110kV主變壓器保護(hù)繼電保護(hù)分析

張邁 陳鵬 馮驛棋 曹松偉 劉陽

（1.國網(wǎng)南通供電公司 江蘇省南通市 226000 2.國網(wǎng)江蘇省電力有限公司檢修分公司 江蘇省南通市 226000）

電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障后，繼電保護(hù)和自動(dòng)化裝置就會(huì)立即發(fā)出相應(yīng)的預(yù)警信號[1]，并實(shí)時(shí)的、智能化的切除相關(guān)的電力保護(hù)設(shè)備運(yùn)行系統(tǒng)，當(dāng)電力故障情況不太嚴(yán)重時(shí)，繼電保護(hù)系統(tǒng)就會(huì)對電力故障及時(shí)的修復(fù)，保證電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行和電力系統(tǒng)正常供電。當(dāng)然，電力系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行期間，會(huì)受到各種外界環(huán)境因素以及認(rèn)為因素的影響，加上相關(guān)工作人員操作不規(guī)范，會(huì)直接導(dǎo)致機(jī)電保護(hù)和自動(dòng)化裝置受到不同程度的損害，降低其使用壽命。因此，電力企業(yè)以及有關(guān)部門應(yīng)該不斷學(xué)習(xí)電力運(yùn)行的相關(guān)知識，加強(qiáng)技術(shù)管理，解決相關(guān)電力故障問題，從而促進(jìn)電力系統(tǒng)的安全性和可靠性。

1 110kV變電站主變壓器與繼電保護(hù)系統(tǒng)分析概述

1.1 變電站主變壓器的優(yōu)缺點(diǎn)以及主要特點(diǎn)

1.1.1 110kV 變電站主變壓器的優(yōu)缺點(diǎn)概述

（1）主要優(yōu)點(diǎn)。110kV 變電站主變壓器，可以為相關(guān)電力工作人員提供安全可靠的數(shù)據(jù)信息，當(dāng)電力系統(tǒng)出現(xiàn)運(yùn)行問題時(shí)，它們還可以及時(shí)的發(fā)出報(bào)警信號并對系統(tǒng)故障的情況進(jìn)行相應(yīng)的記錄。另外，變電站中的主變壓設(shè)備還結(jié)合先進(jìn)的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對電力系統(tǒng)的運(yùn)行速度和強(qiáng)度進(jìn)行協(xié)調(diào)和控制，并和GPS功能充分配合，實(shí)施電力系統(tǒng)自動(dòng)化處理。

（2）主要缺點(diǎn)。110kV 變電站的主要問題為“五防閉鎖”，“五防閉鎖”主要是防止帶負(fù)荷分、合隔離開關(guān)；防止誤分、誤合斷路器、負(fù)荷開關(guān)、接觸器；防止接地開關(guān)處于閉合位置時(shí)關(guān)合斷路器、負(fù)荷開關(guān)；防止在帶電時(shí)誤合接地開關(guān)；防止誤入帶電室。簡單的說就是對于那些自動(dòng)控制系統(tǒng)的封閉隔離開關(guān)等實(shí)用性功能，很多綜合性能較好的電力系統(tǒng)還沒有達(dá)到相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，例如，隔離開關(guān)的機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)行情況會(huì)直接影響自動(dòng)化變電站的組織效率，為后期變電保護(hù)工作的開展帶來了一定的難度，這樣就不利于閉鎖生產(chǎn)電能的管理工作，相關(guān)產(chǎn)品在研究與開發(fā)領(lǐng)域得不到有效的技術(shù)創(chuàng)新和切實(shí)的技術(shù)應(yīng)用，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)發(fā)生安全意外事故，進(jìn)而威脅工作人員的生命財(cái)產(chǎn)安全[2]。

1.1.2 110kV 電力變壓器的主要特點(diǎn)

（1）鐵心主要由晶粒取向、低損耗。冷軋以及高導(dǎo)磁率的硅鋼片組成，厚度應(yīng)≤0.35mm，45.5°全斜階梯接縫形重疊，進(jìn)而滿足變壓器電能損耗低、噪聲低等要求，鐵心的周圍表面應(yīng)該涂抹適當(dāng)?shù)姆冷P漆，進(jìn)而防止潮濕、防止生成鐵銹。

（2）高壓線圈應(yīng)該采用糾結(jié)式連續(xù)模式。相關(guān)設(shè)計(jì)人員應(yīng)該在線圈的首端部位設(shè)置加強(qiáng)段，從內(nèi)部結(jié)構(gòu)上改善沖擊電壓的分布；中低壓線圈應(yīng)為連續(xù)式或者螺旋式，利用半硬的銅線繞制組成，在繞制過程中，線圈應(yīng)該拉近設(shè)置，并保證線壓沿著圓周的方向慢慢變緊，以此來提高線路能夠承受過大的輻向作用力。應(yīng)該說明的是，高低壓線圈均應(yīng)采用導(dǎo)向冷卻方式，進(jìn)而確保線圈呢能夠及時(shí)散熱，同時(shí)安全分布時(shí)應(yīng)科學(xué)合理，避免漏磁情況，提高線圈的抗短路能力。

（3）變壓器的引線應(yīng)進(jìn)行冷壓技術(shù)連接。各部分連接應(yīng)該緊湊且機(jī)器設(shè)備裝配完整，線圈的接口處應(yīng)使用絕緣性能較高的絕緣保護(hù)部件，采用變壓法來提高變壓器身的干燥程度，加強(qiáng)變壓器的絕緣保護(hù)。

（4）油箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面。禁止設(shè)計(jì)出十字接頭焊接的方案，可以選擇自動(dòng)埋弧焊和CO2氣體焊接保護(hù)，從而減少油箱焊接漏油現(xiàn)象，其中，焊縫檢測應(yīng)該采用超聲波探傷檢測技術(shù)。

（5）選用全密封結(jié)構(gòu)進(jìn)行儲(chǔ)油柜的安裝與管理。采用此種管理模式就可以保證變壓器內(nèi)部運(yùn)行的油不會(huì)受到外界空氣、水分的干擾，有效的減少其他環(huán)境因素進(jìn)入油箱內(nèi)而降低變壓器的絕緣性下降[3]。

（6）采用有效的定位結(jié)構(gòu)對主變壓器進(jìn)行保護(hù)。利用此種保護(hù)模式確保其在運(yùn)行過程中不會(huì)在運(yùn)輸和負(fù)載運(yùn)行導(dǎo)致器身發(fā)生移動(dòng)。除此之外，總裝應(yīng)該采用真空注油工序流程，把變壓器內(nèi)的潮氣全部排除進(jìn)而使得絕緣內(nèi)部的有關(guān)氣體可以徹底溢出，達(dá)到變壓器內(nèi)的油徹底絕緣隔離。

1.2 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)系統(tǒng)的概述

繼電保護(hù)系統(tǒng)主要是指當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障或者出現(xiàn)其他異常，在時(shí)間最短的情況下運(yùn)用最小的區(qū)域范圍內(nèi)，智能、自動(dòng)的把故障設(shè)備的危險(xiǎn)點(diǎn)切除，并向電力系統(tǒng)發(fā)出一系列的預(yù)警信號，從而減少或者避免電力設(shè)備發(fā)生損耗對供電地區(qū)產(chǎn)生不利的影響。

1.2.1 基本工作原理和主要構(gòu)成部分

電力系統(tǒng)的繼電保護(hù)裝置主要是通過電力系統(tǒng)保護(hù)的重要元件，避免發(fā)生短路故障或者發(fā)生異常情況時(shí)電氣量出現(xiàn)異常變化，包括電流、電壓以及功率產(chǎn)生異常狀態(tài)。110kV 繼電保護(hù)裝置以及供電網(wǎng)的運(yùn)行設(shè)備由兩套交、直流輸入、輸出回路相互獨(dú)立，并分別控制不同斷路器的繼電保護(hù)裝置進(jìn)行保護(hù)管理。當(dāng)任一套繼電保護(hù)系統(tǒng)裝置或者某一組斷路器拒絕操作運(yùn)行時(shí)，就可以由另一套繼電保護(hù)系統(tǒng)切除故障。繼電保護(hù)系統(tǒng)動(dòng)作的工作原理，還會(huì)涉及到其他物理變量，在通常情況下，不管反應(yīng)哪種物理量，繼電保護(hù)裝置系統(tǒng)都由測量部分（和定值調(diào)整部分）、邏輯部分以及執(zhí)行部分三部分組成。

1.2.2 繼電保護(hù)裝置的主要工作任務(wù)

（1）當(dāng)電力系統(tǒng)的重要元件出現(xiàn)短路故障問題時(shí)，繼電保護(hù)裝置應(yīng)立刻將故障元件的主要斷路器進(jìn)行跳閘切電處理，從而保證故障元件能夠和電力系統(tǒng)有效隔離并斷開，最后減輕相關(guān)人員對電力元件設(shè)備的損耗情況，降低對供電系統(tǒng)運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)干擾因素，確保供電配網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

（2）當(dāng)反應(yīng)電氣設(shè)備無法正常運(yùn)行時(shí)，繼電保護(hù)裝置會(huì)結(jié)合設(shè)備的實(shí)際故障情況和設(shè)備運(yùn)行維護(hù)管理?xiàng)l件的不同，發(fā)出相應(yīng)的預(yù)警信號，以便于值班人員有針對性的解決處理，或者相關(guān)保護(hù)裝置系統(tǒng)自動(dòng)的對故障問題進(jìn)行分析、調(diào)整，并將繼續(xù)運(yùn)行引發(fā)事故的電氣設(shè)備關(guān)鍵部門進(jìn)行徹底切除，在反應(yīng)不正常情況下，繼電保護(hù)裝置可以帶有延時(shí)動(dòng)作。

2 110kV變壓器繼電保護(hù)系統(tǒng)的主要問題

2.1 開關(guān)拒合出現(xiàn)問題

110kV 繼電保護(hù)系統(tǒng)的常用保護(hù)裝備為電流保護(hù)裝置和電流速斷保護(hù)裝置。而供輸電地區(qū)是否能夠保障供電系統(tǒng)運(yùn)行通暢的主要因素是開關(guān)性能完整，在時(shí)間不斷流逝以及開關(guān)部分零件出現(xiàn)老化的情況下，加之負(fù)電荷容量的迅猛增長，110 開關(guān)相繼發(fā)生了無法拒合的故障現(xiàn)象，導(dǎo)致此種現(xiàn)象發(fā)生的主要原因有兩種，一是由于開關(guān)在焊接過程中，關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)沒有連接好，致使在某一角度卡主而不能達(dá)到原來的設(shè)定狀態(tài)，在檢測維修過程中，工作人員疏忽大意，沒有發(fā)現(xiàn)此類問題，導(dǎo)致問題持續(xù)存在；二是110 開關(guān)的設(shè)計(jì)不合理，存在嚴(yán)重的短路問題，最終造成開關(guān)拒合情況出現(xiàn)，維修部門的人員應(yīng)加強(qiáng)故障排查，盡量減少此類故障發(fā)生的概率。

2.2 主變差動(dòng)出現(xiàn)問題

主變差動(dòng)故障是110 變電站在運(yùn)行期間經(jīng)常出現(xiàn)的問題之一，以某企業(yè)的110kV 變電站為例，該企業(yè)擁有兩臺40005kVA 容量的主變機(jī)器設(shè)備，并采用國電南瑞DSA 系列變電站成套保護(hù)裝置，在設(shè)備維修檢查過程中，發(fā)現(xiàn)110kV 其中一臺主變差動(dòng)保護(hù)裝置設(shè)備顯示“比率差動(dòng)動(dòng)作”，另一臺主變差動(dòng)保護(hù)裝置及相關(guān)附屬設(shè)備沒有發(fā)現(xiàn)異常情況，高低壓測電流互感器的外觀正常沒有出現(xiàn)破損跡象，保護(hù)裝置的開關(guān)端子排二次電流接線處燒焦凝結(jié)并炭化。對于主變差動(dòng)故障的原因有很多種：

（1）差動(dòng)保護(hù)裝置的零部件出現(xiàn)故障，老化現(xiàn)象嚴(yán)重?zé)o法正常運(yùn)轉(zhuǎn)；

（2）裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)問題；

（3）主變氣體繼電器誤動(dòng)；

（4）電流互感器出現(xiàn)故障；

（5）在二次電流回路過程中，發(fā)生斷線、接地或者相關(guān)短路故障。

維修檢測部門應(yīng)該開展全面的系統(tǒng)檢測和檢查工作，排除主變本身故障風(fēng)險(xiǎn)，并應(yīng)用先進(jìn)的設(shè)備處理技術(shù)，提升其使用性能。

2.3 低壓側(cè)近區(qū)出現(xiàn)問題

大量的電流沖擊變壓器造成變壓器的運(yùn)行效果降低最后導(dǎo)致低壓側(cè)近區(qū)出現(xiàn)故障。例如，在主變低壓側(cè)母線出現(xiàn)異常狀況時(shí)，會(huì)對主變區(qū)域沖擊非常大。因?yàn)樵谥髯儾顒?dòng)保護(hù)裝置的保護(hù)范圍之內(nèi)，只能憑借主變低壓側(cè)后備保護(hù)動(dòng)作進(jìn)行切除，根據(jù)實(shí)際的配合情況，最起碼需要1s才能進(jìn)行切除，當(dāng)?shù)蛪簠^(qū)側(cè)出線出口發(fā)生短路故障時(shí)，可能由于短路電流相對較大，導(dǎo)致電流互感器嚴(yán)重飽和，該線路保護(hù)拒動(dòng)。

3 加強(qiáng)110kV變壓器繼電保護(hù)的安全措施

3.1 制定科學(xué)的開關(guān)拒合方案

供電企業(yè)以及相關(guān)維修部門應(yīng)該在周密分析的基礎(chǔ)之后制定幾套維修方案來解決開關(guān)閉合問題。例如，在對繼電器進(jìn)行連接時(shí)，應(yīng)該適當(dāng)延時(shí)開關(guān)閉合連接點(diǎn)，并進(jìn)行調(diào)試，從而避免開關(guān)拒合出現(xiàn)問題；如果110kV 在剛啟動(dòng)時(shí)，受到供電負(fù)荷的沖擊性較小，這樣可能造成部分繼電保護(hù)裝置無法運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)而無法滿足大量電流負(fù)荷的生產(chǎn)需求，此時(shí)可以對開關(guān)進(jìn)行性能調(diào)節(jié)。

3.2 進(jìn)行差動(dòng)整值計(jì)算來改善主變差動(dòng)故障

在遇到主變差動(dòng)故障時(shí)，首先，應(yīng)避免主變壓器最大負(fù)荷情況下平衡電流進(jìn)而計(jì)算差動(dòng)定值，統(tǒng)籌情況下，主變壓器按照高壓側(cè)二次額定電流的6-21 倍正定設(shè)置，根據(jù)相關(guān)計(jì)算，確定主變差動(dòng)保護(hù)無誤，排除整定值引起誤動(dòng)的概率；其次，應(yīng)對保護(hù)裝置進(jìn)行全面檢查，再檢查直流回路，校驗(yàn)直流回路的檢測參數(shù)是否與出廠時(shí)保持一致；最后，檢查主變外觀是否出現(xiàn)滲油漏油情況，呼吸器、防爆管以及壓力釋放閥是否異常。除此之外，還應(yīng)該聘請專業(yè)的技術(shù)人才對電流互感器、二次回路線路進(jìn)行檢查，排除相關(guān)安全隱患。

3.3 通過速斷來解決低壓側(cè)近區(qū)問題

應(yīng)設(shè)置具備限流斷速功能的過流保護(hù)設(shè)備來盡量減少低壓出線速斷、高壓側(cè)閉鎖過流造成低側(cè)母線敏感度較高的情況。值得注意的是，低壓過流應(yīng)分為限時(shí)速斷以及過電流段兩個(gè)部分，限時(shí)速斷用來控制速斷現(xiàn)象，過電流主要控制速斷現(xiàn)象在低壓側(cè)近區(qū)出現(xiàn)問題時(shí)，保護(hù)相關(guān)斷路器設(shè)備，做到線路問題能夠及時(shí)的被解決。

3.4 加強(qiáng)閉鎖操作管理

相關(guān)企業(yè)應(yīng)該在110kV 電站上配備具有閉鎖功能的綜合控制系統(tǒng)，從而幫助工作人員對設(shè)備內(nèi)部問題進(jìn)行準(zhǔn)確的判斷和預(yù)測，當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，及時(shí)的向值班人員發(fā)出預(yù)警信號，降低人工出現(xiàn)失誤的狀況，另外，控制系統(tǒng)的閉鎖功能還可以有效解決電容器跳閘現(xiàn)象，假設(shè)電容器的開關(guān)在5 分鐘之內(nèi)總是跳閘，就會(huì)引起安全意外事故，而控制設(shè)備的閉鎖功能可以較好的解決這一問題，在進(jìn)行一系列的修復(fù)之后，將開關(guān)按鈕恢復(fù)原位，幫助工作人員排除設(shè)備各種運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。

3.5 加強(qiáng)設(shè)備的維護(hù)、更新與改造工作

首先，在對110kV 變電站進(jìn)行維修檢測過程中，維修人員應(yīng)該嚴(yán)格遵守企業(yè)的維修規(guī)章制度，明確自身的工作職責(zé)，做好電氣設(shè)備的日常檢查和處理，對于在日常生活中的故障問題，相關(guān)人員應(yīng)科學(xué)的制定解決方案，降低設(shè)備出現(xiàn)故障的概率，延長設(shè)備使用周期，減少企業(yè)的生產(chǎn)運(yùn)營成本；其次，應(yīng)加強(qiáng)設(shè)備的維護(hù)管理，企業(yè)應(yīng)該聘請專業(yè)的維修技術(shù)人員對變電站的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢查，并對重要設(shè)備的零部件進(jìn)行基礎(chǔ)和深入的維護(hù)管理，加強(qiáng)日常保養(yǎng)工作，提升機(jī)械設(shè)備的整體使用功能；最后，企業(yè)應(yīng)該投入一定的建設(shè)資金來營造一個(gè)良好的設(shè)備運(yùn)營環(huán)境，同時(shí)也為工作人員制造一個(gè)好的工作環(huán)境，管理部門還應(yīng)該不斷借鑒學(xué)習(xí)國內(nèi)外先進(jìn)的電氣設(shè)備管理技術(shù)，引進(jìn)高效的生產(chǎn)設(shè)備，擴(kuò)大企業(yè)的減少規(guī)模。

4 結(jié)束語

總而言之，110kV 主變壓器繼電保護(hù)是一個(gè)漫長而又艱巨的任務(wù)。相關(guān)部門的管理人員應(yīng)該不斷樹立自主創(chuàng)新意識，加強(qiáng)設(shè)備的技術(shù)管理，提升員工的綜合素養(yǎng)，在不斷與時(shí)俱進(jìn)的基礎(chǔ)上，因地制宜，統(tǒng)籌規(guī)劃，最后促進(jìn)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。