配電變壓器繼電保護(hù)設(shè)計(jì)探討

朱瑞輝　程元帥

摘要：經(jīng)濟(jì)在快速的發(fā)展，社會(huì)在不斷的進(jìn)步，在當(dāng)前配電系統(tǒng)中配電變壓器屬于十分重要的組成部分，對(duì)整個(gè)配電系統(tǒng)良好穩(wěn)定運(yùn)行具有十分重要中的作用及意義，因而保證配電變壓器科學(xué)合理應(yīng)用也具有十分必要。在配電變壓器運(yùn)行過(guò)程，為能夠保證其運(yùn)行安全性及有效性，應(yīng)當(dāng)保證具備有效繼電保護(hù)，因而合理繼電保護(hù)設(shè)計(jì)也就十分必要。本文就配電變壓器繼電保護(hù)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，為更好進(jìn)行配電變壓器繼電保護(hù)設(shè)計(jì)提供更好支持。

關(guān)鍵詞：配電變壓器;繼電保護(hù);設(shè)計(jì)

引言

隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，城市電網(wǎng)的不斷擴(kuò)容以及居民和工業(yè)用電對(duì)配電網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性要求的不斷提高，對(duì)配電系統(tǒng)繼電保護(hù)也提出了更高的要求。配電變壓器在機(jī)床電器、照明、醫(yī)療設(shè)備、機(jī)械電子設(shè)備中均有著廣泛的應(yīng)用，是配電網(wǎng)絡(luò)中重要的電氣設(shè)備。由于配電變壓器運(yùn)行環(huán)境相對(duì)復(fù)雜，在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)許多設(shè)計(jì)階段無(wú)法預(yù)料的問(wèn)題和故障，特別是當(dāng)配電系統(tǒng)中的大容量變壓器出現(xiàn)故障時(shí)，將直接影響配電系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。因此，合理配置配電變壓器繼電保護(hù)，對(duì)于確保配電變壓器正常運(yùn)轉(zhuǎn)以及配電網(wǎng)的安全運(yùn)行有著重大的意義。

1設(shè)計(jì)原則

在整個(gè)配電系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，一旦系統(tǒng)出現(xiàn)故障和出現(xiàn)異常，整個(gè)繼電保護(hù)裝置需要在最短的時(shí)間內(nèi)和最小的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行保護(hù)動(dòng)作，自動(dòng)地從系統(tǒng)中切除設(shè)備的故障，亦或是能將報(bào)警信號(hào)發(fā)給值班人員，值班人員就能結(jié)合所發(fā)出的報(bào)警信號(hào)將故障排除，從而將減少其給設(shè)備及相鄰地區(qū)的供電帶來(lái)影響。所以在對(duì)配電變壓器進(jìn)行繼電保護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)切實(shí)掌握其設(shè)計(jì)內(nèi)容：一是對(duì)≥6.3MV.A的工作變壓器和并列運(yùn)行變壓器而言，≥10MV.A的備用變壓器和單獨(dú)運(yùn)行變壓器而言，≥20MV.A的變壓器但是用電流速斷保護(hù)的靈敏性較差時(shí)，均應(yīng)設(shè)置差動(dòng)保護(hù)裝置，而若變壓器的高壓側(cè)電壓是330KV時(shí)，應(yīng)設(shè)置雙重差動(dòng)保護(hù)裝置。二是變壓器的油箱內(nèi)部故障時(shí)，因?yàn)楣收宵c(diǎn)的電弧和電流帶來(lái)的作用，導(dǎo)致變壓器油和其它的絕緣材料由于局部受熱分解形成的氣體，并直接從油箱的流向往油枕流出，一點(diǎn)故障較為嚴(yán)重，油就會(huì)快速的膨脹，同時(shí)生成諸多氣體，這就會(huì)出現(xiàn)劇烈氣體并夾雜著油，所以必須加強(qiáng)瓦斯保護(hù)裝置的安裝。三是當(dāng)變壓器因外部相間短路導(dǎo)致變壓器出現(xiàn)過(guò)流的情況時(shí)，應(yīng)緊密結(jié)合變壓器的容量及其運(yùn)行的情況以及變壓器靈敏度的要求，應(yīng)盡可能地采取過(guò)電流保護(hù)。

2配電變壓器繼電保護(hù)設(shè)計(jì)

2.1配電變壓器瓦斯保護(hù)設(shè)計(jì)

在變壓器實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，若其內(nèi)部有漏油、鐵芯燒壞及匝間短路與絕緣裂化等故障出現(xiàn)的情況下，則會(huì)導(dǎo)致差動(dòng)保護(hù)及其它相關(guān)保護(hù)很難發(fā)生動(dòng)作，然而這種情況下瓦斯保護(hù)能夠動(dòng)作，而瓦斯保護(hù)主要就是通過(guò)氣體繼電器得以實(shí)現(xiàn)。所以，在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)當(dāng)將其安裝于變壓器油枕與油箱之間相連接的導(dǎo)油管中，比較常見(jiàn)的瓦斯保護(hù)主要包括兩種類型，即輕瓦斯保護(hù)與重瓦斯保護(hù)，對(duì)于輕瓦斯保護(hù)而言，其主要作用就是發(fā)出信號(hào)，通過(guò)與氣體顏色與數(shù)量、氣體化學(xué)成分及其可燃性等因素進(jìn)行結(jié)合，從而可較好判斷故障發(fā)生原因及保護(hù)對(duì)策，在此基礎(chǔ)上也就能夠?qū)⒐收霞皶r(shí)發(fā)現(xiàn)，并且對(duì)其進(jìn)行較好處理;而對(duì)于重瓦斯保護(hù)而言，其主要就是發(fā)生斷路器跳閘時(shí)可實(shí)現(xiàn)有效監(jiān)視氣體發(fā)生速度，可分析氣體特點(diǎn)及成分，從而可間接性推斷故障發(fā)生原因及位置，并且可推測(cè)其嚴(yán)重性，在變壓器中有嚴(yán)重故障出現(xiàn)的情況下，可將電源啊切斷或者實(shí)現(xiàn)自動(dòng)報(bào)警。

2.2變壓器差動(dòng)保護(hù)

在變壓器高壓側(cè)和低壓側(cè)所裝的電流互感器之間便是差動(dòng)保護(hù)的保護(hù)區(qū)域。差動(dòng)保護(hù)的原理就是：通過(guò)比較變壓器高壓側(cè)和低壓側(cè)電流的大小以及他的相位來(lái)實(shí)現(xiàn)保護(hù)的。差動(dòng)保護(hù)的目的就是對(duì)變壓器的絕緣套管的相間短路故障和變壓器內(nèi)部的引出線進(jìn)行保護(hù)，與此同時(shí)還可以對(duì)變壓器內(nèi)的匝間進(jìn)行一個(gè)保護(hù)。差動(dòng)保護(hù)有兩種形式：①縱聯(lián)差動(dòng);②橫聯(lián)差動(dòng)?？v聯(lián)差動(dòng)保護(hù)運(yùn)用在對(duì)單回路的保護(hù)之中，橫聯(lián)差動(dòng)就運(yùn)用于雙回路的保護(hù)之中。當(dāng)變壓器的內(nèi)部發(fā)生故障即保護(hù)區(qū)內(nèi)發(fā)生故障時(shí)，通過(guò)比較電流的大小和相位會(huì)發(fā)現(xiàn)：變壓器高、低壓側(cè)出現(xiàn)較大的差流并大于差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作值，保護(hù)裝置瞬時(shí)出口，動(dòng)作于跳開(kāi)變壓器各側(cè)斷路器以達(dá)到快速切除故障的目的。當(dāng)故障發(fā)生在變壓器差動(dòng)保護(hù)區(qū)外時(shí)，雖然故障電流依然會(huì)較大，但變壓器高、低壓側(cè)出現(xiàn)的差流小于差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作值，保護(hù)裝置不動(dòng)作。因?yàn)椋顒?dòng)保護(hù)不僅能夠有效的區(qū)分區(qū)內(nèi)區(qū)外故障，而且能夠快速的將區(qū)內(nèi)各種故障給排除，這也使得差動(dòng)保護(hù)成為了變壓器的主保護(hù)。

2.3過(guò)流保護(hù)設(shè)計(jì)

當(dāng)配電變壓器出現(xiàn)外部故障導(dǎo)致變壓器繞組過(guò)流時(shí)，亦或是變壓器的內(nèi)部存在故障時(shí)，差動(dòng)保護(hù)與瓦斯保護(hù)作為后備保護(hù)。所以應(yīng)在配電變壓器中進(jìn)行過(guò)流保護(hù)設(shè)計(jì)，在過(guò)流保護(hù)過(guò)程中，主要是在變壓器啟動(dòng)時(shí)的最大電流負(fù)荷進(jìn)行整定保護(hù)的裝置，能有效地預(yù)防中低壓側(cè)的母線故障。所以必須針對(duì)實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化。首先在對(duì)低壓配電變壓器進(jìn)行過(guò)流保護(hù)時(shí)，由于配電變壓器的低壓側(cè)主要采取的三相三卷式的變壓器，所以高壓和中壓的阻抗保護(hù)難以保護(hù)低壓側(cè)的短路，難以滿足相鄰元件的后備保護(hù)，所以在低于和中壓以及高壓側(cè)就、則應(yīng)安裝復(fù)合電壓閉鎖過(guò)流保護(hù)裝置，結(jié)合零序方向?qū)嵤╅g隙保護(hù)和過(guò)流保護(hù)。其次是在高壓配電變壓器實(shí)施保護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)，由于變壓器的高壓側(cè)過(guò)流保護(hù)對(duì)低壓側(cè)的母線的靈敏系數(shù)規(guī)定之后，變壓器的低壓和高壓側(cè)的斷路器和短路器上均應(yīng)設(shè)置相應(yīng)的過(guò)流保護(hù)裝置，若低壓側(cè)的母差保護(hù)校驗(yàn)停運(yùn)開(kāi)關(guān)故障和故障拒動(dòng)等故障時(shí)，就可以利用這一裝置給低壓側(cè)的母線實(shí)施后備保護(hù)和主保護(hù)。但是為了避免弧光短路等非金屬性的故障時(shí)，導(dǎo)致阻抗保護(hù)的靈敏度不足情況的出現(xiàn)，我們就應(yīng)在高壓側(cè)設(shè)置保護(hù)變壓器熱穩(wěn)定的過(guò)流保護(hù)，從而更好地結(jié)合變壓器熱穩(wěn)定的要求，對(duì)其整定值進(jìn)行確定。最后是當(dāng)相間后備保護(hù)按遠(yuǎn)后備原則配置時(shí)，應(yīng)躲過(guò)被保護(hù)變壓器所連接相鄰線路發(fā)生一相斷線時(shí)流過(guò)保護(hù)安裝處的負(fù)序電流，并與相鄰線路零序電流保護(hù)的后備段在靈敏度上配合，以防止負(fù)序過(guò)電流保護(hù)非選擇性動(dòng)作。

2.4變壓器過(guò)負(fù)荷保護(hù)

變壓器的過(guò)負(fù)荷保護(hù)就是，當(dāng)變壓器在正常運(yùn)行時(shí)，所出現(xiàn)的過(guò)負(fù)荷情況可由其進(jìn)行反應(yīng)。過(guò)負(fù)荷裝置通常動(dòng)作于信號(hào)，因?yàn)槠渲挥性谧儔浩饔羞^(guò)負(fù)荷的可能性的情況下才會(huì)安裝。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于變壓器的過(guò)負(fù)荷來(lái)說(shuō)通常都是三相對(duì)稱的，另外過(guò)負(fù)荷保護(hù)裝置要安裝在主電源側(cè)。所以，我們只需要在一相上安裝一個(gè)電流繼電器，而且通過(guò)在信號(hào)上給予一定時(shí)間的延時(shí)動(dòng)作來(lái)進(jìn)行過(guò)負(fù)荷保護(hù)。

結(jié)語(yǔ)

在當(dāng)前配電變壓器實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，為能夠使其運(yùn)行安全性及有效性得到較好保證，應(yīng)當(dāng)對(duì)配電變壓器實(shí)行繼電保護(hù)，因而對(duì)配電變壓器繼電保護(hù)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)也就十分重要。作為相關(guān)設(shè)計(jì)工作人員，應(yīng)當(dāng)對(duì)配電變壓器繼電保護(hù)設(shè)計(jì)加強(qiáng)重視及認(rèn)識(shí)，并且應(yīng)當(dāng)從各個(gè)方面入手實(shí)行設(shè)計(jì)，從而使繼電保護(hù)設(shè)計(jì)更加符合實(shí)際需求。

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