簡(jiǎn)述變電站變壓器保護(hù)

鄭天齊 王永剛 鄔軍軍 高玉寶

摘要：作用于變電站變壓器的繼電保護(hù)裝置，從繼電保護(hù)的原理，變壓器繼電保護(hù)的意義，變壓器的繼電保護(hù)的整定計(jì)算以及在變電站變壓器中的具體應(yīng)用入手。期望通過本文的研究能夠提高對(duì)繼電保護(hù)的基礎(chǔ)認(rèn)識(shí)，對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性的提升有所幫助。

關(guān)鍵詞：變電站;變壓器;繼電保護(hù)

中圖分類號(hào)：TP18 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2019）09-0228-02

0 引言

在電力系統(tǒng)中，變壓器處于樞紐地位，是保障電網(wǎng)的穩(wěn)定性運(yùn)行和電能質(zhì)量的重要設(shè)備。所以，在電網(wǎng)投運(yùn)之前，需要為變壓器添加繼電保護(hù)裝置，由于變壓器的型號(hào)、容量對(duì)繼電保護(hù)的要求各不相同，需要添加的繼電保護(hù)裝置的種類也不相同。為提高電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性、可靠性需要根據(jù)繼電保護(hù)的整定計(jì)算來確定繼電保護(hù)設(shè)備的型號(hào)。

對(duì)變壓器的主保護(hù)一般選用差動(dòng)保護(hù)，它具有很高的靈敏性。但是差動(dòng)保護(hù)的缺點(diǎn)很明顯，產(chǎn)生勵(lì)磁涌流的同時(shí)容易引起變壓器了差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)，通過變壓器故障診斷技術(shù)可以及時(shí)地發(fā)現(xiàn)變壓器的故障類型，并及早排除隱患，防止故障的發(fā)生。

1 繼電保護(hù)的意義和原理

1.1 繼電保護(hù)的原理

電力系統(tǒng)發(fā)生故障后，工頻電氣量會(huì)較故障前發(fā)生很大變化。繼電保護(hù)設(shè)備通過測(cè)量部分對(duì)工頻電氣量進(jìn)行采集，并與設(shè)備正常工作時(shí)的數(shù)據(jù)通過邏輯部分進(jìn)行對(duì)比，從而診斷故障的發(fā)生和故障類型，如圖1所示。

現(xiàn)在的繼電保護(hù)裝置多為微機(jī)繼電保護(hù)。微機(jī)繼電保護(hù)在70年代就已經(jīng)提出，但由于微機(jī)和微處理器成本較高的成本較高，所以一直很少應(yīng)用于繼電保護(hù)領(lǐng)域。經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)展，主要是半導(dǎo)體材料的發(fā)展，使微機(jī)和微處理器成本顯著降低，而且具有運(yùn)算速度快的優(yōu)點(diǎn)，因此現(xiàn)在的繼電保護(hù)設(shè)施多選擇微機(jī)繼電保護(hù)，如圖2所示。

1.2 變電站變壓器的故障診斷方法

變壓器故障時(shí)，最顯著的特征就是變壓器油溫度上升，由于變壓器油是從石油中提取的烴類混合物，不同組分吸收不同程度的熱量時(shí)會(huì)發(fā)生分子鍵的裂解，從而在不同溫度釋放出不同種類和濃度的氣體。這些組分主要是：CH4、C2H6、C2H4、C2H2，出現(xiàn)局部放電時(shí)還會(huì)有H2產(chǎn)生，當(dāng)某些氣體的濃度超標(biāo)，我們就可以通過其超出正常濃度的比率來推斷變壓器發(fā)生了何種故障。經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的積累和統(tǒng)計(jì)，IEC制定了一套依據(jù)油中溶解氣體的種類和濃度來判斷變壓器運(yùn)行狀態(tài)的規(guī)程，即三比值法。

三比值法編碼規(guī)則見表1。

1.3 變壓器繼電保護(hù)的意義

穩(wěn)定、可靠的電力供應(yīng)是建立在電網(wǎng)安全運(yùn)行的基礎(chǔ)之上，而變壓器是電網(wǎng)的重要組成部分。世界上80%的重大停電事故的誘因就是變壓器故障，造成變壓器的故障的原因有很多，以下三點(diǎn)是造成重大變壓器事故的主要誘因：

（1）監(jiān)控運(yùn)行人員的誤操作造成變壓器誤動(dòng)。

（2）由于氣候、地質(zhì)等自然因素造成變壓器及其周邊線路的損壞導(dǎo)致變壓器故障。

（3）變壓器保養(yǎng)、維護(hù)不科學(xué)導(dǎo)致變壓器加速老化、損壞進(jìn)程進(jìn)而導(dǎo)致故障的發(fā)生。

因此，需要為變壓器添加合適的繼電保護(hù)裝置，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)變壓器的運(yùn)行狀態(tài)，或在故障發(fā)生時(shí)快速切除故障設(shè)備和線路，減小對(duì)電網(wǎng)的沖擊，進(jìn)而降低損失。

雖然每年我國(guó)都有幾十起變壓器故障發(fā)生，但很少出現(xiàn)大規(guī)模停電的事故，主要是因?yàn)橹匾妮斪冸娫O(shè)備均已為其配置了繼電保護(hù)裝置，許多故障在發(fā)生前就已經(jīng)著手解決，及時(shí)出現(xiàn)事故，繼電保護(hù)裝置也會(huì)在第一時(shí)間切除故障，降低損失。同時(shí)，在繼電保護(hù)裝置把故障設(shè)備隔離后，技術(shù)人員也可以快速的進(jìn)行檢修，大大縮短了排除故障的時(shí)間。

2 繼電保護(hù)在變電站中的應(yīng)用現(xiàn)狀

一直以來，繼電保護(hù)技術(shù)在線路保護(hù)上進(jìn)展較快，已基本可以滿足變電站對(duì)線路安全的要求，而主設(shè)備保護(hù)技術(shù)發(fā)展較為落后，與線路保護(hù)相比有較大差距。近年來， 主設(shè)備保護(hù)的研究也取得了一定進(jìn)展。其中，多回路分析法的誕生，為變電站主設(shè)備內(nèi)部故障保護(hù)的配置具備了理論基礎(chǔ)。但技術(shù)的實(shí)現(xiàn)大多體現(xiàn)在發(fā)電機(jī)繼電保護(hù)方向，其他主設(shè)備的繼電保護(hù)技術(shù)并不成熟。

2.1 縱差保護(hù)的定值整定計(jì)算

2.2 繼電保護(hù)在變壓器中的應(yīng)用

通過設(shè)置相應(yīng)的繼電保護(hù)，可以減少變壓器出現(xiàn)故障的頻率，減少故障對(duì)電網(wǎng)造成的沖擊，增強(qiáng)供電的安全性和可靠性。應(yīng)用縱差保護(hù)可以有效避免變壓器短路故障的發(fā)生，其優(yōu)點(diǎn)是可以單獨(dú)完成故障的診斷和切除，不考慮和其他裝置的配合，因此縱差保護(hù)具有快速排除故障的優(yōu)點(diǎn)，但是由于其對(duì)電氣連接要求較高，一般只能應(yīng)用于短線路，近年來，隨著光纖技術(shù)的發(fā)展，使得縱差保護(hù)甚至可以作為長(zhǎng)線路的主保護(hù)，消除了縱差保護(hù)應(yīng)用的局限性。

除了縱差保護(hù)，還可以瓦斯保護(hù)作為變壓器的主保護(hù)，這種繼電保護(hù)方式的結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，易于裝配，且運(yùn)行可靠性高。由前文所述，變壓器故障時(shí)會(huì)產(chǎn)生不同種類、濃度的特征氣體，通過對(duì)氣體的編碼可以確定變壓器的故障類型和故障發(fā)生時(shí)間。瓦斯保護(hù)就是通過對(duì)變壓器匝間和層間短路、鐵芯故障、套管內(nèi)部故障、繞組內(nèi)部斷線及絕緣劣化和油面下降等故障造成氣體濃度超過臨界值而發(fā)生動(dòng)作。

同時(shí)依據(jù)有關(guān)規(guī)程規(guī)定大型油浸式變壓器和處于密閉空間的油浸式變壓器，應(yīng)裝設(shè)瓦斯保護(hù)。

瓦斯保護(hù)一般分為輕瓦斯和重瓦斯兩類。

輕瓦斯：變壓器內(nèi)部過熱，或局部放電，使變壓器油油溫上升，產(chǎn)生一定的氣體，匯集于繼電器內(nèi)，達(dá)到了一定量后觸動(dòng)繼電器，發(fā)出信號(hào)。

重瓦斯：變壓器內(nèi)發(fā)生嚴(yán)重短路后，將對(duì)變壓器油產(chǎn)生沖擊，使一定油流沖向繼電器的檔板，動(dòng)作于跳閘。

瓦斯繼電器的整定：（1）輕瓦斯的整定范圍一般為250-300cm3，一般整定在250cm3。（2）重瓦斯按油流速度進(jìn)行整定，整定范圍為0.6-1.5m/s，一般整定在1m/s左右，如圖3所示。

3 結(jié)語

綜上所述，變電站作為電力系統(tǒng)的樞紐，而變壓器作為變電站的核心，綜上所述，變電站作為電力系統(tǒng)的樞紐，而變壓器作為變電站的核心，為保障它們的穩(wěn)定運(yùn)行，必須要配置合適的繼電保護(hù)裝置，從而快速地對(duì)故障進(jìn)行診斷，對(duì)故障線路進(jìn)行切除處理，減小故障帶來的經(jīng)濟(jì)損失。繼電保護(hù)是維持電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行的重要支持技術(shù)，針對(duì)變電站主設(shè)備的繼電保護(hù)還沒有完全跟上變電站發(fā)展的腳步，仍需要廣大電力工作者的不懈努力。

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Abstract：This paper starts with the analysis of the role of substation transformer relay protection， discusses the principle of relay protection， the significance of transformer relay protection， the setting calculation of relay protection and the specific application in transformer of substation. It is expected that the research on this paper can improve the basic understanding of relay protection and help to improve the stability of power system operation.

Key words：Substation; transformer; relay protection