鐘 科

(廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司河源供電局，廣東 河源 517000)

論電力變壓器的繼電保護(hù)

鐘 科

(廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司河源供電局，廣東 河源 517000)

從繼電保護(hù)的實(shí)際要求、特點(diǎn)出發(fā)，分析了電力變壓器繼電保護(hù)的常見故障，并探討了部分繼電保護(hù)方式及實(shí)現(xiàn)措施。

電力變壓器；繼電保護(hù)；故障；實(shí)現(xiàn)

0 引言

電能已經(jīng)成為社會(huì)發(fā)展的基礎(chǔ)，隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，空調(diào)、微波爐等大功率電氣設(shè)備越來越多，用電量逐年增加，這是電力企業(yè)面臨的一大問題。同時(shí)如何快速解決電力變壓器故障，恢復(fù)正常供電也是迫切需要解決的問題。繼電保護(hù)裝置是保障電力系統(tǒng)安全可靠的關(guān)鍵之一，對某些故障可以自動(dòng)加以解決，如果繼電保護(hù)裝置出現(xiàn)故障，無法及時(shí)跳開切斷電力系統(tǒng)與電力變壓器的連接，電力變壓器的故障會(huì)導(dǎo)致整個(gè)電力系統(tǒng)電能質(zhì)量的下降，嚴(yán)重時(shí)還可能導(dǎo)致系統(tǒng)解列。

1 繼電保護(hù)概述

繼電保護(hù)是保證供電可靠性及系統(tǒng)正常運(yùn)行的關(guān)鍵，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，要盡可能快速地解決故障，并把故障控制在最小范圍內(nèi)，一般是將故障設(shè)備直接從電力網(wǎng)絡(luò)中切除，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)異常時(shí)，繼電保護(hù)裝置可以將異常信號發(fā)送給值班人員，再進(jìn)行維護(hù)或維修操作消除異常。下面分析繼電保護(hù)的實(shí)際要求及特點(diǎn)。

1.1 繼電保護(hù)的實(shí)際要求

(1) 繼電保護(hù)裝置要具有獨(dú)立性，繼電保護(hù)設(shè)備要由專用電源供電，并且其開關(guān)回路必須與一次側(cè)高壓隔離。(2) 繼電保護(hù)裝置之間要相互聯(lián)系，及時(shí)通信，如發(fā)生短路故障時(shí)，短路點(diǎn)所在支路兩端的保護(hù)裝置需要跳閘，上一段線路的保護(hù)裝置要可靠不動(dòng)作。(3) 跳閘回路要單獨(dú)設(shè)置，由于繼電保護(hù)裝置主要目的是將故障從電力系統(tǒng)中迅速切除，減小電力企業(yè)損失，故跳閘回路可靠性要非常高。

1.2 繼電保護(hù)的特點(diǎn)

繼電保護(hù)一般具有可靠性高、實(shí)用性強(qiáng)、反應(yīng)速度快、靈敏性好的特點(diǎn)。

2 電力變壓器繼電保護(hù)常見故障

2.1 電力變壓器常見故障

電力變壓器在運(yùn)行時(shí)，可能出現(xiàn)故障或者運(yùn)行在不正常狀態(tài)。電力變壓器故障包括內(nèi)部故障和外部故障2種，內(nèi)部故障指變壓器油箱內(nèi)發(fā)生的故障，一般有繞組單相接地短路、繞組相間短路、匝間短路、線圈和鐵芯間絕緣破壞引起的接地短路，還包括油箱內(nèi)油面過低引起的散熱困難、變壓器油溫升高等。內(nèi)部故障危險(xiǎn)性很高，短路故障引起的大電流會(huì)產(chǎn)生電弧，擊穿并燒毀繞組絕緣，燒壞銅線及變壓器鐵芯，同時(shí)產(chǎn)生的大量熱能會(huì)蒸發(fā)變壓器油，使箱內(nèi)氣壓增大，有爆炸危險(xiǎn)。外部故障指的是油箱外部出現(xiàn)的故障，一般有引出線相間短路、單相接地短路和油箱套管漏油等故障。電力變壓器的不正常運(yùn)行狀態(tài)是指不存在嚴(yán)重故障時(shí)，變壓器在故障狀態(tài)下繼續(xù)運(yùn)行的狀態(tài)，此時(shí)絕緣材料更容易老化，鐵芯、繞組等金屬溫度會(huì)升高，繞組的絕緣性能也會(huì)變差，容易導(dǎo)致其他更嚴(yán)重的故障。應(yīng)選擇裝設(shè)繼電保護(hù)裝置，及時(shí)切除變壓器的各類故障，降低電力企業(yè)的經(jīng)濟(jì)損失。

2.2 繼電保護(hù)常見故障

繼電保護(hù)裝置也可能發(fā)生故障，主要包括以下幾個(gè)方面：(1) 采用微機(jī)控制的繼電保護(hù)裝置抗干擾能力較差，通訊線路上如果存在強(qiáng)干擾源，容易使信號改變，導(dǎo)致繼電保護(hù)裝置誤動(dòng)作或不動(dòng)作，而電力變壓器中副邊電流較大，大電流會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)磁場，會(huì)對繼電保護(hù)裝置造成干擾，導(dǎo)致繼電保護(hù)裝置發(fā)生故障。(2) 繼電保護(hù)裝置是對互感器測得的電壓電流進(jìn)行分析判斷來決定是否動(dòng)作的，電壓互感器二次側(cè)容易出現(xiàn)中性點(diǎn)接地、接觸不良、回路斷線等問題，導(dǎo)致地網(wǎng)與二次接地之間存在壓差，容易造成保護(hù)裝置誤動(dòng)。(3) 繼電保護(hù)中的跳閘元件雖然可靠性要求很高，但是并不能排除出故障的可能性，如果保護(hù)裝置發(fā)出動(dòng)作信號但跳閘元件拒動(dòng)作，會(huì)帶來嚴(yán)重的電力事故。繼電保護(hù)裝置采用的零部件有些精度較差，且質(zhì)量不合格，也會(huì)造成繼電保護(hù)裝置的誤動(dòng)或拒動(dòng)，繼電保護(hù)裝置如果散熱不佳，也容易對各電氣元件造成永久性損壞，使得繼電保護(hù)裝置故障頻發(fā)。

3 電力變壓器繼電保護(hù)方式及實(shí)現(xiàn)措施

電力變壓器所采用的繼電保護(hù)裝置及措施有很多種，在此對幾種常見保護(hù)進(jìn)行分析，包括瓦斯保護(hù)、差動(dòng)保護(hù)、過電流保護(hù)，還有非電量保護(hù)，如冷控失電保護(hù)。

3.1 瓦斯保護(hù)

瓦斯保護(hù)是電力變壓器最常用的保護(hù)手段，包括輕瓦斯保護(hù)和重瓦斯保護(hù)。瓦斯保護(hù)可以監(jiān)測油箱內(nèi)變壓器油量的多少。瓦斯保護(hù)對于鐵芯故障的反應(yīng)較為敏感，對于微小故障電流，其他反應(yīng)電氣量的保護(hù)不動(dòng)作時(shí)，瓦斯保護(hù)會(huì)通過檢測油流、氣體來進(jìn)行動(dòng)作。瓦斯保護(hù)使用的繼電器包括上下2個(gè)油杯，且內(nèi)部盛滿變壓器油，在平衡錘的作用下，觸點(diǎn)是分開狀態(tài)，并不會(huì)產(chǎn)生報(bào)警或跳閘動(dòng)作。當(dāng)變壓器出現(xiàn)輕微故障時(shí)，油箱液面稍微降低，使得輕瓦斯動(dòng)作，發(fā)出報(bào)警信號；如果變壓器內(nèi)出現(xiàn)嚴(yán)重故障，短時(shí)間內(nèi)變壓器油就可能被蒸發(fā)，產(chǎn)生大量氣體，此時(shí)重瓦斯動(dòng)作，直接進(jìn)行跳閘操作。

3.2 差動(dòng)保護(hù)

差動(dòng)保護(hù)主要針對電力變壓器出線端的相間故障，差動(dòng)保護(hù)裝置通過分析變壓器輸入端和輸出端的電流幅值以及相位，判斷變壓器是否發(fā)生故障。一般包括縱聯(lián)差動(dòng)和橫聯(lián)差動(dòng)，區(qū)別在于保護(hù)對象不同，縱聯(lián)差動(dòng)主要保護(hù)單回路器件，橫聯(lián)差動(dòng)主要保護(hù)雙回路器件。在變壓器正常運(yùn)行或者出現(xiàn)外部故障時(shí)，流入繼電器的電流是兩側(cè)電流的差值，值很小，接近于0，繼電保護(hù)裝置不動(dòng)作；當(dāng)變壓器出現(xiàn)內(nèi)部故障時(shí)，通過繼電器的電流大小是兩側(cè)電流的和，值為短路電流，差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作。當(dāng)前差動(dòng)保護(hù)大多采用微機(jī)控制，微機(jī)差動(dòng)保護(hù)裝置出口邏輯如圖1所示，只要任一相差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作就會(huì)引起出口跳閘，如果TA斷線，會(huì)導(dǎo)致閉鎖保護(hù)同時(shí)延時(shí)發(fā)出告警信號。差動(dòng)保護(hù)根據(jù)其保護(hù)原理還可以分為比率差動(dòng)保護(hù)、分側(cè)差動(dòng)保護(hù)、工頻變化量比率差動(dòng)保護(hù)等。

圖1 微機(jī)差動(dòng)保護(hù)裝置出口邏輯圖

3.3 過電流保護(hù)

過電流保護(hù)一般作為瓦斯保護(hù)和差動(dòng)保護(hù)的后備保護(hù)，某些情況下，可以采用阻抗保護(hù)來替代。在變壓器啟動(dòng)過程中會(huì)出現(xiàn)較大的啟動(dòng)電流，過電流保護(hù)要防止這種短時(shí)大電流通過時(shí)誤動(dòng)作。

3.4 冷控失電保護(hù)

電力變壓器有一種常見故障，冷控失電。根據(jù)DL/T572—95《電力變壓器運(yùn)行規(guī)程》規(guī)定，如果冷卻系統(tǒng)出現(xiàn)故障并被全部切除，對于強(qiáng)油循環(huán)風(fēng)冷和水冷的變壓器可以繼續(xù)帶載運(yùn)行20 min，20 min后頂層油溫如果超過75 ℃變壓器需要停止工作，冷卻裝置全部切除的狀態(tài)下，變壓器運(yùn)行不得超過1 h。

4 結(jié)語

作為電力系統(tǒng)中的重要組成部件，電力變壓器的可靠工作已經(jīng)成為電力系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行的前提之一。對電力變壓器的保護(hù)十分重要，繼電保護(hù)作為一種可靠、快速、靈敏的保護(hù)手段，已經(jīng)被廣泛用于電力設(shè)備的保護(hù)之中。對變壓器進(jìn)行繼電保護(hù)，可以有效預(yù)防事故發(fā)生，減小事故影響范圍，提高系統(tǒng)運(yùn)行可靠性，為用戶提供更加可靠的電力服務(wù)。

[1] 金益毅.淺談電力變壓器的繼電保護(hù)[J].硅谷，2010(8)

[2] 俞如兵.淺析電力變壓器的繼電保護(hù)[J].科技資訊，2011(30)

2014-09-01

鐘科(1984—)，男，廣東河源人，電氣工程師，研究方向：變電運(yùn)行。