淺談主變非電量保護(hù)機(jī)理及定值整定原則

楊杰

摘要：變壓器在變電站中起到的作用不可小覷，其穩(wěn)定運(yùn)行關(guān)系到整個(gè)電力系統(tǒng)的維護(hù)和運(yùn)行。尤其是大型變壓器價(jià)格高昂，而且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一旦有內(nèi)部故障發(fā)生，維修困難，耗費(fèi)時(shí)間長，同時(shí)會導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)損失巨大。因此，以變壓器的重要性和使用范圍，需要安裝可靠、安全的保護(hù)裝置。

關(guān)鍵詞：非電量保護(hù);機(jī)理;定值整定

主變壓器在我國現(xiàn)代化的電力系統(tǒng)以及電氣設(shè)備中已經(jīng)占據(jù)非常重要的技術(shù)位置，從現(xiàn)在我國制造的的主變壓器整體構(gòu)造情況來看，主動式變壓器的正常運(yùn)行性能是非?？煽康摹５?，為進(jìn)一步大大提升我國電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和運(yùn)行性能水平，當(dāng)電力變壓器系統(tǒng)發(fā)生內(nèi)部元件故障時(shí)對其造成的性能影響非常大，所以目前電力系統(tǒng)變壓器的故障保護(hù)元件配置必須比較完善。電量保護(hù)固然重要，但是非電量保護(hù)也不能丟棄。因而，除了設(shè)備零序過載電流過壓保護(hù)、阻抗過流保護(hù)等電量保護(hù)外，還需要特別注意變壓器內(nèi)部故障的非電量保護(hù)，例如變壓器瓦斯保護(hù)等等，這些非電量保護(hù)對電力系統(tǒng)也非常重要。

一、非電量保護(hù)機(jī)理

非電量保護(hù)，顧名思義，是指發(fā)出由錯誤操作或非電量反射的信號的保護(hù)，通常保護(hù)的不是電量，而是非電量。保護(hù)裝置、電回路和安裝在變壓器上的非電量保護(hù)裝置元件組成主變壓器的非電量保護(hù)。非電量保護(hù)類型包括壓力釋放閥、壓力突變繼電器、油面溫控器、繞組溫度控制器等。

非電量維護(hù)主要對于輸入的接點(diǎn)展開記錄，并且傳送輸入的非電量接點(diǎn)。如果溫度過高，則通過壓力板的直接出口發(fā)出跳閘或警報(bào)。此外還可以選擇是否因油溫過高而關(guān)閉非介電，只有當(dāng)外部非介電油溫過高時(shí)，冷控停電跳閘功能才會打開，輸入觸點(diǎn)才會閉合。

非電量保護(hù)的工作原理很簡單，使用溫度、壓力、流量和其他非電量物理量來保護(hù)、顯示、報(bào)警、控制和監(jiān)測變壓器。

二、瓦斯保護(hù)原理

2.1瓦斯保護(hù)原理

（1）輕瓦斯對于變壓器內(nèi)部故障較輕，或故障初期油箱內(nèi)的油分解汽化并且產(chǎn)氣速度慢等情況比較合適。排掉繼電器和變壓器內(nèi)的油，液位下降，然后上浮子下降，與浮子相連的永磁體滑動，當(dāng)浮子到達(dá)設(shè)定位置時(shí)，永磁體立即激活觸點(diǎn)并發(fā)出瓦斯報(bào)警信號。

（2）重瓦斯適合應(yīng)用于電源內(nèi)部出現(xiàn)較嚴(yán)重系統(tǒng)故障時(shí)候，油箱之內(nèi)的油被分解，產(chǎn)生大量的濃氣體，油箱內(nèi)的壓力急劇增大，造成瓦斯和油流量快速流動，流量減少，超過設(shè)定值。當(dāng)達(dá)到該值時(shí)，變壓器兩側(cè)的斷路器就會跳閘，這就是所謂的瓦斯。當(dāng)重瓦斯發(fā)生時(shí)，會與變壓器連接的電源斷開，防止事故擴(kuò)大化。

2.2瓦斯保護(hù)的定值

通常，輕瓦斯的流速設(shè)定值通常是一個(gè)累積氣體平均體積的250-300ml，而重瓦斯的平均流速通常會被設(shè)置在1m/s和1.5m/s之間。

三、壓力釋放閥的保護(hù)原理

3.1保護(hù)原理

為大大增加電力設(shè)施正常運(yùn)行的安全可靠性，最初準(zhǔn)備投運(yùn)的大型變壓器逐漸采用替換壓力防爆管，采取壓力釋放控制閥的安裝方法。變壓器非電量保護(hù)的安全穩(wěn)壓裝置也就是壓力釋放閥，是用于保護(hù)浸入水中的各種電氣設(shè)備的安全保護(hù)裝置。如果變壓器內(nèi)的油箱發(fā)生變化，油箱內(nèi)的有機(jī)油脂就會自動分解掉并汽化，生成許多的氣體，從而導(dǎo)致油箱內(nèi)壓力激增，如果不釋放這些氣體，會導(dǎo)致變壓器油箱發(fā)生變形，甚至可能會爆裂。

當(dāng)壓力增加到一定的值后，會對主變進(jìn)行保護(hù)，并作用于信號。在變壓器頂部安裝壓力釋放閥，則在變壓器故障時(shí)，可能導(dǎo)致油箱內(nèi)壓力升高，當(dāng)壓力值上聲到開啟壓力釋放閥所需壓力時(shí)，壓力釋放閥會在兩毫秒內(nèi)打開，并釋放油箱內(nèi)的油，使油箱內(nèi)的壓力保持平衡，更加有效隔絕外界空氣、水分等雜質(zhì)，具有不損壞元件的優(yōu)點(diǎn)，操作后無需更換，因此被廣泛使用。

3.2壓力釋放閥保護(hù)的定值及運(yùn)行要求

壓力釋放閥開啟壓力的設(shè)定必須結(jié)合變壓器的結(jié)構(gòu)考慮，升座式和直接安裝在罐頂?shù)膮^(qū)別，芯式和殼式變壓器的區(qū)別在于一味降低開啟壓力釋放閥所需壓力很容易使啟動保護(hù)，壓力釋放閥的啟動開關(guān)會受潮濕或振動等因素的影響，而導(dǎo)致跳閘短路的發(fā)生，要防止跳閘事故發(fā)生或非電量保護(hù)故障。大多數(shù)變壓器設(shè)備制造商都還沒有制定壓力釋放閥觸頭接點(diǎn)的操作規(guī)范，需要在防止跳閘時(shí)觸點(diǎn)起作用，壓力釋放閥二次回路的絕緣降低了許多倍，因此經(jīng)常發(fā)生跳閘和停電。為此，變壓器操作規(guī)范壓力釋放閥觸點(diǎn)必須對信號起作用。但是，如果壓力釋放閥啟動而變壓器不跳閘，則變壓器可能會在缺少油的情況下運(yùn)行，從而使故障更加嚴(yán)重。為此，可以采用雙浮子瓦斯繼電器保護(hù)變壓器，若因?yàn)閴毫︶尫砰y啟動而使油量過少，瓦斯繼電器的下浮子下降并發(fā)出跳閘信號。

四、突變壓力保護(hù)

4.1突變壓力保護(hù)

壓力突變繼電器是電力變壓器內(nèi)部相對較新的非電量保護(hù)裝置，可以在變壓器運(yùn)行的全過程中起到保護(hù)作用，防止因變壓器發(fā)生內(nèi)部故障，而引起油箱內(nèi)壓力增高。根據(jù)變壓器內(nèi)部故障導(dǎo)致的油箱內(nèi)壓力升高，對變壓器進(jìn)行保護(hù)。當(dāng)變壓器發(fā)生故障時(shí)，油箱內(nèi)的壓力急劇上升。當(dāng)壓力上升率超過一定值，且壓力達(dá)到一定值時(shí)，壓力開關(guān)動作，發(fā)出報(bào)警信號或切斷電源，將其關(guān)閉以停止變壓器工作。這種保護(hù)優(yōu)于壓力釋放閥保護(hù)，前者提供更快的釋放速率但不釋放內(nèi)部壓力。此外，變壓器快動式液壓繼電器必須配備不銹鋼或其他耐腐蝕材料制成的防雨罩。

4.2突變壓力保護(hù)的定值

突壓保護(hù)的固定值是一個(gè)區(qū)域而不是單個(gè)值，保護(hù)整個(gè)運(yùn)行過程，感受不同的壓速率來執(zhí)行不同的動作。

五、溫控器保護(hù)原理及設(shè)置原則

為了能夠使變壓器穩(wěn)定正常運(yùn)行，必須將冷卻后的介質(zhì)和變壓繞組的工作溫度控制在一個(gè)規(guī)定溫度范圍內(nèi)。這必須對溫度自動控制器功能進(jìn)行明確要求，即在規(guī)定溫度范圍內(nèi)必須具備溫度自動測量和冷卻溫度控制的重要作用。當(dāng)工作溫度范圍達(dá)到系統(tǒng)設(shè)定的溫度范圍時(shí)，發(fā)出超溫警報(bào)或自動跳閘報(bào)警信號，以有效確保設(shè)備的正常使用壽命。溫度驅(qū)動控制器系統(tǒng)包括繞組溫度驅(qū)動控制器和油位溫度驅(qū)動控制器。

5.1測溫原理

（1）油面溫控器的測溫原理

彈性元件、毛細(xì)管和溫包構(gòu)成了溫度控制器。在這三個(gè)元件構(gòu)成的空間內(nèi)布滿了感知溫度的液體。隨著被測溫度的改變，并且液體具有熱脹冷縮的效應(yīng)，空間內(nèi)的感溫液體體積也會發(fā)生一定的變化。這種體積變化通過毛細(xì)管遠(yuǎn)距離傳送到彈性零件，將零件從原位置移開，元件的位移量可通過齒輪放大，并顯示測量值，同時(shí)啟動開關(guān)傳送電信號，使冷卻系統(tǒng)運(yùn)行，從而使得變壓器內(nèi)的溫度不會升高。

（2）繞組溫度控制器的測溫原理

油面溫度可以直接進(jìn)行測量，但是繞組溫控器因其高電壓而不能直接測量。繞組和冷卻介質(zhì)的溫度差與繞組中實(shí)際電流成函數(shù)比，套管電流互感器中的次級電流與變壓器繞組電流成正比，套管電流互感器可以向溫度計(jì)的加熱電阻提供二次電流，并產(chǎn)生與銅和油之間的溫差相對應(yīng)的變壓器負(fù)載測量值。這種間接測量器的原理用于顯示平均或最大測量繞組內(nèi)的溫度，即所謂的熱圖像。

（3）測量值的遠(yuǎn)程顯示原理

為了將測量值發(fā)送到控制室進(jìn)行遠(yuǎn)距離顯示，溫度控制器將銅或鉑電阻傳感器的電阻或溫度變化引起的機(jī)械位移轉(zhuǎn)換為滑線電位器的電阻變化，模擬輸出為4至20mA，在遠(yuǎn)距離信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字。使用滑線壓敏電阻的優(yōu)點(diǎn)是布線方便，傳輸路徑長，沒有補(bǔ)償電路，電流信號不受其余磁場或溫度的影響。

5.2溫控器保護(hù)的定值

假若工作時(shí)的溫度非常高，變壓器繞組工作溫度和油溫分別可以區(qū)分為兩個(gè)溫度等級——分為低值和高溫等值。低值影響信號，高值影響跳閘，在設(shè)計(jì)這兩個(gè)級別時(shí)，變電站必須是可運(yùn)行的，可以讓值班人員清楚地區(qū)分。

結(jié)束語

綜上所述，非電量保護(hù)裝置是電力變壓器重要的主要保護(hù)功能配置，因此通過設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)值來加以改進(jìn)它。性能優(yōu)良的非電量保護(hù)裝置對于有效保證主變壓器安全穩(wěn)定地運(yùn)行以及大大提高整個(gè)電力系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性等都具有非常重要的應(yīng)用意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]變電站主變非電量保護(hù)防誤動作分析與策略[J].李鳳剛，索利娟.四川水力發(fā)電.2011.

[2]主變冷卻裝置的運(yùn)行方式及非電量保護(hù)運(yùn)行管理[J].陳春鵬.企業(yè)導(dǎo)報(bào).2010.