電力變壓器的繼電保護(hù)思路探究

李鵬飛 吳海強(qiáng)

（中海油（中國）有限公司 湛江分公司，廣東 湛江 524057）

1 前言

中海油潿洲作業(yè)公司自組建潿洲電網(wǎng)以來，潿洲終端作為電網(wǎng)的重要組成部分，其不僅通過兩臺(tái)6.3/35kV 變壓器將終端的電升壓至35kV 供給海上電網(wǎng)而且承擔(dān)著為北海潿洲島人民群眾電力供應(yīng)的任務(wù)。變壓器的運(yùn)行好壞，直接影響到潿洲電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行及潿洲鎮(zhèn)居民正常的生產(chǎn)生活。變壓器在整個(gè)體系當(dāng)中扮演著重要的角色，這也就要求我們要不斷去完善電力系統(tǒng)可能存在的風(fēng)險(xiǎn)與問題，并采取科學(xué)有效的方式進(jìn)行管理與保護(hù)。因此，我們必須提升電力變壓器的繼電保護(hù)功能，避免因電力變壓器故障而導(dǎo)致電力事故發(fā)生，從而實(shí)現(xiàn)可靠、穩(wěn)定的電力供應(yīng)。

2 繼電保護(hù)概述

在整個(gè)電力系統(tǒng)中電力變壓器是關(guān)鍵，而繼電保護(hù)又是整個(gè)體系中關(guān)鍵的一環(huán)，如果在電力系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)有突發(fā)狀況發(fā)生或供電故障，這時(shí)繼電保護(hù)就會(huì)在有效范圍內(nèi)以最快的反應(yīng)速度傳遞異常信號(hào)，確保第一時(shí)間傳遞信息及時(shí)處理異常，并且如某些設(shè)備異常繼電保護(hù)會(huì)視情況進(jìn)行電力切斷，盡可能的控制異常的擴(kuò)散，有效的控制異常范圍。如果有故障發(fā)生時(shí)，繼電保護(hù)裝置會(huì)迅速的做出反應(yīng)，并且能夠確保反應(yīng)正確，有選擇性的進(jìn)行保護(hù)。其中，可以用靈敏系數(shù)來體現(xiàn)保護(hù)裝置的靈敏度，其數(shù)值的大小將直接體現(xiàn)出故障的解決速度；正確性是對(duì)故障的判斷保證在故障發(fā)生時(shí)不會(huì)產(chǎn)生抗拒；迅速性體現(xiàn)在故障的處理速度，即指在第一時(shí)間做出快速反應(yīng)，降低故障的影響范圍；選擇性是在故障發(fā)生時(shí)，進(jìn)行最小范圍的切斷電力的能力，并且保證電力的供應(yīng)；經(jīng)濟(jì)性主要是體現(xiàn)在整個(gè)系統(tǒng)的前期投入，以及裝置正常的運(yùn)行以及后期保養(yǎng)維護(hù)的成本和裝置發(fā)生極小概率的錯(cuò)誤反應(yīng)所造成的其他方面的損失[1]。

3 電力變壓器常見的運(yùn)行故障問題分析

3.1 由于內(nèi)部因素導(dǎo)致的故障

例如設(shè)備的接地狀況異常，或者是在設(shè)備的正常運(yùn)行過程中出現(xiàn)了繞組被破壞，就會(huì)導(dǎo)致繼電保護(hù)機(jī)器做出相應(yīng)的應(yīng)對(duì)與響應(yīng)，輕則會(huì)出現(xiàn)變壓器失效，重則會(huì)出現(xiàn)電力中斷，這是由于變壓器在正常的運(yùn)行中會(huì)有內(nèi)部故障的概率，以及設(shè)備本性設(shè)計(jì)以及組成存在的本身問題，整體來看，電力變壓器的主要內(nèi)部故障原因有兩點(diǎn)：第一是內(nèi)部電場(chǎng)強(qiáng)度發(fā)生變化，如一次或多次電壓波動(dòng)就會(huì)導(dǎo)致繞組斷線或者是絕緣層破壞；第二是熱故障，熱故障的主要產(chǎn)生原因就是變壓器降溫系統(tǒng)異常導(dǎo)致設(shè)備高溫或者是故障引起的局部高溫。

3.2 由于外部因素導(dǎo)致的故障

變壓器故障的外部因素主要就是在設(shè)備的安裝異?；蛘呤钱惓Ｊ褂盟鶎?dǎo)致的，例如外力因素導(dǎo)致外殼破壞進(jìn)而影響絕緣水平，或者是線路的錯(cuò)接，這些原因都會(huì)使繼電保護(hù)裝置時(shí)刻保持工作狀態(tài)。過高電壓或其他原因就會(huì)導(dǎo)致繼電保護(hù)裝置的安全事故，并且在設(shè)備正常的運(yùn)作過程中繼電保護(hù)裝置會(huì)時(shí)刻保護(hù)和限制電力變壓器，如果繼電保護(hù)失效，導(dǎo)致電力變壓器失去保護(hù)，就會(huì)有可能使變壓器受到損害。[2]

3.3 繼電保護(hù)引起的故障

在電力變壓器正常的運(yùn)行過程中，繼電保護(hù)裝置就會(huì)起到安全保護(hù)作用，如果是繼電保護(hù)裝置出現(xiàn)了異常狀態(tài)，如運(yùn)行錯(cuò)誤或錯(cuò)誤的判斷，這就容易導(dǎo)致電力變壓器在運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)故障時(shí)處于無保護(hù)狀態(tài)、出現(xiàn)故障不能及時(shí)反應(yīng)處理，這就會(huì)導(dǎo)致電力變壓器損壞，從而造成更大的損失。

4 電力變壓器進(jìn)行繼電保護(hù)的相關(guān)措施

4.1 變壓器的輕瓦斯保護(hù)和重瓦斯保護(hù)

在電力變壓器的繼電保護(hù)機(jī)制中瓦斯保護(hù)是最優(yōu)的選擇之一，主要分為兩種分別是輕瓦斯保護(hù)及重瓦斯保護(hù)，瓦斯保護(hù)是在變壓器的油箱內(nèi)部異常時(shí)將會(huì)發(fā)揮的非常明顯，例如，繞組的絕緣材料被破壞或者是自然老化，變壓器的絕緣套發(fā)生內(nèi)部異常，繞組的纏繞線出現(xiàn)皮損、各繞組之間出現(xiàn)短路、變壓器油箱出現(xiàn)液體油量不足、油箱體漏油以及控制開關(guān)出現(xiàn)異常以及其他異常情況，瓦斯的保護(hù)作用將會(huì)體現(xiàn)的淋漓盡致，并且瓦斯保護(hù)的安全性以及迅速性都值得被信任，方便更快的來處理解決問題[3]。如果是油浸式變壓器發(fā)生內(nèi)部故障，在電磁效應(yīng)的作用下將會(huì)導(dǎo)致絕緣層在高溫的作用下發(fā)生分解反應(yīng)從而產(chǎn)生大量的氣體，這種氣體將會(huì)由油箱向油枕方向蔓延，而這種現(xiàn)象就被稱為瓦斯保護(hù)，而這些氣體的流動(dòng)速度將會(huì)直接體現(xiàn)出變壓器故障的嚴(yán)重性，所以在發(fā)生變壓器故障時(shí)，氣體的流動(dòng)速度將會(huì)被視為一個(gè)重要的參考數(shù)據(jù)。

4.2 變壓器的電流速斷保護(hù)

在大多數(shù)情況下，通常是采用切斷變壓器的電源來截?cái)嚯娏鞯牧鲃?dòng)來保護(hù)變壓器，而這種保護(hù)最大的特點(diǎn)是安裝接線容易并且有著快速的執(zhí)行效率，但這種保護(hù)方式往往存在著一定的局限性，只能進(jìn)行局部區(qū)域的保護(hù)不能進(jìn)行全線路的保護(hù)，還存在發(fā)生故障時(shí)反應(yīng)速度慢不能夠達(dá)到要求的缺陷。所以，對(duì)于靈敏度要求高、容量大的變壓器不宜采用此類保護(hù)，不可作為變壓器的主保護(hù)。

4.3 變壓器的差動(dòng)保護(hù)

變壓器保護(hù)多數(shù)都采用差動(dòng)保護(hù)，通過檢測(cè)電器元件兩側(cè)的電勢(shì)差來判斷故障，如果有故障發(fā)生形成電勢(shì)差那么就會(huì)迅速反應(yīng)，切斷元器與其他裝置的關(guān)聯(lián)，從而達(dá)到保護(hù)其他裝置的目的，有效的控制故障范圍，充分的體現(xiàn)出了其具有優(yōu)質(zhì)的保護(hù)功能[4]。差動(dòng)保護(hù)裝置主要是對(duì)變壓器電流互感器之間的元件，以及涉及到的相關(guān)接線電路，它只會(huì)保護(hù)既已確定的保護(hù)范圍。差動(dòng)保護(hù)因其具備較高的靈敏性以及簡(jiǎn)單的安裝方式，作為變壓器的主保護(hù)得到廣泛的推廣。

4.4 電力變壓器的過負(fù)荷保護(hù)

電力變壓器的過載荷保護(hù)，大多數(shù)情況下往往只需要在負(fù)荷的三相上的任何一相安裝電流繼電器即可達(dá)到目的，這是因?yàn)樽儔浩魅嚯姙橄嗷?duì)稱。在雙繞組變壓器中，過負(fù)荷保護(hù)往往安裝在主電源處。而在單側(cè)電源的三繞組的變壓器中，通過對(duì)三個(gè)繞組進(jìn)行檢測(cè)容量，將其安裝在容量小的繞組側(cè)即可完成過負(fù)荷保護(hù)。在雙電源的三側(cè)變壓器中，需要對(duì)三繞組都進(jìn)行過負(fù)荷保護(hù)的安裝。對(duì)于油浸式電力變壓器，在額定的過載荷范圍是被允許運(yùn)行的，但是如果實(shí)際負(fù)荷量超過其額定容量的20%～30%，則應(yīng)將過負(fù)荷保護(hù)信號(hào)延時(shí)10～15s，進(jìn)一步確保準(zhǔn)確的信號(hào)。

4.5 零序過流保護(hù)

在零序過流保護(hù)中，如果是故障發(fā)生在電力變壓器的中性點(diǎn)時(shí)，那么此保護(hù)充當(dāng)備用保護(hù)，如果是變壓器在正常的運(yùn)行過程中出現(xiàn)了對(duì)地短路，那么短路就會(huì)由發(fā)生短路的點(diǎn)流向接地方向，即零序電源方向。通過把電功率分向其他導(dǎo)向上，通過判斷功率流動(dòng)方向?qū)^電器的保護(hù)有著重大的意義[5]。但又因?yàn)榇祟惐Ｗo(hù)只能體現(xiàn)出單相接地類的故障，如果有同時(shí)兩點(diǎn)出現(xiàn)接地故障，那么將不會(huì)有零序電流的產(chǎn)生，將不會(huì)對(duì)故障起到保護(hù)作用。

5 日常維護(hù)和保養(yǎng)

1.檢查有無異常聲音。若變壓器發(fā)出的音響增大且不均勻，甚至有爆裂聲或冒煙時(shí)，是變壓器內(nèi)部發(fā)生故障，應(yīng)立即停止運(yùn)行。

2.檢查油位計(jì)內(nèi)油的顏色是否正常。若發(fā)現(xiàn)油色變黑、顯著變深，應(yīng)停止運(yùn)行，并更換變壓器油。

3.檢查有無漏油、滲油現(xiàn)象和油位計(jì)指示是否正常。

4.檢查高低壓引出線的連接是否牢固。

5.變壓器發(fā)生火災(zāi)時(shí)，應(yīng)先把變壓器的各開關(guān)和熔斷器斷開，迅速地把變壓器油放出來并妥善保存，然后把燃燒的殘油撲滅。

6.檢查變壓器的接地是否良好，臺(tái)架、避雷器及其他附屬設(shè)備是否安裝牢固。

6 發(fā)展前景

第一，隨著科技的不斷發(fā)展和進(jìn)步，繼電保護(hù)也將與科技相搭配共同發(fā)展。首先，搭配互聯(lián)網(wǎng)共同開啟智能控制時(shí)代，主要包括故障信息分析、報(bào)警以及數(shù)據(jù)處理，通過內(nèi)網(wǎng)可以達(dá)到監(jiān)控繼電保護(hù)裝置以及電力變壓器的運(yùn)轉(zhuǎn)情況。

第二，大數(shù)據(jù)。通過設(shè)備試運(yùn)行以及在實(shí)際的運(yùn)行當(dāng)中不斷地積累數(shù)據(jù)能夠?qū)Ξ惓?shù)據(jù)的分析，減少錯(cuò)誤的報(bào)警，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)進(jìn)行快速異常處理。

第三，信息公共性。繼電保護(hù)裝置的發(fā)展已成為未來電力系統(tǒng)的重點(diǎn)發(fā)展方向，通過不斷地完善優(yōu)化數(shù)據(jù)，信息共享化能夠更有效的發(fā)揮繼電保護(hù)的作用，提升電力輸出的穩(wěn)定性和可靠性[6]。

與傳統(tǒng)的繼電保護(hù)裝置控制相比，信息化時(shí)代的到來已經(jīng)起到翻天覆地的變化，其信息的準(zhǔn)確性、信息傳遞的效率以及速度都將大大提升，相對(duì)于原有技術(shù)將取得質(zhì)的飛躍。

7 結(jié)語

通過以上分析，我們需進(jìn)一步研究電力變壓器的繼電保護(hù)裝置，充分發(fā)揮繼電保護(hù)裝置的保護(hù)變壓器的作用，并且根據(jù)變壓器種類的不同、故障點(diǎn)不同來選擇合適的繼電保護(hù)裝置，這樣才能夠保證電力變壓器的正常運(yùn)行，即使發(fā)生故障，也能夠提高故障處理效率，降低故障造成的影響和損失，進(jìn)而提供穩(wěn)定的電力供應(yīng)。