電力變壓器繼電保護研究

喬梁 張華 李樹龍

【摘? 要】隨著我國社會生產力逐漸提升，我國人民的用電需求越來越高，給電力行業(yè)的發(fā)展帶來諸多機遇和挑戰(zhàn)。電力變壓器是電力系統(tǒng)最為重要的設備組成，其運行穩(wěn)定與否關系到整個電力系統(tǒng)的安全運行。本文將具體分析電力變壓器繼電保護技術，通過對繼電保護裝置性能完善，將電力系統(tǒng)安全水平提升。

【關鍵詞】電力;變壓器;繼電保護

引言

現階段，我國電力系統(tǒng)發(fā)展速度越來越快，自動化程度也越來越高，相應的對電網運行提出了更高的要求。一般而言，在電網系統(tǒng)的運行過程中，不僅僅需要確保輸電線路的穩(wěn)定性和安全性，還要采取措施，確保區(qū)域電能調度工作的效率。在保護電力系統(tǒng)安全性方面，繼電保護裝置具有非常重要的作用，在電力系統(tǒng)工作中，無論電力發(fā)送出現異常還是電力傳輸線出現斷裂現象，都會導致電力系統(tǒng)出現超負荷運行的現象，為了有效的保證電力系統(tǒng)的安全運行，必須利用繼電自動化控制系統(tǒng)，從電網內部隔離出故障部分，有效控制連鎖反應的發(fā)生提高設備的使用壽命，確保人們的用電安全。

1 電力變壓器繼電保護概述

繼電保護的作用是保證電力系統(tǒng)正常的運行以及可靠供電過程，電力變壓器繼電保護的功能如下。（1）在電力變壓器系統(tǒng)有狀態(tài)或者動作信號出現的時候，及時做出反應，為繼電保護功能以及設計能力進行及時保護;（2）在變壓器出現異常問題或者故障的時候，及時通過繼電保護動作切斷電力變壓器，將問題和故障隔離開，從而有效控制事故;（3）通過對電力變壓器進行繼電保護，可以避免設備故障或者停電帶來嚴重的經濟損失，為電網以及電力變壓器運行的經濟性打下良好的基礎。繼電保護裝置具有靈敏性、快速性、可靠性和選擇性四項性能，其中靈敏性是指對故障的反映能力;快速性是指故障發(fā)生或者有異常情況的時候能夠快速解決;可靠性是指不會有誤動作發(fā)生;選擇性是指將故障控制在最小的區(qū)間內，為其他沒有出現故障的部分繼續(xù)進行供電。

2電力變壓器繼電保護的運作機制

對于電力變壓器繼電保護而言，針對的為一種電力變壓器不同構件的保護設備，當系統(tǒng)了解了變壓器繼電保護的設計理念，便可以掌握繼電保護的運作機制。當電力變壓器產生故障時便形成了相應的應對反應，其中涵蓋了與其相關的不同類型元器件以及其他不同的方面，依靠對存在故障的及時、科學判定，并運用合適的處理方法，凸顯出繼電保護設計方案的功效。所以，繼電保護存在著穩(wěn)定性、選擇性、靈敏性以及速動性等諸多特征。對于穩(wěn)定性而言，處于變壓器保護狀態(tài)下的保護動作不會拒動，而保護沒有動作情況下則不會出現誤動情況;選擇性是處于繼電保護設備動作下，盡可能在最小區(qū)間內排除相關故障，確保電力系統(tǒng)運行的正常。而靈敏性則對繼電保護設備提出處于任何故障情況下，均可以準確體現出故障，不受到短路種類和具體方位因素的影響，進而加以保護。速動性則指的是形成保護動作之后對有關故障予以迅速排出，減小故障產生的危害。利用上述特點，使繼電保護在電力變壓器中的應用效果更加顯著。

3電力變壓器繼電保護的有效對策

3.1變壓器瓦斯保護

瓦斯保護作為變壓器的主保護，主要反映變壓器的匝間短路、鐵芯故障等變壓器內部故障。瓦斯繼電器是變壓器瓦斯保護核心元件，判斷變壓器內部有無故障通過變壓器油箱與油枕間瓦斯繼電器。變壓器輕微故障時絕緣物分解產生氣體，且氣體緩慢產生，聚集到繼電器內的氣體，繼電器動作，閉合接點，稱為輕瓦斯保護，一般來說輕瓦斯保護只做發(fā)信用，不作用于跳閘。而如果是嚴重的故障，變壓器內部會產生大量氣體在油箱中，強烈油流會對繼電器沖擊，重瓦斯動作接點閉合，此時會作用于跳閘并將信號發(fā)出，稱為重瓦斯保護。

2.2差動保護

差動保護主要包括比率制動差動保護和差動速斷保護。正常運行的情況下，三繞組變壓器三側電流向量之和為零，即iI2+ill2+illl2=0。如變壓器內部短路時，差動電流為Id=I1+I2+I3，也就是與各側短路電流之和。比率制動差動保護和差動速斷保護的啟動條件是一樣的：當差動電流Id大于電流起動整定值Icdqd時啟動元件動作開放比率差動保護和差動速斷保護。但是比率制動差動保護和差動速斷保護的動作條件是不同的，比率制動差動的動作特性是：差動電流動作值隨制動電流的增大而成某一比率的增大，而制動電流的算法則是不同保護廠家也有不同，一般是變壓器三側電流絕對值之和再乘以一個系數。一般來說，比率制動差動保護要經過TA飽和或斷線判別及勵磁涌流判別后才能出口。利用比率制動的特性防止了區(qū)外故障時由于TA的暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)飽和造成保護誤動，而區(qū)內故障能可靠動作。而差動速斷保護的動作條件則是當任意一相差動電流大于差動速斷整定值時保護瞬時動作跳開變壓器各側開關。差動速斷保護主要是為了在變壓器發(fā)生嚴重區(qū)內故障時能夠快速切除故障，保障變壓器及電網的安全。

3.3電力變壓器的過電流保護措施

對于電力變壓器的保護管理來說，還可以運用過電流保護措施達到既定的管控目標。通常情況之下，不僅要求進行常規(guī)的主保護管理，而且安裝了相間與接地短路在電力變壓器當中，用于發(fā)揮出后備保護的作用。由此可見，后備保護旨在謹防外界故障導致變壓器出現繞組過電流的情況?？梢詫⑵湟暈橄噜彽牟考?，一旦電力變壓器產生相應故障的時候，并能夠凸顯出其良好的功效。對于電力變壓器相間短路的后備保護管理而言，一般運用過電流保護的方式，使復合電壓與低電壓可以啟動相應的過電流保護功能，并且依靠阻抗保護的方法，達到后備保護的效果。應用過電流保護方式的過程當中，在形成保護動作以后，此時電力變壓器的兩端斷路器會出現跳開的情況。

結語

變壓器作為電力系統(tǒng)的核心元件，其運行狀態(tài)對于整個電網的安全穩(wěn)定運行有舉足輕重的影響，同時也會影響到千家萬戶人民的日常生活。作為變壓器運行可靠與安全的保證，繼電保護技術在電力系統(tǒng)中扮演著非常重要的角色。但是作為電氣設備，長期運行的過程中由于設備零部件老化或其他因素導致變壓器存在故障的可能性。上述基于變壓器常見故障，介紹了幾種變壓器繼電保護技術應用，包括差動保護、變壓器瓦斯保護、復壓閉鎖方向過流保護、零序方向過流保護等。利用這些保護可以在變壓器發(fā)生故障的情況下以最快的速度切除故障，保證變壓器自身安全，同時縮小故障影響范圍，把損失降到最低。當前電力系統(tǒng)主網使用的變壓器保護基本上都是微機保護，其保護邏輯也相對完善，但是對于配網變壓器的保護應用相對較弱，在今后仍需要不斷努力創(chuàng)新，進一步將繼電保護技術水平提升，以增強保護效率及效果，推進我國電力事業(yè)建設。

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（作者單位：1中國石油集團電能有限公司供電公司變電檢修部;2中國石油集團電能有限公司供電公司變電運行部星火一次變電所;3大慶油田有限責任公司第五采油廠第三油礦）