電力變壓器的電氣試驗(yàn)與繼電保護(hù)研究

雷國(guó)波 何先華

【摘 要】電力是國(guó)家產(chǎn)業(yè)的龍頭產(chǎn)業(yè)。隨著現(xiàn)代社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快發(fā)展，電力系統(tǒng)向超高速，大容量，跨區(qū)域，高電壓的方向發(fā)展。但是，隨著電力系統(tǒng)容量增加，電網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大和非線性元器件的大量投入，電力設(shè)備故障發(fā)生的頻率越來(lái)越頻繁，對(duì)人們的生活和生產(chǎn)的影響也越來(lái)越大，電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性對(duì)電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行也提出了更高、更新的要求，所以對(duì)于繼電保護(hù)的要求日益增加。作為電力主設(shè)備之一的變壓器，承擔(dān)著輸變配電的重任，對(duì)于如何提高變壓器安全運(yùn)行的時(shí)長(zhǎng)，提高使用效率，這是今后應(yīng)該關(guān)注的課題。

【關(guān)鍵詞】電力變壓器；電氣試驗(yàn)；繼電保護(hù)

1分析電力變壓器常見(jiàn)電氣試驗(yàn)

電力變壓器使用過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)不同程度的故障，針對(duì)不同故障要進(jìn)行對(duì)應(yīng)的電氣試驗(yàn)，檢查出設(shè)備故障，并進(jìn)行維修。其中常見(jiàn)的電氣試驗(yàn)有絕緣測(cè)量、耐壓試驗(yàn)、變比試驗(yàn)、瓦斯繼電器試驗(yàn)，如果繼電器故障難以處理，還要進(jìn)行直流電阻試驗(yàn)。絕緣測(cè)量是所有試驗(yàn)的基礎(chǔ)，通過(guò)變壓器一次和二次之間對(duì)地電阻測(cè)量，可以確定簡(jiǎn)單的故障，也可以確保設(shè)備的絕緣強(qiáng)度，防止漏電和破損。當(dāng)電壓器存在相間電阻平衡問(wèn)題時(shí)，采用直流電阻試驗(yàn)來(lái)測(cè)試其穩(wěn)定性。繼電器瓦斯試驗(yàn)較為復(fù)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(yùn)行對(duì)其進(jìn)行繼電器保護(hù)。

2分析變壓器結(jié)構(gòu)

變壓器的類型是多種多樣的，但它們的基本結(jié)構(gòu)是相同的。由鐵芯和繞組繞線組成。根據(jù)鐵芯和繞組不同的位置，變壓器可以分為兩種類型：第一，繞組鐵芯。鐵芯類型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，降低含鐵量，使得繞組和絕緣更容易實(shí)現(xiàn)；第二，外殼型變壓器。它的特點(diǎn)是繞組多即鐵芯繞組。1）器身：包括鐵心、繞組、絕緣部件及引線。2）調(diào)壓裝置：即分接開(kāi)關(guān)，分為無(wú)勵(lì)磁調(diào)壓和有載調(diào)壓。3）油箱及冷卻裝置。4）保護(hù)裝置：包括儲(chǔ)油柜、安全氣道、氣體繼電器、吸濕器、凈油器和測(cè)溫裝置等。5）絕緣套管。6）鐵心。

3分析變壓器繼電保護(hù)的基本原理

繼電保護(hù)裝置在自己的保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)應(yīng)具備對(duì)受保護(hù)部件進(jìn)行區(qū)分的能力。當(dāng)變壓器在保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生故障時(shí)，繼電保護(hù)裝置應(yīng)及時(shí)出口動(dòng)作，不應(yīng)該拒動(dòng)；當(dāng)在保護(hù)范圍外發(fā)送故障時(shí)，繼電保護(hù)裝置又能做到不誤動(dòng)作。要實(shí)現(xiàn)這一功能，就需要充分考慮電力系統(tǒng)中電氣量變化。變壓器發(fā)生故障后，與未發(fā)生故障時(shí)相比，電壓、電流等電氣量會(huì)發(fā)生明顯變化。第一，電流急劇增大。未發(fā)生故障時(shí)，電流為變壓器的額定電流；發(fā)生短路后，變壓器內(nèi)將會(huì)出現(xiàn)數(shù)值遠(yuǎn)大于額定電流的短路電流，易燒毀變壓器內(nèi)的絕緣部分，造成內(nèi)部局部過(guò)熱，甚至燒毀變壓器本身。第二，系統(tǒng)電壓降低。當(dāng)發(fā)生短路故障時(shí)會(huì)使變壓器的相電壓下降，尤其接近于短路點(diǎn)的電壓值下降最多。第三，電流和電壓之間的相位角發(fā)生變化。正常運(yùn)行時(shí)的電流和電壓的相位角是負(fù)載的功率因數(shù)角，發(fā)生短路故障時(shí)，相位角增大。第四，測(cè)量阻抗的變化。測(cè)量阻抗是測(cè)量點(diǎn)（保護(hù)安裝處）電壓與電流的比值。在正常運(yùn)行時(shí)，阻抗是負(fù)載阻抗；當(dāng)金屬短路時(shí)，測(cè)量阻抗減小。

4變壓器保護(hù)類型

根據(jù)變壓器的故障和異常狀態(tài)，變壓器通常裝設(shè)以下保護(hù)裝置。

4.1瓦斯保護(hù)

該保護(hù)在變壓器運(yùn)行中較為常見(jiàn)，是一種電力變壓器內(nèi)部的裝置，以氣體變壓器為主。瓦斯保護(hù)的目的是保證電力變壓器油箱內(nèi)部的氣體可以及時(shí)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(duì)不同的變壓器故障，瓦斯保護(hù)的原理不同。在正常運(yùn)行狀態(tài)下，變壓器信號(hào)由油箱的上觸點(diǎn)連通中間變壓器發(fā)出，當(dāng)系統(tǒng)存在故障時(shí)，則警報(bào)信號(hào)由油箱的下觸點(diǎn)連通信號(hào)回路發(fā)出，并輔以跳閘應(yīng)急處理，此時(shí)可以確保故障的正確預(yù)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。

4.2差動(dòng)保護(hù)

差動(dòng)保護(hù)是反映變壓器兩側(cè)電流差額而動(dòng)作的保護(hù)裝置，其工作原理見(jiàn)圖1所示。變壓器兩側(cè)電流互感器同極性端相連串聯(lián)在回路中，差動(dòng)繼電器并聯(lián)在環(huán)路上，流入差動(dòng)繼電器的電流等于兩側(cè)電流互感器電流之差，即I=I1-12。適當(dāng)選擇兩側(cè)電流互器的變比和接線，使正常運(yùn)行和區(qū)外故障時(shí)兩側(cè)二次電流向量相同，流入差動(dòng)繼電器的電流為零，保護(hù)裝置不動(dòng)作。

4.3電力變壓器的過(guò)電流保護(hù)和負(fù)荷保護(hù)

過(guò)電流保護(hù)是變壓器主保護(hù)的后備保護(hù)，又是相鄰母線或線路的后備保護(hù)。變壓器的過(guò)電流保護(hù)應(yīng)按躲過(guò)變壓器最大負(fù)荷電流整定的，受系統(tǒng)運(yùn)行方式及故障類型影響，其靈敏性較差，這時(shí)可采用低電壓起動(dòng)的過(guò)電流保護(hù)、復(fù)合電壓起動(dòng)的過(guò)電流保護(hù)等。低電壓起動(dòng)的過(guò)電流保護(hù)電氣原理見(jiàn)圖2。

與之相對(duì)應(yīng)的變壓器負(fù)荷保護(hù)主要應(yīng)用于故障預(yù)防，變壓器長(zhǎng)期處于大負(fù)荷狀態(tài)下，會(huì)導(dǎo)致其電流增大，負(fù)荷保護(hù)就是通過(guò)降低負(fù)荷來(lái)控制過(guò)電流。該裝置通常指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。

4.4零序（接地）保護(hù)

在中心點(diǎn)直接接地運(yùn)行或可接（接地運(yùn)行時(shí)）的變壓器應(yīng)裝設(shè)零序電流保護(hù)；中心點(diǎn)不接地運(yùn)行時(shí)，為防止電網(wǎng)單相接地引起過(guò)電壓損壞變壓器，應(yīng)裝設(shè)零序電壓保護(hù)；在中心點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中，變壓器接殼可采用變壓器碰接外殼保護(hù)。

5結(jié)語(yǔ)

總而言之，電網(wǎng)的發(fā)展有著不可磨滅的作用，變壓器是電網(wǎng)運(yùn)行中的核心設(shè)備，變壓器的運(yùn)行穩(wěn)定決定了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定。繼電氣試驗(yàn)和繼電保護(hù)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(yùn)用繼電保護(hù)策略，減少設(shè)備故障并及時(shí)清除已發(fā)生的故障。

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作者簡(jiǎn)介：

雷國(guó)波（1985.6-），男，重慶人，華北電力大學(xué)本科，中級(jí)工程師，單位：國(guó)網(wǎng)青海省電力公司黃化供電公司，研究方向：電氣試驗(yàn)，郵編：811200。

（作者單位：國(guó)網(wǎng)青海省電力公司黃化供電公司）