淺談10kV供電系統(tǒng)變壓器繼電保護

趙淼

摘 要：變壓器是我們?nèi)粘Ｉ钪幸环N常見的電氣設(shè)備，作為供電系統(tǒng)變壓器能夠用來將某種數(shù)值的交變電壓轉(zhuǎn)換為同頻率的另一種數(shù)值的交變電壓再輸出，它的主要作用體現(xiàn)在不僅可以改變交流電的數(shù)值還能夠變換阻抗值和改變相位。電力系統(tǒng)的重要設(shè)備之一就是變壓器，如果變壓器出現(xiàn)故障的話將對供電系統(tǒng)的可靠性和系統(tǒng)的正常工作造成很嚴(yán)重影響，而且大容量的變壓器也是非常貴重的設(shè)備，為此，我們必須依據(jù)變壓器的容量以及變壓器的重要程度來選擇裝設(shè)性能優(yōu)良、動作可靠性高的繼電保護裝置。

關(guān)鍵詞：供電系統(tǒng)；變壓器；繼電保護

1 10kV供電系統(tǒng)變壓器的非正常運行狀態(tài)以及經(jīng)常出現(xiàn)的故障和問題

10kV的電壓值僅是一種電壓等級，對于10kV電壓值允許最高工作電壓是多少，在發(fā)電廠和用電方的規(guī)定肯定是有所不同的。在我國發(fā)電廠10kV的系統(tǒng)額定電壓就是10.5kV，一般允許升高5%。而在用電方來講主要考慮用戶供電標(biāo)準(zhǔn)，所以要比發(fā)電廠電壓要低一些。變壓器在供電系統(tǒng)中是非常重要的供電元件，它所出現(xiàn)的故障對供電可靠性和系統(tǒng)的正常運行性都將帶來非常重要的影響。與此同時大容量的供電系統(tǒng)變壓器也是非常貴重的元件，為此，我們必須要根據(jù)供電系統(tǒng)變壓器的容量和重要的程度考慮裝設(shè)性良好、工作可靠的繼電保護裝置。供電系統(tǒng)變壓器常出現(xiàn)的故障對我們供電系統(tǒng)正常工作和正常運行造成了很大的麻煩：

（1）在油箱里面出現(xiàn)故障。繞組的閘間短路、相位之間短路和接地出現(xiàn)短路以及鐵芯的燒損等。出現(xiàn)這些故障就會產(chǎn)生電弧，從而將引起變壓器中絕緣物質(zhì)的強烈汽化，而且很有可能引起爆炸，后果十分嚴(yán)重。

（2）在油箱外出現(xiàn)的故障。供電系統(tǒng)變壓器的絕緣套管和引出線上將會發(fā)生相位間的短路和單相的接地短路。

（3）供電系統(tǒng)變壓器在正常情況下的不正常運行狀態(tài)。由于外部短路引起的過電流；系統(tǒng)發(fā)生相間短路引起的中性點過電壓；過負荷；因為漏油等的原因而會引起的油面降低；變壓器在過電壓的工作情況下會發(fā)生過勵磁；變壓器各部分過熱和冷卻系統(tǒng)故障。

2 供電系統(tǒng)變壓器繼電保護的作用

電力系統(tǒng)發(fā)生故障的時候，基本的特點就是電流的突然增加或者電壓的突然下降，以及電流與電壓間的相位角發(fā)生變化，各種繼電保護裝置正是認識到這類問題并應(yīng)用了這些特點，在反應(yīng)這些物理量變化的基礎(chǔ)上，利用正常與故障，保護范圍內(nèi)部與外部故障等各種物理量的差別來實現(xiàn)保護的。

（1）變壓器內(nèi)部繞組短路故障時，由差動保護瞬時斷開各側(cè)斷路器，切除故障。

（2）變壓器內(nèi)部悄然短路故障時，由瓦斯保護斷開各側(cè)斷路器，切除故障。

（3）變壓器所帶負荷發(fā)生短路故障，而下級線路保護或開關(guān)拒動時，延時切除故障（后備保護）。

（4）變壓器溫度過高時，報警或延時切除變壓器。

（5）變壓器過負荷時，延時報警或切除變壓器。

根據(jù)之前提到過的變壓器的故障種類及異常運行方式應(yīng)裝設(shè)以下保護裝置：

（1）對于變壓器油箱內(nèi)部的短路和油面降低采用的是瓦斯保護。

（2）對于變壓器繞組和引出線的多相短路，大接地電流電網(wǎng)側(cè)繞組和引出線的接地短路以及繞組匝間短路采用的縱差保護和電流速斷保護。

（3）對于外部相位間的短路并作瓦斯保護和縱差保護（或電流速斷保護）后備的過電流保護（或復(fù)合電壓啟動的過電流保護或負序電流保護）。

（4）對于大接地電流電網(wǎng)中外部接地短路采用的零序電流保護。

（5）對于對稱過負荷的過負荷保護等。

3 變壓器繼電保護的配置

供電系統(tǒng)變壓器繼電保護基本任務(wù)是：當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障或異常工況時，在可能實現(xiàn)的最短時間和最小區(qū)域內(nèi)，自動將故障設(shè)備從系統(tǒng)中切除或者解決故障，或發(fā)出信號由值班人員消除異常工況根源，以減輕或避免設(shè)備的損壞和對相鄰地區(qū)供電的影響。首先，自動、迅速、有選擇性地將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，使故障元件免于繼續(xù)遭到破壞，保證其他無故障部分迅速恢復(fù)正常運行。其次，反應(yīng)電氣元件的不正常運行狀態(tài)，并根據(jù)運行維護的條件（如有無經(jīng)常值班人員）而動作于信號，以便值班員及時處理，或由裝置自動進行調(diào)整，或?qū)⒛切├^續(xù)運行就會引起損壞或發(fā)展成為事故的電氣設(shè)備予以切除。此時一般不要求保護迅速動作，而是根據(jù)對電力系統(tǒng)及其元件的危害程度規(guī)定一定的延時，以免暫短地運行波動造成不必要的動作和干擾而引起的誤動。再次，繼電保護裝置還可以與電力系統(tǒng)中的其他自動化裝置配合，在條件允許時，采取預(yù)定措施，縮短事故停電時間，盡快恢復(fù)供電，從而提高電力系統(tǒng)運行的可靠性。

（1）負序電流及單項式低電壓啟動的過電流保護，一般用于大容量升壓變壓器和聯(lián)絡(luò)變壓器。過電流保護一般用于降低變壓器。

（2）外部接地短路時，應(yīng)采用以下保護：對中性點直接接地電力網(wǎng)，由外部接地短路引起過電流時，如變壓器中性點接地運行，應(yīng)裝設(shè)零序電流保護。

（3）過負荷保護。對10kV以上的變壓器，當(dāng)數(shù)臺并列運行，或單獨運行并作為其他負荷的備用電源時，應(yīng)根據(jù)可能過負荷的情況，裝設(shè)過負荷保護。

4 小結(jié)

遠距離輸電采用高電壓是最為經(jīng)濟的。當(dāng)前我們的社會，在我國交流輸電的電壓最高已經(jīng)能夠達到了500kV。對于這么高的電壓值，無論從發(fā)電廠的發(fā)電機安全工作運行方面或是從制造成本方面作考慮，我們國家都不會允許直接從發(fā)電機生產(chǎn)。我們國家最常見的發(fā)電機的輸出電壓一般有3.15kV、6.3kV、10.5kV、15.75kV等等幾種電壓值，所以必須要首先用升壓變壓器將電壓升高以后才能再進行遠距離輸送。

參考文獻

[1]袁甄.從“四性”看微機型繼電保護裝置的系統(tǒng)軟件設(shè)計[A].2006中國電力系統(tǒng)保護與控制學(xué)術(shù)研討會論文集[C].2006：127.

[2]王磊，吉木斯.淺析現(xiàn)代繼電保護和廠用電自動化技術(shù)[A].2006中國電力系統(tǒng)保護與控制學(xué)術(shù)研討會論文集[C].2006：51.

（作者單位：中海油天津液化天然氣有限責(zé)任公司）