李明正

(寧夏吳忠供電局，寧夏 吳忠 751100)

1 引言

變壓器是電力系統(tǒng)中的重要設(shè)備之一，它的故障對供電可靠性和系統(tǒng)的正常運(yùn)行帶來嚴(yán)重的影響。變壓器故障通常是伴隨著電弧和放電以及劇烈燃燒而發(fā)生，隨后電力設(shè)備即發(fā)生短路或其他故障，輕則可能僅僅是機(jī)器停轉(zhuǎn)，照明完全熄滅，嚴(yán)重時會發(fā)生重大火災(zāi)乃至造成人身傷亡事故。同時大容量的變壓器也是非常貴重的設(shè)備，如何對變壓器進(jìn)行保護(hù)設(shè)計，確保變壓器的安全運(yùn)行受到了電力工程技術(shù)人員的廣泛關(guān)注和高度重視，故此必須根據(jù)變壓器容量和重要程度來進(jìn)行保護(hù)設(shè)計和裝設(shè)專用的保護(hù)裝置，加強(qiáng)變壓器的保護(hù)模式，以使電力供應(yīng)更加安全可靠。

變壓器常用的保護(hù)裝置有:瓦斯保護(hù)、縱聯(lián)差動保護(hù)、過負(fù)荷保護(hù)。

2 瓦斯保護(hù)運(yùn)行原則設(shè)計

瓦斯保護(hù)是反映變壓器內(nèi)部故障的重要保護(hù)。輕瓦斯反映變壓器內(nèi)部的輕微故障或不正常現(xiàn)象，動作于信號;重瓦斯保護(hù)反映變壓器內(nèi)短路故障，動作于跳閘。

對運(yùn)行中的變壓器進(jìn)行加油、濾油、清理呼吸道、換矽膠等工作之前，應(yīng)先將重瓦斯跳閘壓板改接于信號位置。工作完畢完全停止排氣泡時，方可將重瓦斯壓板恢復(fù)至跳閘位置。

經(jīng)大修或換油后投運(yùn)的變壓器，應(yīng)根據(jù)瓦斯繼電器的類型來確定將瓦斯保護(hù)投跳閘或信號。若變壓器的重瓦斯繼電器為擋板式，在變壓器投運(yùn)時可將重瓦斯保護(hù)投跳閘。

輕瓦斯發(fā)出信號時，要鑒定繼電器內(nèi)集聚氣體的性質(zhì)，重瓦斯保護(hù)繼續(xù)運(yùn)行。當(dāng)重瓦斯保護(hù)動作跳閘后，變壓器未經(jīng)檢查試驗禁止投入運(yùn)行。

(1)旁路開關(guān)帶主變開關(guān)運(yùn)行

①應(yīng)將被帶主變開關(guān)的差動CT回路切換至主變套管CT。

②切換過程中，為防差動保護(hù)誤動，應(yīng)將差動保護(hù)短時退出。

③變壓器后備保護(hù)跳本側(cè)壓板切換至跳旁路開關(guān)

(2)內(nèi)橋接線的變電站主變差動保護(hù)，其高壓差動CT分別取自高壓進(jìn)線開關(guān)和高壓母聯(lián)開關(guān)，當(dāng)開關(guān)工作時應(yīng)防止其CT開路造成主變差動保護(hù)誤動。

(3)變壓器的間隙保護(hù)在變壓器中性點不接地時投入，當(dāng)變壓器中性點接地運(yùn)行時退出。

(4)并聯(lián)運(yùn)行的變壓器后備保護(hù)跳母聯(lián)壓板，單臺運(yùn)行時要解除(和分路能配合的投入)，停電工作變壓器跳母聯(lián)的壓板必須解除。

(5)系統(tǒng)變壓器中性點接地方式規(guī)定

①凡與系統(tǒng)并列的220kV變壓器(含發(fā)電廠高備變)及省調(diào)調(diào)度的發(fā)電廠110kV變壓器接地方式由省調(diào)統(tǒng)一規(guī)定，系統(tǒng)內(nèi)的自耦變壓器中性點經(jīng)常保持接地運(yùn)行。

②一個變電站有多臺變壓器運(yùn)行，只允許有一個接地點，應(yīng)優(yōu)先考慮代負(fù)荷調(diào)壓變壓器接地，當(dāng)中性點接地變壓器停運(yùn)時，應(yīng)先將運(yùn)行中的另一臺變壓器接地。

③發(fā)電廠、變電站如果有兩臺變壓器接地，應(yīng)分別接在兩組母線上運(yùn)行。

④在兩組以上的發(fā)電機(jī)—變壓器組運(yùn)行的發(fā)電廠，當(dāng)一組中的發(fā)電機(jī)停運(yùn)而變壓器繼續(xù)運(yùn)行時，如果該變壓器接地運(yùn)行(自耦變除外)，應(yīng)倒換為接有發(fā)電機(jī)那臺變壓器接地。

⑤當(dāng)變壓器高、中壓任一側(cè)斷開，變壓器繼續(xù)運(yùn)行，則變壓器斷開側(cè)中性點必須接地并投入零序保護(hù)。變壓器特別是大型變壓器事故較多，往往出現(xiàn)瓦斯保護(hù)信號動作或開關(guān)跳閘。若瓦斯保護(hù)動作，變壓器開關(guān)跳閘，一般情況下，其事故過程已結(jié)束，后果比較嚴(yán)重。因此，必須在瓦斯信號動作時，認(rèn)真檢查，仔細(xì)分析，正確判斷，立即采取措施。

3 縱聯(lián)差動保護(hù)設(shè)計

3.1 采用HH54P AC220型繼電器作為差動保護(hù)繼電器

變壓器差動保護(hù)接線及等效電路如圖1所示。

圖1 利用快速飽和變流器限制激磁涌流

但是，由于許多因素的影響，在正常運(yùn)行和外部故障時，在繼電器中流過不平衡電流，會直接影響差動保護(hù)的靈敏度。其原因是:

(1)變壓器兩側(cè)裝設(shè)的電流互感器型式不同;

(2)兩側(cè)電流互感器變比不同;

(3)在運(yùn)行中改變變壓器變比;

(4)勵磁涌流的產(chǎn)生;

(5)變壓器個側(cè)繞組接線形式不同。

3.2 三繞組變壓器差動保護(hù)設(shè)計

三繞組變壓器差動保護(hù)的動作原理和雙繞組變壓器差動保護(hù)的動作原理是一樣的，也是按循環(huán)電流原理構(gòu)成的。正常運(yùn)行和外部短路時，三繞組變壓器三側(cè)電流向量和(折算至同一電壓等級)為零。它可能是一側(cè)流入另兩側(cè)流出，也可能由兩側(cè)流入，而從第三側(cè)流出。所以，若將任何兩側(cè)電流相加再去和第三側(cè)電流相比較，就構(gòu)成三繞組變壓器的差動保護(hù)。其原理接線如圖2所示。

圖2 三繞組變壓器的差動保

當(dāng)正常運(yùn)行和外部短路時，若不平衡電流忽略不計，則流入繼電器的電流為零，即

iR=iI2+iII2+iIII2=0

當(dāng)內(nèi)部短路時，流入繼電器的電流則為iR=iI2+iII2+iIII2=∑iK/na

即等于各側(cè)短路電流(二次值)的總和。

可見在正常及區(qū)外短路時，保護(hù)不會動作，而發(fā)生內(nèi)部故障時，保護(hù)將靈敏動作。

為保證三繞組變壓器差動保護(hù)的可靠性和靈敏性，應(yīng)注意以下幾點:

(1)各側(cè)電流互感器的變比應(yīng)統(tǒng)一按變壓器最大額定容量來選擇。

(2)外部短路時的三繞組變壓器比雙繞組變壓器的不平衡電流大，宜采用帶制動特性的BCH－1型差動繼電器，若BCH－1型仍不滿足靈敏度要求，可采用二次諧波制動的差動保護(hù)，

(3)為解決實際變比與計算變比不一致而引起的不平衡電流，以保證每兩側(cè)線圈之間的平衡，對BCH－1型差動保護(hù)，應(yīng)將兩組平衡線圈分別接在二次電流較小的兩側(cè)。

3.3 變壓器差動保護(hù)帶負(fù)荷測試

要排除設(shè)計、安裝、整定過程中的疏漏(如線接錯、極性弄反、平衡系數(shù)算錯等等)，就要收集充足、完備的測試數(shù)據(jù)。

3.3.1 差流(或差壓)。

變壓器差動保護(hù)是靠各側(cè)CT二次電流和差流工作的。所以，差流(或差壓)是差動保護(hù)帶負(fù)荷測試的重要內(nèi)容。電流平衡補(bǔ)償?shù)牟顒永^電器(如LCD－4、LFP－972、CST－31A型差動繼電器)，用鉗形相位表或通過微機(jī)保護(hù)液晶顯示屏依次測出A相、B相、C相差流，并記錄;磁平衡補(bǔ)償?shù)牟顒永^電器(如BCH－1、BCH－2、DCD－5型差動繼電器)，用0.5級交流電壓表依次測出A相、B相、C相差壓，并記錄。

3.3.2 各側(cè)電流的幅值和相位。

只憑借差流判斷差動保護(hù)正確性是不充分的，因為一些接線或變比的小錯誤，往往不會產(chǎn)生明顯的差流，且差流隨負(fù)荷電流變化，負(fù)荷小，差流跟著變小，所以，除測試差流外，還要用鉗形相位表在保護(hù)屏端子排依次測出變壓器各側(cè)A相、B相、C相電流的幅值和相位(相位以一相PT二次電壓做參考)，并記錄。此處不推薦通過微機(jī)保護(hù)液晶顯示屏測量電流幅值和相位。

3.3.3 變壓器潮流。

通過控制屏上的電流、有功、無功功率表，或者監(jiān)控顯示器上的電流、有功、無功功率數(shù)據(jù)，或者調(diào)度端的電流、有功、無功功率遙測數(shù)據(jù)，記錄變壓器各側(cè)電流大小，有功、無功功率大小和流向，為CT變比、極性分析奠定基礎(chǔ)。負(fù)荷電流要越大越好，負(fù)荷電流越大，各種錯誤在差流中的體現(xiàn)就越明顯，就越容易判斷。然而，實際運(yùn)行的變壓器，負(fù)荷電流受網(wǎng)絡(luò)限制，不會很大，但至少應(yīng)滿足所用測試儀器精度要求，以及差流和負(fù)荷電流的可比性。若二次負(fù)荷電流只有0.2A而差流有65mA時，判斷差動保護(hù)的正確性就相當(dāng)困難。

4 變壓器的過流保護(hù)

為了防止外部短路引起變壓器線圈的過電流，并作為差動保護(hù)的后備，變壓器還必須裝設(shè)過電流保護(hù)。

對于單側(cè)電源，過電流保護(hù)安裝在電源側(cè)，其動作電流應(yīng)按躲過變壓器的最大工作電流整定。即:

式中:Kf為返回系數(shù)，取0.85;Kz為自起動系數(shù)，取2;Ig為變壓器的工作電流57.74A。

保護(hù)裝置靈敏度:

式中:I(2)dmin為最小運(yùn)行方式下，保護(hù)范圍末端發(fā)生兩短路電流。

5 變壓器的過負(fù)荷保護(hù)

變壓器過負(fù)荷大都是三相對稱的，所以過負(fù)荷保護(hù)可采用單電流繼電器接線方式，經(jīng)過一定延時作用信號，動作時間通常取10s，保護(hù)裝置的動作電流，按躲過變壓器額定電流整定。即:

6 結(jié)束語

現(xiàn)代生產(chǎn)的變壓器，雖然結(jié)構(gòu)可靠，故障機(jī)會較少，但在實際運(yùn)行中，仍有可能發(fā)生各種類型故障和異常運(yùn)行，同時大容量的變壓器又是十分重的設(shè)備，因此，為了保證電力系統(tǒng)安全連續(xù)地運(yùn)行，并將故障和異常運(yùn)行對電力系統(tǒng)的影響限制到最小范圍，必須根據(jù)變壓器容量大小、電壓等因素裝設(shè)必要的、動作可靠的繼電保護(hù)裝置。