220kv變電站變壓器運(yùn)行及繼電保護(hù)研究

任玉龍

摘要：目前，我國(guó)加快了現(xiàn)代化和城市化建設(shè)的腳步，人們的生活質(zhì)量得到了明顯的提高。在這樣的形勢(shì)之下，人們對(duì)電力系統(tǒng)的要求越來(lái)越高。在電網(wǎng)系統(tǒng)中220kV高壓變電站十分關(guān)鍵，220kV變壓器運(yùn)行對(duì)整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)具有支撐作用，其運(yùn)行效率在很大程度上影響了電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性與安全性。本文對(duì)此展開(kāi)一系列的分析和描述，對(duì)220kV變電站變壓器在運(yùn)行過(guò)程當(dāng)中存在的故障進(jìn)行總結(jié)，并且有針對(duì)性的提出相應(yīng)的保護(hù)措施。

關(guān)鍵詞：220kV 變電站；變壓器；繼電保護(hù)

引言

近年來(lái)，伴隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，各個(gè)地區(qū)、各個(gè)領(lǐng)域的電力需求也在大幅上漲，220kV變電站變壓器運(yùn)行環(huán)境越來(lái)越復(fù)雜，其運(yùn)行狀態(tài)關(guān)系著整個(gè)電網(wǎng)運(yùn)行情況，一旦220kV變電站變壓器發(fā)生故障，不僅會(huì)影響電網(wǎng)的供電，而且會(huì)給電力企業(yè)造成較大損失，給人們的日常生活造成諸多不便。我國(guó)電力系統(tǒng)正處于快速發(fā)展階段，這對(duì)于繼電保護(hù)提出了更高的要求。因此，加強(qiáng)對(duì)變電站變壓器運(yùn)行的繼電保護(hù)措施，綜合分析出其運(yùn)行中存在的問(wèn)題，并制定出科學(xué)合理的改善措施具有重要意義。

一、220kV變電站變壓器的運(yùn)行

（一）220kV變壓器的運(yùn)行原理

220kV變壓器是變電站的核心設(shè)備。變壓器兩端電壓高低與繞組匝數(shù)成正比，與電流則成反比。按照變壓器的作用可將其分為兩大類：升壓變壓器和降壓變壓器。為保證負(fù)荷不同時(shí)電壓質(zhì)量的合格，變壓器電壓應(yīng)該與電力系統(tǒng)相適應(yīng)，并且可以方便地進(jìn)行不定期的分接頭切換。220kV的變電站中設(shè)有與變壓器設(shè)備工作原理相似的電壓及電流互感器。這些互感器可以按照相關(guān)規(guī)定，將一些高壓設(shè)備及母線的運(yùn)行電壓或大電流以及母線負(fù)荷、短路電流等轉(zhuǎn)換成低電壓和小電流，以供測(cè)量?jī)x表、繼電保護(hù)以及控制設(shè)備等使用。220kV變壓器能夠掌控電網(wǎng)輸電的全部過(guò)程，實(shí)現(xiàn)不同級(jí)別電壓的安全轉(zhuǎn)換，利用比例的關(guān)系約束電壓轉(zhuǎn)換。所以220kV變壓器在運(yùn)行原理的約束下，規(guī)范變電過(guò)程，具備安全、穩(wěn)定的特性。

（二）220kV變壓器運(yùn)行存在的問(wèn)題

結(jié)合當(dāng)前220kV變電站變壓器運(yùn)行的實(shí)際概況，可知其中不同干擾因素的存在，導(dǎo)致其發(fā)生了運(yùn)行異常情況。具體表現(xiàn)在以下方面：

運(yùn)行中的溫度異常。部分220kV變電站變壓器運(yùn)行中發(fā)生了溫度異常情況，導(dǎo)致變壓器難以處于正常的運(yùn)行狀態(tài)，加大設(shè)備故障發(fā)生率的同時(shí)給電力生產(chǎn)計(jì)劃的安全實(shí)施帶來(lái)了阻礙作用。因此，220kV變電站變壓器運(yùn)行中應(yīng)注重溫度敏感應(yīng)器的合理設(shè)置，實(shí)現(xiàn)對(duì)變壓器運(yùn)行中溫度的實(shí)時(shí)檢測(cè)，進(jìn)而采取相應(yīng)的保護(hù)措施進(jìn)行處理。

運(yùn)行中的電流速度異常。若變壓器運(yùn)行中的引線、接線部分出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，會(huì)造成電流速斷現(xiàn)象出現(xiàn)。因此，實(shí)踐過(guò)程中應(yīng)加強(qiáng)電流速斷保護(hù)方式使用，確保220kV變電站變壓器內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)置有效性。

運(yùn)行中的氣體保護(hù)異常。若變壓器運(yùn)行中的油未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí)，會(huì)出現(xiàn)氣體異常信號(hào)。因此，需要將氣體保護(hù)方式應(yīng)用于220kV變電站變壓器運(yùn)行中，實(shí)現(xiàn)對(duì)變壓器油箱故障發(fā)生時(shí)的運(yùn)行信號(hào)保護(hù)，確保其使用安全性。

運(yùn)行中的超負(fù)荷異常。當(dāng)220kV變電站變壓器運(yùn)行中發(fā)生電流故障時(shí)，會(huì)導(dǎo)致變壓器超負(fù)荷情況的發(fā)生。因此，實(shí)踐過(guò)程中應(yīng)注重過(guò)電流保護(hù)方式的合理運(yùn)用，促使處于超負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)下的變壓器電流得以自動(dòng)跳閘，實(shí)現(xiàn)對(duì)過(guò)電流事故的有效預(yù)防。

運(yùn)行中的過(guò)流繼電異常。當(dāng)220kV變電站變壓器運(yùn)行中發(fā)生短路故障時(shí)，應(yīng)降低變壓器的安全性能，影響著變電站生產(chǎn)效益。因此，技術(shù)人員應(yīng)注重變壓器運(yùn)行中基于時(shí)間限制的跳閘控制方式靈活使用，促使變壓器運(yùn)行中的短路故障發(fā)生率得以降低。

二、220kV變壓器運(yùn)行中的繼電保護(hù)

（一）變壓器運(yùn)行繼電所存問(wèn)題

1電壓故障

在220kV變壓器運(yùn)行的過(guò)程中，會(huì)受到氣體、溫度、水分等因素影響。這些因素很大程度上會(huì)阻斷變電站中變壓器的輸電，使得變壓器輸電電壓不穩(wěn)定。

變壓器的氣體狀況異常時(shí)很容易使信號(hào)發(fā)生跳躍，從而導(dǎo)致變壓器的油箱無(wú)法正常運(yùn)行，嚴(yán)重影響220kV變壓器的安全性和穩(wěn)定性。變壓器外部有短路發(fā)生時(shí)可能導(dǎo)致變壓器溫度升高，油面降低，電壓不穩(wěn)。當(dāng)輸電線路電力負(fù)荷過(guò)重時(shí)，220kV變壓器會(huì)由于磁場(chǎng)、內(nèi)部信號(hào)等原因造成電壓異常，損壞變壓器內(nèi)部零部件，并且對(duì)變壓器本身有極大損害。

2 繼電干擾故障

220kV變壓器在磁場(chǎng)作用下，進(jìn)行高低壓的變換，將由發(fā)電廠輸出的電能進(jìn)行變壓，便于遠(yuǎn)距離輸電分配到電力用戶端。在實(shí)際應(yīng)用中，220kV以上變電站中變壓器繼電保護(hù)裝置的電磁干擾來(lái)源主要有以下幾個(gè)方面：其一，220kV變壓器的斷路器本身出現(xiàn)故障；其二，工作人員在靠近 220kV變壓器的地方使用電話機(jī)，或者接觸變電器外殼產(chǎn)生火花放電；其三，一次系統(tǒng)的干擾，比如雷擊、大雨等對(duì)220kV變壓器干擾。

當(dāng)變壓器受到電磁干擾時(shí)，這些電磁干擾會(huì)在整體上阻斷整個(gè)輸電線路，并且受到電磁干擾的設(shè)備和回路通過(guò)多種方式和電磁干擾源組成回路，嚴(yán)重影響220kV變壓器的輸電電壓，造成嚴(yán)重故障。變壓器的輻射干擾主要來(lái)源于兩方面（高壓開(kāi)關(guān)場(chǎng)的干擾以及步話機(jī)幅射干擾），而電壓干擾比較明顯的是同一條電纜線路的傳導(dǎo)耦合、電感耦合、電容耦合等，由于在220kV以上的變電站中，變壓器的繼電保護(hù)和自動(dòng)控制設(shè)備直接安裝在開(kāi)關(guān)場(chǎng)中，高壓開(kāi)關(guān)場(chǎng)的電磁干擾則成為主要的干擾因素。

（二）常見(jiàn)的保護(hù)形式

氣體保護(hù)：在220kV變壓器運(yùn)行過(guò)程中，瞬時(shí)作用在控制信號(hào)上，使變壓器發(fā)生跳閘的一種保護(hù)形式，其主要用于220kV變壓器油箱故障或者油面降低的控制保護(hù)。

差動(dòng)保護(hù)和電流速斷保護(hù)：是220kV變壓器繼電保護(hù)最常見(jiàn)的一種形式，其對(duì)于變壓器內(nèi)部零部件故障或者出線端短路故障，通過(guò)瞬間跳閘方式實(shí)現(xiàn)控制保護(hù)。

過(guò)負(fù)荷保護(hù)：根據(jù)220kV變壓器的運(yùn)行情況，當(dāng)變壓器過(guò)負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，在220kV變壓器輸電線路中設(shè)置過(guò)電流保護(hù)，用于控制和避免過(guò)負(fù)荷引起的過(guò)電流事故。

溫度信號(hào)保護(hù)和過(guò)流繼電保護(hù)：溫度信號(hào)保護(hù)是指結(jié)合220kV變壓器的溫度信號(hào)變化狀態(tài)，檢查變壓器的異常情況和運(yùn)行故障，報(bào)障變壓器的安全、穩(wěn)定運(yùn)行；過(guò)流繼電保護(hù)是220kV變壓器電流速斷保護(hù)和氣體保護(hù)的一種后備保護(hù)形式，對(duì)過(guò)電流故障和變壓器外部短路故障進(jìn)行保護(hù)，實(shí)現(xiàn)帶時(shí)限跳閘控制。

（三）變壓器繼電運(yùn)行檢測(cè)

1.繼電保護(hù)裝置檢驗(yàn)

在對(duì)220kV變電站變壓器運(yùn)行時(shí)的繼電運(yùn)行措施進(jìn)行檢驗(yàn)時(shí)，應(yīng)做好檢查校驗(yàn)，抑制電流回路升流，檢測(cè)變壓器的繼電保護(hù)裝置以保證其安全性。首先，確定220kV變壓器定值改變范圍，調(diào)節(jié)接電線路，在檢測(cè)校驗(yàn)繼電器過(guò)程中，還要注意檢驗(yàn)回路升壓，完成這兩個(gè)檢驗(yàn)后，為了避免 220kV變壓器出現(xiàn)繼電失誤，不能立即將插件拔掉，可等待一段時(shí)間后再拔掉。

2.定值區(qū)控制

220kV變壓器使用微機(jī)保護(hù)時(shí)，可通過(guò)檢查焊接點(diǎn)和機(jī)械特性，確定微機(jī)保護(hù)定值，有效控制定值區(qū)。對(duì)定值區(qū)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)劃化和一體化處理，提升220kV變壓器的輸電效率和輸電能力，在實(shí)際應(yīng)用中，可在接地網(wǎng)上固定大截面導(dǎo)線或者銅線，解決220kV變壓器定值規(guī)范問(wèn)題。

3.繼電保護(hù)裝置運(yùn)行維護(hù)

為了確保220kV變壓器始終處于安全、穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)，應(yīng)做好繼電保護(hù)裝置的運(yùn)行維護(hù)，定期進(jìn)行護(hù)理、維修、檢測(cè)和觀察，在工作時(shí)間，工作人員應(yīng)盡量避免使用話機(jī)，采取有效維護(hù)措施，及時(shí)處理變壓器外殼火花放電和短路故障。

（四）保護(hù)裝置

1.變壓器的運(yùn)行保護(hù)

繼電保護(hù)的主要目的是分析電力系統(tǒng)故障、不正常運(yùn)行狀態(tài)并研究解決對(duì)策和反事故自動(dòng)化保護(hù)措施，其基本任務(wù)是在電力系統(tǒng)處于故障或不正常工況時(shí)及時(shí)進(jìn)行故障處理，分析故障發(fā)生的原因并在最短時(shí)間內(nèi)自動(dòng)切除故障。在對(duì)變壓器進(jìn)行運(yùn)行保護(hù)時(shí)，應(yīng)利用性能可靠的繼電保護(hù)裝置，并加強(qiáng)繼電保護(hù)手段配合使用。從而保證繼電保護(hù)行為的正常進(jìn)行，提高變壓器運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性。應(yīng)嚴(yán)格遵循繼電保護(hù)裝置運(yùn)行原則，優(yōu)化繼電保護(hù)裝置性能，實(shí)現(xiàn)對(duì)電壓器運(yùn)行故障預(yù)防。然后應(yīng)對(duì)繼電保護(hù)裝置行為進(jìn)行規(guī)范，確定繼電保護(hù)裝置的保護(hù)范圍，保持其良好的實(shí)踐應(yīng)用效果，并落實(shí)繼電保護(hù)裝置運(yùn)行中的維護(hù)工作，提高變壓器短路故障處理效率，確保其工作性能良好性。

2.變壓器的狀態(tài)保護(hù)

為保證變壓器運(yùn)行狀態(tài)的穩(wěn)定性，可以通過(guò)繼電狀態(tài)保護(hù)來(lái)消除各類風(fēng)險(xiǎn)，主要包括差動(dòng)保護(hù)、過(guò)流繼電保護(hù)以及氣體保護(hù)等。加強(qiáng)差動(dòng)保護(hù)方式使用。針對(duì)變電器運(yùn)行中可能出現(xiàn)的運(yùn)行故障，電力技術(shù)人員應(yīng)在差動(dòng)保護(hù)發(fā)生的作用下。加強(qiáng)變壓器運(yùn)行狀況分析，了解其運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)變壓器的有效保護(hù)；提高過(guò)電流保護(hù)方式利用效率?；陔娏髯饔孟伦儔浩鞴收系漠a(chǎn)生，加大了變壓器的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，需要在過(guò)電流保護(hù)方式的支持下，加強(qiáng)故障處理，優(yōu)化變壓器的安全性能；重視氣體保護(hù)方式使用。在氣體保護(hù)方式的作用下，通過(guò)對(duì)變壓器油箱的有效控制，并進(jìn)行必要的調(diào)節(jié)，能夠增強(qiáng)變壓器運(yùn)行穩(wěn)定性。

3.變壓器的抗干擾保護(hù)

（1）降低干擾源干擾。實(shí)踐中可采用帶屏蔽層的電纜線路，減少配線使用中對(duì)變壓器產(chǎn)生的影響，發(fā)揮繼電保護(hù)優(yōu)勢(shì)；

（2）降低二次回路干擾影響。當(dāng)高頻電流注入220kV變壓器時(shí)，控制設(shè)備電壓，降低變壓器接地阻抗，調(diào)整輸電線路，設(shè)計(jì)低阻抗接地網(wǎng)，降低大地和220kV變壓器之間的電位差，減少二次回路干擾。通過(guò)對(duì)變電器運(yùn)行中二次回路的嚴(yán)格把控，注重其使用中的耦合及切斷，并設(shè)置屏蔽線纜，促使回路抗干擾能力逐漸提高；

（3）重視干擾源應(yīng)對(duì)。設(shè)置變壓器過(guò)程中應(yīng)適當(dāng)減小接地地租，將其電位控制在合理的范圍內(nèi)，通過(guò)母線將電纜線路產(chǎn)生的電磁干擾傳回，屏蔽電纜線路干擾，提高繼電保護(hù)裝置配線抗干擾水平。

結(jié)束語(yǔ)：

電力市場(chǎng)改革步伐正在加快，這對(duì)電力基礎(chǔ)設(shè)施性能的可靠性提出了更多的要求。在220kV 變壓器的實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，變壓器經(jīng)常受到各種因素的影響而出現(xiàn)運(yùn)行上的故障，為了保障220kV 變壓器運(yùn)行的安全性與穩(wěn)定性，就必須做好220kV 變壓器的運(yùn)行管理，采取科學(xué)合理的繼電保護(hù)措施，及時(shí)排除變壓器隱患。電力企業(yè)將220 kV變壓器作為繼電保護(hù)的主要對(duì)象，一方面保護(hù)變壓器的安全；另一方面提高供配電的基本效率。

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