電力變壓器常見故障與繼電保護方法探究

張曉剛

摘要：變壓器作為電力設備的核心設備，企業(yè)要通過電氣試驗和繼電保護來確保變壓器的安全性和穩(wěn)定性。文章分析了電力變壓器常見的電氣試驗和繼電保護策略，其中常見的電氣試驗有絕緣測量、耐壓試驗、變比試驗和瓦斯繼電器試驗，而常見的繼電保護策略為瓦斯保護、差動保護和過電流保護。

關鍵詞：電力變壓器；電氣試驗；繼電保護；常見故障；電力系統(tǒng) 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM41 文章編號：1009-2374（2016）32-0065-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.32.032

目前，我國人民對于電的需求量越來越大，保證電網(wǎng)的運行安全這一問題顯得尤為重要。由于電網(wǎng)運行復雜，在這一過程中，要時刻保持變壓器的運行穩(wěn)定。變壓器承擔著輸電、配電的任務，也是電網(wǎng)系統(tǒng)運行安全的基礎保證，文章就變壓器電氣試驗和繼電保護的基本方法進行了闡述與分析。

1 電力變壓器常見電氣試驗

電力變壓器使用過程中會出現(xiàn)不同程度的故障，針對不同故障要進行對應的電氣試驗，檢查出設備故障，并進行維修。其中常見的電氣試驗有絕緣測量、耐壓試驗、變比試驗、瓦斯繼電器試驗，如果繼電器故障難以處理，還要進行直流電阻試驗。絕緣測量是所有試驗的基礎，通過變壓器一次和二次之間對地電阻測量，可以確定簡單的故障，也可以確保設備的絕緣強度，防止漏電和破損。當電壓器存在相間電阻平衡問題時，采用直流電阻試驗來測試其穩(wěn)定性。繼電器瓦斯試驗較為復雜，但在大型變壓器故障查找和檢修中不可缺少，也要根據(jù)電力變壓器的運行對其進行繼電器保護。

2 變壓器繼電保護原理及原則

2.1 變壓器繼電保護基本原理

變壓器繼電保護主要靠繼電保護裝置來完成。其基本原理為，繼電保護裝置能夠對受保護區(qū)域內的故障做出適當?shù)姆磻?，提示維修人員設備存在安全隱患。繼電保護裝置要能夠正確地判斷故障，不能誤動或拒動。出現(xiàn)故障的變壓器和未出現(xiàn)故障的變壓器的電氣量發(fā)生巨大變化，其中電流和電壓是主要表現(xiàn)。發(fā)生故障后，繼電保護裝置顯示，變壓器系統(tǒng)的電流瞬間增大，變壓器正常運行狀態(tài)下，電流為額定電流。而故障發(fā)生后，很可能造成系統(tǒng)的短路，電流值迅速上升并且遠遠超過額定電流值，容易造成系統(tǒng)內部零件燒毀。與此同時，電壓會降低，并且越接近短路點，電壓值下降越多。與正常運行相比，故障下的變壓器系統(tǒng)電流與電壓之間的相位角增大。最后，故障狀態(tài)下的系統(tǒng)會出現(xiàn)阻抗上的變化，也就是電壓與電流的比值減少，無法維持設備的正常運行，從而造成電力系統(tǒng)停止工作。

2.2 變壓器繼電保護的原則

繼電保護裝置發(fā)揮保護功能要具有可靠性、選擇性、靈敏性和速動性四個特點。可靠性是繼電保護的最基本要求，要求在執(zhí)行繼電保護的過程中，正確判斷和發(fā)現(xiàn)故障，并且要發(fā)出正確的預警信號。繼電保護裝置要滿足設備運行的基本性能，不能誤動或者拒動。當變壓器出現(xiàn)短路后，還要求繼電保護裝置具有選擇性，是指在發(fā)生故障后只對保護區(qū)范圍內出口動作，幫助維修人員判斷故障位置，減少資源浪費，不影響系統(tǒng)的整體工作性能。由于故障多在瞬間出現(xiàn)，因此判斷故障也要具有靈敏性和快速性，從性能上繼電保護裝置應具有高度的靈敏性，一旦設備存在故障隱患，就將提供預警報告，并將故障可能范圍降到最低，使工廠可以實現(xiàn)預防先于維修，提高設備的運行效率。繼電保護裝置整體規(guī)程與靈敏度的計算方式不同，前者是在最大運行方式下進行計算的，而后者是在最小運行方式下進行計算的。靈敏度高的繼電保護裝置要能夠對短路點進行正確判斷。也就是說，無論是在最大運行模式，還是在最小運行模式下，繼電保護系統(tǒng)都要保持可靠的運作性能。要求繼電保護裝置可以識別變壓器內部輕微匝間故障，確保保護范圍。同時，繼電保護裝置的動作要快，要在第一時間做出判斷，以便于維修人員能夠及時發(fā)現(xiàn)變壓器故障，減少運行損失。繼電保護裝置的故障判定范圍包括電廠設備的母線電壓小于有效值、大型發(fā)電機或者大容量發(fā)電機內部故障、對人體安全造成影響的干擾信號，若單指變壓器的話，還包括電壓器內部的線路短路、匝間短路和接地短路現(xiàn)象。另外，針對故障的電流不平衡和差動電流現(xiàn)象，均應做出準確的判斷，從而確保變壓器的運行穩(wěn)定，促進電廠的正常運行。

2.3 電力變壓器繼電保護方案設計

針對當下電力企業(yè)的發(fā)展，變壓器繼電保護方案主要從以下方面入手，分別為瓦斯保護、差動保護和過電流保護。企業(yè)應從變壓器的原理，運行中所需的技術支持入手，以保持變壓器正常的工作狀態(tài)為前提，進行設計、維持和繼電保護處理。繼電保護裝置的主要任務就是對障礙部位進行預警和切除，信號的傳達要準確，根據(jù)我國對變壓器運行的相關規(guī)定，其具體的保護方案設計如下：

2.3.1 瓦斯保護。該保護在變壓器運行中較為常見，是一種電力變壓器內部的裝置，以氣體變壓器為主。瓦斯保護的目的是保證電力變壓器油箱內部的氣體可以及時排出，防止油箱溫度突然上升，并且確保了絕緣油的基本性能，防止出現(xiàn)漏電和短路等安全隱患。針對不同的變壓器故障，瓦斯保護的原理不同。在正常運行狀態(tài)下，變壓器信號由油箱的上觸點連通中間變壓器發(fā)出，當系統(tǒng)存在故障時，則警報信號由油箱的下觸點連通信號回路發(fā)出，并輔以跳閘應急處理，此時可以確保故障的正確預警，并且降低了故障的可能范圍，提高了故障排除和維修的效率。

2.3.2 變壓器的差動保護。差動保護實際上是利用了變壓器高壓端和低壓端電流和相位的不同，根據(jù)變壓器的運行原理，將兩側的不同電流互感器進行連接，形成環(huán)流。通過判斷電流變化來判斷是否存在故障，此方法也被稱為相位補償，分別將變壓器星形側和三角形側的電流互感器連接成三角形和星型。正常狀態(tài)下，星型互感器和三角形、星形之間的電流差值為零或者接近于零，此時差動保護無動作，而在出現(xiàn)故障時，繼電器的兩側電流差值會增大，并且是快速增大，此時的電流值為繼電保護裝置的兩側互感電流所形成的二次電流之和，遠大于故障點的短路電路，從而造成系統(tǒng)短路，安裝繼電保護裝置的主要目的就是在系統(tǒng)某處出現(xiàn)故障時做出相應的動作，縮小短路帶來的影響。由繼電保護裝置發(fā)出相應的差動信號，預示存在故障，并協(xié)助解決故障。差動保護原理清晰，能夠保持靈敏度高、選擇性好、實現(xiàn)簡單等特點，在發(fā)電機、電動機以及母線等設備上均能得到廣泛應用，作為電器主設備的主保護，優(yōu)勢比較明顯。

2.3.3 電力變壓器的過電流保護和負荷保護。電力變壓器過電流保護常用于上述所述兩種方案的備用保護方案。過電流保護分為幾種，主要是按照不同的短路電流來劃分。其中過電流保護主要用于降壓變壓器。復合電壓啟動的過電流保護則應用于升壓變壓器，對其靈敏度不足具有彌補作用。負序電流和單相式低電壓啟動的過電流保護，則多應用于系統(tǒng)聯(lián)絡變壓器和63MV-A及以上大容量升壓變壓器。與之相對應的變壓器負荷保護主要應用于故障預防，變壓器長期處于大負荷狀態(tài)下，會導致其電流增大，負荷保護就是通過降低負荷來控制過電流。該裝置通常指采用一只電流繼電器與某個單相線路相連的一對一的接線方式，一般在經過一定延時后動作于信號，或延時跳閘。

3 結語

在我國，電網(wǎng)的發(fā)展有著不可磨滅的作用，變壓器是電網(wǎng)運行中的核心設備，變壓器的運行穩(wěn)定決定了整個網(wǎng)絡的穩(wěn)定。繼電氣試驗和繼電保護是維持變壓器安全和穩(wěn)定的基本策略，要求電網(wǎng)系統(tǒng)正確運用繼電保護策略，減少設備故障并及時清除已發(fā)生的故障。另外，在運行過程中，還要對實際的運行狀況進行具體的分析。

參考文獻

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（責任編輯：王 波）