淺談電力變壓器繼電保護(hù)設(shè)計(jì)

王愛(ài)心

摘 要：本文對(duì)電力變壓器繼電保護(hù)設(shè)計(jì)進(jìn)行了探討，分析了電力變壓器繼電保護(hù)的工作原理，介紹了電力變壓器繼電保護(hù)的基本構(gòu)成，指出了電力變壓器繼電保護(hù)系統(tǒng)常見(jiàn)的故障類型，具有一定的參考價(jià)值與指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：變壓器；繼電保護(hù)；工作原理；基本構(gòu)成；故障類型

中圖分類號(hào)：TM77 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1.電力變壓器繼電保護(hù)的工作原理

電力變壓器繼電保護(hù)系統(tǒng)主要是根據(jù)電力系統(tǒng)所出現(xiàn)的電力數(shù)值的變化情況以實(shí)現(xiàn)電力變壓器繼電系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)功能。電力變壓器繼電系統(tǒng)存在的目的是，無(wú)論電力變壓器繼電系統(tǒng)中的電力變壓器繼電保護(hù)系統(tǒng)的工作狀態(tài)如何，或是處于什么樣的情形都要保證整個(gè)系統(tǒng)的安全。按照電力變壓器繼電系統(tǒng)是否處于正常運(yùn)行的狀態(tài)，其繼電保護(hù)的基本原理并不相同。為了確認(rèn)電力變壓器繼電系統(tǒng)處于什么樣的運(yùn)行狀態(tài)，則需要對(duì)電力變壓器繼電系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行測(cè)量并進(jìn)行分析。

2.電力變壓器繼電保護(hù)的基本構(gòu)成

經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)展與演變，如今電力變壓器繼電保護(hù)系統(tǒng)已逐步發(fā)展到了微機(jī)型的繼電保護(hù)系統(tǒng)的狀態(tài)，該類型的電力變壓器繼電保護(hù)系統(tǒng)主要由3部分組成。①電力系統(tǒng)信號(hào)采集部分。其主要功能是收集并整理電力系統(tǒng)內(nèi)部的電力數(shù)值的情況，然后將其收集整理的數(shù)據(jù)通過(guò)有效的傳遞方式提交給電力系統(tǒng)繼電保護(hù)部分。②電力系統(tǒng)的信號(hào)處理部分。其能夠?qū)﹄娏ο到y(tǒng)信號(hào)采集整理的信號(hào)進(jìn)行處理，并以有效的方式對(duì)相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行分類與處理。③信號(hào)輸出部分。該部分是十分重要的一環(huán)節(jié)，信號(hào)輸出部分可以有效地將輸出信號(hào)的指令精準(zhǔn)無(wú)誤地發(fā)送給電力系統(tǒng)，從而保障調(diào)節(jié)工作的順利進(jìn)行。

3.電力變壓器繼電保護(hù)系統(tǒng)常見(jiàn)故障類型

3.1 電力變壓器繼電保護(hù)系統(tǒng)中電壓互感器的二次回路故障

系統(tǒng)的電壓互感器部分屬于繼電保護(hù)系統(tǒng)的核心組成部分，是電力變壓器繼電保護(hù)系統(tǒng)的心臟部分，其主要功能是將電力系統(tǒng)中過(guò)高的電壓排除。在通常情況下，電壓互感器在承受相對(duì)數(shù)值較大的電阻負(fù)載的同時(shí)，其承受的二次電壓數(shù)值與其所承受的一次電壓數(shù)值還以正比的關(guān)系存在。因此，在這樣的情況下，一旦發(fā)生電阻數(shù)值減小等相關(guān)現(xiàn)象，那么極容易造成電壓互感器出現(xiàn)短路現(xiàn)象。在開口三角電壓數(shù)值不穩(wěn)定的情況下，通常就會(huì)引起以上原因造成的故障與問(wèn)題。因?yàn)樵陔妷夯ジ衅鲀?nèi)部的鐵芯中極易發(fā)生由于電壓的升高所造成的線性不穩(wěn)限次，所以在處理這類力變壓器繼電保護(hù)系統(tǒng)故障的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)格外注意電壓互感器的短路以及回路等問(wèn)題。

3.2 電力變壓器繼電保護(hù)系統(tǒng)電流互感器的故障

因?yàn)殡娏ψ儔浩骼^電保護(hù)系統(tǒng)內(nèi)的電流互感器是根據(jù)電磁感應(yīng)的相關(guān)原理制作設(shè)計(jì)的，因此，將原有的較大數(shù)值電流轉(zhuǎn)換成為較小的數(shù)值電流是設(shè)計(jì)電流互感器的主要功能，也是電流互感器存在的價(jià)值?；谝陨显蚝苋菀字?，一旦電流互感器內(nèi)部的絕緣部分發(fā)生破裂或類似現(xiàn)象，則極容易引起電流的竄出等系列問(wèn)題，則給電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、正常運(yùn)行造成了嚴(yán)重的阻礙，嚴(yán)重時(shí)還可能引發(fā)安全事故。

3.3 計(jì)算機(jī)型電力變壓器繼電保護(hù)裝置的故障

在現(xiàn)代信息技術(shù)迅速發(fā)展、計(jì)算機(jī)技術(shù)迅速提升的時(shí)代背景下，計(jì)算機(jī)型電力變壓器繼電保護(hù)裝置已經(jīng)逐漸開始運(yùn)用于繼電保護(hù)工作。然而，在實(shí)際操作、運(yùn)用的過(guò)程中，如果發(fā)生了輸入功率不足的現(xiàn)象，則極易引起計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制所輸出的電壓數(shù)值減少等現(xiàn)象，該問(wèn)題會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)電力數(shù)值的正常運(yùn)行帶來(lái)十分不利的影響。

4.電力變壓器繼電保護(hù)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法

4.1 差動(dòng)保護(hù)設(shè)計(jì)

將變壓器兩側(cè)的電流互感器二次側(cè)按正常時(shí)的“環(huán)流接線”是變壓器差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作電流設(shè)計(jì)的原則。如果變壓器處于正常運(yùn)行的狀態(tài)，那么差動(dòng)繼電器中的電流為其兩側(cè)電流互感器CT的二次電流之差，其數(shù)值趨于0。如果差動(dòng)繼電器不發(fā)生任何動(dòng)作，那么其保護(hù)也不會(huì)有任何作為。也就是說(shuō)，如果在電流互感器二次回路端線，并且變壓器處于最大符合的狀態(tài)下，差動(dòng)保護(hù)是不會(huì)產(chǎn)生任何動(dòng)作的。隨著計(jì)算機(jī)芯片性能的提升，對(duì)位于變壓器1套保護(hù)裝置中所具有的主保護(hù)以及各側(cè)全部后備保護(hù)的兩套主變壓器微機(jī)型保護(hù)裝置進(jìn)行了全力開發(fā)，其成果已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于實(shí)際工程中。所以，在330kV及以上高壓側(cè)電壓的變壓器可以采用安裝雙重差動(dòng)保護(hù)的方法對(duì)電力變壓器引出線、套管及其內(nèi)部短路故障進(jìn)行反應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)有效反應(yīng)電力變壓器繞組及其引出線的多相短路及繞組匝間短路的縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)，同時(shí)也可以將電流速斷保護(hù)作為主保護(hù)，另外也能達(dá)到將瞬時(shí)動(dòng)作于斷開各側(cè)斷路器的目的。

4.2 瓦斯保護(hù)設(shè)計(jì)

除了瓦斯保護(hù)可以動(dòng)作，像差動(dòng)保護(hù)以及其他有關(guān)保護(hù)設(shè)計(jì)通常是都不能進(jìn)行動(dòng)作的。瓦斯保護(hù)主要是依靠氣體繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn)動(dòng)作的，其位于變壓器油箱和油枕之間的連接導(dǎo)油管中。瓦斯保護(hù)主要有兩種：①首先輕瓦斯保護(hù)動(dòng)作于信號(hào)，然后依照氣體的屬性，包括：顏色、可燃性、數(shù)量以及化學(xué)成分來(lái)判斷保護(hù)的理由以及電力變壓器繼電保護(hù)裝置故障的性質(zhì)。根據(jù)此有關(guān)工作人員則可以及時(shí)察覺(jué)故障的發(fā)生并有針對(duì)性地對(duì)故障進(jìn)行相關(guān)處理。②首先重瓦斯保護(hù)動(dòng)作于斷路器跳閘，然后通過(guò)監(jiān)視確定氣體發(fā)生的速度，并對(duì)氣體的不同特征以及相關(guān)成分進(jìn)行剖析，從而根據(jù)有關(guān)分析間接地推測(cè)、判斷造成故障發(fā)生的原因、故障出現(xiàn)的部位和以及故障的嚴(yán)重程度。

4.3 過(guò)電流保護(hù)設(shè)計(jì)

①低壓變壓器過(guò)電流保護(hù)設(shè)計(jì)。三相式三卷變壓器通常用于變壓器低壓側(cè)，而在壓側(cè)短路時(shí)高、中壓側(cè)的阻抗保護(hù)通常無(wú)法發(fā)揮作用，起不到保護(hù)功能，因此難以達(dá)成作為相鄰元件所具有的后備保護(hù)需求。在這種情況下可以在低壓側(cè)安置復(fù)合電壓閉鎖過(guò)流保護(hù)，并同時(shí)在其高、中壓側(cè)都設(shè)計(jì)并安裝復(fù)合電壓閉鎖過(guò)流保護(hù)以及零序方向過(guò)電流保護(hù)或間隙保護(hù)等。②高壓變壓器的保護(hù)設(shè)計(jì)。在電力變壓器高壓側(cè)的過(guò)電流保護(hù)對(duì)低壓側(cè)母線規(guī)定有靈敏系數(shù)的時(shí)候，可以在電力變壓器低壓側(cè)斷路器和電力變壓器高壓側(cè)短路器上設(shè)計(jì)安裝有關(guān)的過(guò)電流保護(hù)裝置。如果電力變壓器低壓側(cè)母差保護(hù)發(fā)生校驗(yàn)停運(yùn)現(xiàn)象，或者是因?yàn)楣收铣霈F(xiàn)拒動(dòng)問(wèn)題以及開關(guān)與TA間出現(xiàn)不正?，F(xiàn)象的時(shí)候，過(guò)電流保護(hù)裝置則可以作為電力變壓器低壓側(cè)母線的主保護(hù)以及后備保護(hù)。不過(guò)需要注意的是，一旦出現(xiàn)的是非金屬性短路，在經(jīng)過(guò)弧光短路的時(shí)候，則容易出現(xiàn)阻抗保護(hù)靈敏度不足以及整定延時(shí)超過(guò)2s等情況?；谝陨戏治?，應(yīng)該在電力變壓器的高壓側(cè)也安裝一個(gè)保護(hù)變壓器熱穩(wěn)定的反時(shí)限過(guò)流保護(hù)裝置，并且該裝置的整定值必須根據(jù)電力變壓器的熱穩(wěn)定要求進(jìn)行設(shè)置。另一方面在電力變壓器的低壓側(cè)應(yīng)當(dāng)另行設(shè)計(jì)保護(hù)，或者可以在電力變壓器低壓側(cè)的中性線上實(shí)際零序電流保護(hù)裝置。值得關(guān)注的是，需要根據(jù)中性線不平衡電流不超過(guò)變壓器額定電流的25%的要求設(shè)計(jì)動(dòng)作電流。③負(fù)序過(guò)電流保護(hù)設(shè)計(jì)。在按照相間后備保護(hù)遠(yuǎn)后備原則進(jìn)行配置的時(shí)候，必須避免被保護(hù)電力變壓器所連接相鄰線路發(fā)生一相斷線時(shí)，在流過(guò)保護(hù)安裝位置的時(shí)候出現(xiàn)負(fù)序電流。另外為了不引起負(fù)序過(guò)電流保護(hù)出現(xiàn)非選擇性動(dòng)作，在靈敏度方面應(yīng)當(dāng)配合相鄰線路零序電流保護(hù)的后備段。

結(jié)語(yǔ)

電力變壓器繼電保護(hù)裝置是電力系統(tǒng)中重要的電氣設(shè)備與轉(zhuǎn)換樞紐。合理設(shè)計(jì)變壓器繼電保護(hù)裝置能夠有效保證電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性。

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