電力變壓器繼電保護分析

黑向品

(酒泉職業(yè)技術(shù)學院，甘肅 酒泉 735000)

電力變壓器是電力系統(tǒng)重要的一次設備，它通過變電壓、變電流、變阻抗、隔離、穩(wěn)壓等一系列功能為我們的電力事業(yè)保駕護航，正因為它的功能遍布到電力中的各個領域，如果出現(xiàn)故障，將會嚴重影響供電的可靠性和用戶的生產(chǎn)生活。因此，變壓器的繼電保護就顯得尤為重要。

1 電力變壓器的故障

為了保護電力變壓器，就有必要了解電力變壓器的常見故障，并安裝與其容量和重要性相適應的保護裝置。變壓器的故障以油箱為界分為外部故障和內(nèi)部故障，后者主要包括油箱內(nèi)繞組的匝間短路、相間短路和單相接地短路，這些短路故障非常危險，短路電流會產(chǎn)生溫度很高的電弧，電弧會加熱變壓器油箱里的油，油受熱會分解產(chǎn)生大量氣體，該氣體會導致油箱爆炸。前者的主要是由于外部原因所導致的油箱外引線或者變壓器外形變形，絕緣套管發(fā)熱等多種故障[1]。除故障狀態(tài)外，還存在變壓器的非正常運行狀態(tài)，包括：電力變壓器外部相間短路；外部接地短路引起的過電流；中性點過電壓；負載超過額定容量引起的過載；漏油引起的油位下降；大容量變壓器在異常運行時的過勵磁等。

2 電力變壓器的保護

為了保證電力變壓器的正常運行，這就需要給電力變壓器配備一定的保護。在實際運行中，我們將變壓器的故障狀態(tài)、不正常運行狀態(tài)的運行參數(shù)與變壓器正常運行的參數(shù)進行對比，從而判斷變壓器的是否出現(xiàn)故障，根據(jù)故障啟用相應的保護[2]。變壓器主要的保護有瓦斯保護、差動保護、過流保護、溫度保護、過負荷保護等，下面將分別說明。

2.1 瓦斯保護

變壓器氣體保護是油浸式變壓器內(nèi)部故障保護的基礎，當油浸式變壓器發(fā)生輕微故障時，變壓器油受熱會分解產(chǎn)生少量氣體，由于涌動速度慢，這些氣體流經(jīng)瓦斯繼電器時會在上部停留，導致油面下降，上油杯失去浮力接通上觸點發(fā)出報警信號，這個信號表示變壓器內(nèi)部輕微故障的輕瓦斯動作信號。當變壓器油箱內(nèi)發(fā)生嚴重故障時產(chǎn)生大量氣體，該氣體帶動油流快速涌動，由于涌動速度快，氣體在瓦斯繼電器上存留不住，會和油流一起沖擊擋板，導致下觸電閉合發(fā)出跳閘信號。如果油箱的油泄漏嚴重，氣體繼電器中的油可能會緩慢耗盡，此時上觸點的報警信號激活，并發(fā)出報警信號。當油繼續(xù)下降時，下油杯失去浮力而降落，使下觸點觸發(fā)跳閘信號，從而觸發(fā)斷路器跳閘。瓦斯保護能夠反映出變壓器所發(fā)生的內(nèi)部故障，包括油位下降或泄漏、繞組相間短路、繞組匝間短路等故障，但是不能反映外部端子的故障，所以對于變壓器還應該裝設其他的保護。

2.2 差動保護

由于氣體保護只能反應內(nèi)部故障，對于外部故障無法保護，差動保護能夠保護變壓器內(nèi)部的短路故障以及變壓器引出線、套管的相間短路故障。差動保護是通過比較分析變壓器檢測出的各側(cè)電流的數(shù)值和相位而形成的保護，其保護裝置是由相同極性的電流互感器和變壓器兩側(cè)的繼電器組成，兩個極性相同的電流互感器串聯(lián)在一個回路中，電流繼電器則跨接在該回路上。在適當選擇兩側(cè)電流互感器的電壓比和接線方式前提下，正常運行和保護區(qū)的外部故障情況下，流入差動繼電器的電流小于差動保護的動作電流，此時保護不進行動作。反之，當保護區(qū)內(nèi)發(fā)生故障時，流入差動繼電器的電流大于差動繼電器的動作電流，此時充分發(fā)揮出保護的功能。

2.3 過流保護

電力變壓器過電流保護的目的主要是為了保護由于變壓器外部短路所導致的過電流，同時，過流保護作為變壓器內(nèi)部故障的后備保護，大多數(shù)過電流保護裝置在電源側(cè)，因此整個變壓器仍在保護區(qū)內(nèi)，為了擴大保護范圍,電流互感器應盡量靠近高壓斷路器安裝。當發(fā)生內(nèi)部故障時,若瓦斯(縱聯(lián)差動或電流速斷)拒動時，過電流保護經(jīng)過整定時限后,動作于變壓器各側(cè)的斷路器使其跳閘。

2.4 溫度保護

電力變壓器還會有油溫、冷卻系統(tǒng)異常等情況，油溫異常會導致線圈絕緣老化，電氣特性變壞，嚴重時還會引發(fā)火災，電力變壓器上層油溫不允許超過95℃,一般運行情況為85℃，這就需要裝設監(jiān)視溫度計和溫控裝置對電力變壓器進行溫度保護。

2.5 過負荷保護

變壓器的負荷能力與所處的環(huán)境、負荷的波動、季節(jié)的交替、溫度的變化等一系列因素有關(guān)，當電力變壓器的實際容量超過額定容量時，電力變壓器會出現(xiàn)過負荷這一不正常運行狀態(tài)，如果長時間的過負荷運行會加速絕緣老化，也會縮短電力變壓器的使用壽命，更嚴重的過負荷還會造成電力事故，從而影響國民經(jīng)濟與正常的生產(chǎn)生活，因此需要裝設過負荷保護。電力變壓器有正常過負荷和事故過負荷，它們都應按規(guī)定的負荷的倍數(shù)確定變壓器允許運行的時間，如果發(fā)生過負荷這種情況，過負荷保護裝置將動作于信號，從而提醒值班人員應該加強對過負荷的幅度、時間、變壓器的油溫和油位的監(jiān)視。

3 電力變壓器的保護配置

緊密圍繞上文所提到的電力變壓器故障運行狀態(tài)，變壓器應配備以下保護配置。

3.1 瓦斯保護

容量為0.8MVA及以上油浸式變壓器和0.4MVA及以上車間內(nèi)油浸式變壓器，以及帶負荷調(diào)壓變壓器的充油調(diào)壓開關(guān)均應裝設瓦斯保護。輕瓦斯則動作于信號，重瓦斯則動作于斷路器跳閘。

3.2 縱差保護或電流速斷保護

電壓為10kV及以下且容量為10MVA以下單獨運行變壓器，應采用電流速斷保護；電壓為10kV以上，容量為10MVA及以上單獨運行的變壓器，以及容量為6.3MVA及以上并列運行的變壓器，應采用縱聯(lián)差動保護；容量為10MVA以下單獨運行的重要變壓器，可裝設縱聯(lián)差動保護。

3.3 接地保護

接地保護用于110kV及以上直接接地系統(tǒng)中變壓器高壓繞組與出線及相鄰線路間的短路反應，保護動作為跳閘。

3.4 過載保護

容量在0.4MVA及以上并列運行的變壓器或作為其他負荷備用電源的單獨運行的變壓器，應裝設過負荷保護。在無人值班的變電站，過負荷保護應動作與開關(guān)，斷開部分負荷或跳閘。

3.5 溫度保護

按照電力變壓器標準要求，對于變壓器油溫異常、冷卻系統(tǒng)故障應專門裝設相應的非電量保護[3]。

3.6 過勵磁保護

高壓側(cè)為500kV的變壓器宜裝設過勵磁保護。若變壓器分接開關(guān)連接或者調(diào)整不正確、變壓器投入負載、電力變壓器運行時額定電壓較低等，均會引發(fā)過勵磁現(xiàn)象[4]。變壓器過勵磁會導致鐵心飽和、勵磁電流劇增、鐵心溫度上升，嚴重過熱會使變壓器絕緣劣化、壽命降低，最終造成變壓器損壞。

4 結(jié)束語

筆者將研究的重點放在了對電力變壓器故障、異常工況和變壓器的幾種保護配置的分析上，指出變壓器正常運行的重要性。當前電子信息科技以及計算機技術(shù)正在飛躍式的發(fā)展，變壓器繼電保護已經(jīng)凸顯出來自動化、智能化的趨勢，微機保護逐漸盛行也較為容易實現(xiàn)；具有保護裝置本身缺陷或元件故障的自測功能；動作后的事故報告和故障錄波等功能。這些功能有利于保證系統(tǒng)安全可靠運行，系統(tǒng)發(fā)生故障后的事故分析以及快速恢復系統(tǒng)穩(wěn)定運行，基于諸多優(yōu)點深受電力系統(tǒng)繼電保護工作者的歡迎。