電力變壓器繼電保護(hù)措施探討

段學(xué)鵬

（陽城國際發(fā)電有限責(zé)任公司， 山西 陽城 048102）

在電力系統(tǒng)中，電力變壓器是輸配電力不可缺少的重要設(shè)備，在機(jī)床電器、照明、醫(yī)療設(shè)備、機(jī)械電子設(shè)備等中廣泛應(yīng)用到了電力變壓器。而在電力變壓器在運(yùn)行的過程中，通常會(huì)出現(xiàn)各種故障，這些故障的存在會(huì)威脅到電力系統(tǒng)的安全持續(xù)運(yùn)行，尤其是大容量變壓器出現(xiàn)故障，對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)的影響更為嚴(yán)重。在電力系統(tǒng)飛速發(fā)展的如今，對(duì)繼電保護(hù)提出了的要求更高，為此，要加強(qiáng)電力變壓器繼電保護(hù)裝置的功能，從而以確保電力系統(tǒng)得以安全穩(wěn)定運(yùn)行有著重要的意義。

1 電力變壓器的常見故障和非正常運(yùn)行狀態(tài)

電力變壓器的故障分為內(nèi)部和外部兩種故障。內(nèi)部故障指變壓器油箱里面發(fā)生的各種故障，主要靠瓦斯和差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作切除變壓器;外部故障指油箱外部絕緣套管及其引出線上發(fā)生的各種故障，一般情況下由差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作切除變壓器。速動(dòng)保護(hù)(瓦斯和差動(dòng))無延時(shí)動(dòng)作切除故障變壓器，設(shè)備是否損壞主要取決于變壓器的動(dòng)穩(wěn)定性。而在變壓器各側(cè)母線及其相連間隔的引出設(shè)備故障時(shí)，若故障設(shè)備未配保護(hù)(如低壓側(cè)母線保護(hù))或保護(hù)拒動(dòng)時(shí)，則只能靠變壓器后備保護(hù)動(dòng)作跳開相應(yīng)開關(guān)使變壓器脫離故障。因后備保護(hù)帶延時(shí)動(dòng)作，所以變壓器必然要承受一定時(shí)間段內(nèi)的區(qū)外故障造成的過電流，在此時(shí)間段內(nèi)變壓器是否損壞主要取決于變壓器的熱穩(wěn)定性。因此，變壓器后備保護(hù)的定值整定與變壓器自身的熱穩(wěn)定要求之間存在著必然的聯(lián)系。

變壓器的不正常運(yùn)行狀態(tài)即變壓器在故障狀態(tài)運(yùn)行的狀態(tài)，變壓器在不正常的運(yùn)行狀態(tài)運(yùn)行，會(huì)加快絕緣材料老化、使得鐵芯、繞組和其他金屬構(gòu)件熱量過高，從而降低絕緣強(qiáng)度，減少變壓器的使用壽命，導(dǎo)致其他故障的發(fā)生。因此，電力變壓器要裝設(shè)繼電保護(hù)裝置，以及時(shí)將短路故障切斷，防止更大的損壞的發(fā)生。

2 繼電保護(hù)的組成及工作原理

供電系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，會(huì)引起電流的增加和電壓的降低，以及電流電壓間相位角的變化，因此故障時(shí)參數(shù)與正常運(yùn)行的差別就可以構(gòu)成不同原理和類型的繼電保護(hù)。例如，利用短路時(shí)電流增大的特征，可構(gòu)成過電流保護(hù)：利用電壓降低的特征可構(gòu)成低電壓保護(hù)：利用電壓和電流比值的變化，可構(gòu)成阻抗保護(hù)：利用電壓和電流之間的相位關(guān)系的變化，可構(gòu)成方向保護(hù)：利用比較被保護(hù)設(shè)備各端電流大小和相位的差別可構(gòu)成差動(dòng)保護(hù)等。此外也可根據(jù)電氣設(shè)備的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)反映非電量的保護(hù)。

3 繼電保護(hù)的特點(diǎn)

3.1 可靠性高

繼電保護(hù)的可靠性高，是因?yàn)橛泻侠淼呐渲?、質(zhì)量技術(shù)性能優(yōu)良的繼電保護(hù)裝置以及正常的運(yùn)行維護(hù)與管理。在繼電保護(hù)系統(tǒng)中，信息管理技術(shù)采用了方法庫和數(shù)據(jù)倉庫，使得系統(tǒng)的維護(hù)和升級(jí)更加方便，在運(yùn)行過程中，整個(gè)信息管理系統(tǒng)由以往分散式的傳輸轉(zhuǎn)變?yōu)榧惺降倪\(yùn)輸，即集中于網(wǎng)絡(luò)中心的數(shù)據(jù)庫和規(guī)則庫，這樣即便其中一個(gè)客戶的工作站有問題的出現(xiàn)，也不會(huì)對(duì)整個(gè)信息系統(tǒng)的正常運(yùn)行造成影響。

3.2 實(shí)用性強(qiáng)

在生產(chǎn)運(yùn)行中所出現(xiàn)的一些實(shí)際問題，通過繼電保護(hù)能夠有效的對(duì)二次部分中各類數(shù)據(jù)之間的使用和共享予以解決。由于其能分析系統(tǒng)、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，這就更便于工作人員的操作，其實(shí)用性更強(qiáng)，繼電保護(hù)運(yùn)行的水平在一定程度上得以提高。

3.3 實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控

因微機(jī)保護(hù)裝置有串行通信的作用，其能與遠(yuǎn)方的變電站的微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行相互間的通信聯(lián)絡(luò)，而使得整個(gè)微機(jī)保護(hù)都具備了遠(yuǎn)程監(jiān)控性，從而更加保障了無人變電站的繼電保護(hù)系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

4 變壓器繼電保護(hù)的措施

4.1 反應(yīng)變壓器油箱內(nèi)部各種故障和油面降低的瓦斯保護(hù)。

0.8 MVA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，均應(yīng)裝設(shè)瓦斯保護(hù)。當(dāng)油箱內(nèi)故障產(chǎn)生輕微瓦斯或油面下降時(shí)，應(yīng)瞬時(shí)動(dòng)作于信號(hào)；當(dāng)產(chǎn)生大量瓦斯時(shí)，應(yīng)動(dòng)作于斷開變壓器各側(cè)斷路器。帶負(fù)荷調(diào)壓的油浸式變壓器的調(diào)壓裝置，亦應(yīng)裝設(shè)瓦斯保護(hù)。

4.2 反應(yīng)變壓器引出線、套管及內(nèi)部短路故障的縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)或電流速斷保護(hù)。

保護(hù)瞬時(shí)動(dòng)作于斷開變壓器的各側(cè)斷路器。

4.2.1 對(duì) 6.3MVA以下廠用變壓器和并列運(yùn)行的變壓器，以及10MVA以下廠用備用變壓器和單獨(dú)運(yùn)行的變壓器，當(dāng)后備保護(hù)時(shí)間大于0.5s時(shí)，應(yīng)裝設(shè)電流速斷保護(hù)。

4.2.2 對(duì)6.3MVA及以上廠用工作變壓器和并列運(yùn)行的變壓器，10MVA及以上廠用備用變壓器和單獨(dú)運(yùn)行的變壓器，以及2MVA及以上用電流速斷保護(hù)靈敏性不符合要求的變壓器，應(yīng)裝設(shè)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)。

4.2.3 對(duì)高壓側(cè)電壓為330kV及以上變壓器，可裝設(shè)雙重縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)。

4.2.4 對(duì)于發(fā)電機(jī)變壓器組，當(dāng)發(fā)電機(jī)與變壓器之間有斷路器時(shí)，發(fā)電機(jī)裝設(shè)單獨(dú)的縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)。當(dāng)發(fā)電機(jī)與變壓器之間沒有斷路器時(shí)，100MVA及以下發(fā)電機(jī)與變壓器組共用縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)；100MVA以上發(fā)電機(jī)。除發(fā)電機(jī)變壓器共用縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)外，發(fā)電機(jī)還應(yīng)單獨(dú)裝設(shè)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)。對(duì)200～300MVA的發(fā)電機(jī)變壓器組亦可在變壓器上增設(shè)單獨(dú)的縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)，即采用雙重快速保護(hù)。

4.3 反應(yīng)變壓器外部相間短路并作瓦斯保護(hù)和縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)（或電流速斷保護(hù)）后備的過電流保護(hù)、低電壓起動(dòng)的過電流保護(hù)、復(fù)合電壓起動(dòng)的過電流保護(hù)、負(fù)序電流保護(hù)和阻抗保護(hù)，保護(hù)動(dòng)作后應(yīng)帶時(shí)限動(dòng)作于跳閘。

4.3.1 過電流保護(hù)宜用于降壓變壓器。

4.3.2 復(fù)合電壓起動(dòng)的過電流保護(hù)，宜用于升壓變壓器、系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)變壓器和過電流保護(hù)不滿足靈敏性要求的降壓變壓器。

4.3.3 負(fù)序電流和單相式低電壓起動(dòng)過電流保護(hù)，可用于63MVA及以上升壓變壓器。

4.3.4 當(dāng)采用上述2）、3）的保護(hù)不能滿足靈敏性和選擇性要求時(shí)，可采用阻抗保護(hù)。

4.4 反應(yīng)大接地電流系統(tǒng)中變壓器外部接地短路的零序電流保護(hù)。

110kV及以上大接地電流系統(tǒng)中，如果變壓器中性點(diǎn)可能接地運(yùn)行，對(duì)于兩側(cè)或三側(cè)電源的升壓變壓器或降壓變壓器應(yīng)裝設(shè)零序電流保護(hù)，作變壓器主保護(hù)的后備保護(hù)，并作為相鄰元件的后備保護(hù)。

4.5 反應(yīng)變壓器對(duì)稱過負(fù)荷的過負(fù)荷保護(hù)。

對(duì)于400kVA及以上的變壓器，當(dāng)臺(tái)數(shù)并列運(yùn)行或單獨(dú)運(yùn)行并作為其他負(fù)荷的備用電源時(shí)，應(yīng)根據(jù)可能過負(fù)荷的情況裝設(shè)過負(fù)荷保護(hù)。對(duì)自耦變壓器和多繞組變壓器，保護(hù)裝置應(yīng)能反應(yīng)公共繞組及各側(cè)過負(fù)荷的情況。過負(fù)荷保護(hù)應(yīng)接于一相電流上，帶時(shí)限動(dòng)作于信號(hào)。在無經(jīng)常值班人員的變電所，必要時(shí)過負(fù)荷保護(hù)可動(dòng)作于跳閘或斷開部分負(fù)荷。

4.6 反應(yīng)變壓器過勵(lì)磁的過勵(lì)磁保護(hù)。

現(xiàn)代大型變壓器的額定磁密近于飽和磁密，頻率降低或電壓升高時(shí)容易引起變壓器過勵(lì)磁，導(dǎo)致鐵心飽和，勵(lì)磁電流劇增，鐵心溫度上升，嚴(yán)重過熱會(huì)使變壓器絕緣劣化，壽命降低，最終造成變壓器損壞。因此，高壓側(cè)為500kV的變壓器宜裝設(shè)過勵(lì)磁保護(hù)

5 總之，電力系統(tǒng)在運(yùn)行過程中會(huì)因多種因素的影響而使得電氣熱備出現(xiàn)各種故障，電力變壓器作為電力系統(tǒng)中輸配電力不可缺少的重要設(shè)備，為此，要科學(xué)合理地進(jìn)行繼電保護(hù)裝置的設(shè)置，以確保電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

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