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。

2.3 電力變壓器的過(guò)電流保護(hù)

電力變壓器過(guò)電流保護(hù)作為瓦斯保護(hù)和差動(dòng)保護(hù)的后備，一般按照變壓器的容量和短路電流的不同情況，過(guò)電流保護(hù)可采用用以下保護(hù)。（1）過(guò)電流保護(hù)。常用于降壓變壓器。（2）復(fù)合電壓?jiǎn)?dòng)的過(guò)電流保護(hù)。一般在升壓變壓器及過(guò)電流保護(hù)的靈敏度不夠時(shí)采用此保護(hù)。（3）負(fù)序電流及單相式低電壓起動(dòng)的過(guò)電流保護(hù)，此種保護(hù)常用于63MV-A及以上大容量升壓變壓器以及系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)變壓器。

2.4 電力變壓器的負(fù)荷保護(hù)

過(guò)負(fù)荷保護(hù)是用來(lái)預(yù)防變壓器因過(guò)負(fù)荷而引起的過(guò)電流。電力變壓器的過(guò)負(fù)荷保護(hù)裝置一般采用一只電流繼電器與某個(gè)單相線路相連的一對(duì)一的接線方式，一般在經(jīng)過(guò)一定延時(shí)后動(dòng)作于信號(hào)，或延時(shí)跳閘。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，無(wú)論是變壓器的外部短路或過(guò)負(fù)荷引起的過(guò)電流或溫度升高等非正常工作情況，都不容忽視。因此，繼電保護(hù)設(shè)計(jì)在以供電的可靠性和連續(xù)性為前提下，做好相應(yīng)的嚴(yán)格設(shè)置。

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