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        電力變壓器非電量保護(hù)淺析

        2016-03-08 22:26:09浩,張璐,郭
        東北電力技術(shù) 2016年4期
        關(guān)鍵詞:變壓器動(dòng)作故障

        陳 浩,張 璐,郭 鐵

        (1.國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院,遼寧 沈陽(yáng) 110006;2.遼寧電力建設(shè)監(jiān)理有限公司,遼寧 沈陽(yáng) 110003)

        電力變壓器非電量保護(hù)淺析

        陳 浩1,張 璐2,郭 鐵1

        (1.國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院,遼寧 沈陽(yáng) 110006;2.遼寧電力建設(shè)監(jiān)理有限公司,遼寧 沈陽(yáng) 110003)

        介紹了瓦斯保護(hù)裝置、壓力釋放閥保護(hù)裝置和速動(dòng)油壓繼電器保護(hù)裝置3種非電量保護(hù)裝置的保護(hù)原理及保護(hù)范圍,3種非電量保護(hù)裝置相互配合可將變壓器故障控制在允許的范圍內(nèi),有效保護(hù)變壓器,避免故障擴(kuò)大,減少損失。

        電力變壓器;非電量瓦斯保護(hù)裝置;壓力釋放閥保護(hù)裝置;速動(dòng)油壓繼電器保護(hù)裝置

        電力變壓器是變電站重要的電氣設(shè)備之一,其安全運(yùn)行直接關(guān)系到整個(gè)電力系統(tǒng)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。特別是大型變壓器,造價(jià)高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜,因故障損壞,其修復(fù)難度大、修復(fù)時(shí)間長(zhǎng),在經(jīng)濟(jì)上將造成較大損失。因此,必須根據(jù)變壓器的容量和重要程度裝設(shè)性能良好、動(dòng)作可靠的保護(hù)裝置。為提高設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中的可靠性,確保設(shè)備具有安全的運(yùn)行環(huán)境,在大型電力變壓器運(yùn)行過(guò)程中設(shè)置2種保護(hù),一種是電量保護(hù),另一種是非電量保護(hù)。在變壓器發(fā)生故障時(shí),保護(hù)能及時(shí)正確動(dòng)作,并快速將電源切斷,不僅可防止電能與熱能及化學(xué)能間的轉(zhuǎn)換,還可防止由于溫度過(guò)高出現(xiàn)油體積膨脹及絕緣物質(zhì)分解[1],減小故障范圍,很好地對(duì)變壓器進(jìn)行保護(hù),使損失降到最低。由于電量保護(hù)本身固有的特點(diǎn),當(dāng)故障在電量保護(hù)靈敏度或故障種類(lèi)之外時(shí),就必須依靠非電量保護(hù)來(lái)保證變壓器的安全。

        1 瓦斯保護(hù)裝置

        在變壓器中瓦斯保護(hù)裝置非常重要,是其內(nèi)部故障的主要保護(hù)裝置,該裝置能對(duì)變壓器匝間短路、層間短路、鐵芯故障等一系列故障做出非常靈敏的反應(yīng)。當(dāng)油浸式變壓器出現(xiàn)故障時(shí),將出現(xiàn)大量電弧,該電弧作用在絕緣材料上,會(huì)使絕緣材料分解,這個(gè)過(guò)程會(huì)析出許多氣體。瓦斯保護(hù)就是利用反應(yīng)氣體狀態(tài)的瓦斯繼電器對(duì)變壓器進(jìn)行保護(hù),瓦斯繼電器裝在變壓器儲(chǔ)油柜和油箱之間的管道內(nèi),利用變壓器內(nèi)部故障使油分解產(chǎn)生氣體或油流涌動(dòng)時(shí),使氣體繼電器的接點(diǎn)動(dòng)作,接通指定的控制回路,并及時(shí)發(fā)出信號(hào)告警(輕瓦斯)或啟動(dòng)保護(hù)元件自動(dòng)切除變壓器(重瓦斯)[2]。

        1.1 輕瓦斯保護(hù)

        當(dāng)變壓器內(nèi)部故障較輕或在故障初期,油箱內(nèi)油被分解、氣化,氣體產(chǎn)生的速度較緩慢,氣體上升至儲(chǔ)油柜途中首先積存于瓦斯繼電器的上部,使油面下降。當(dāng)氣體量超過(guò)整定值時(shí),發(fā)出報(bào)警信號(hào),提示維護(hù)人員進(jìn)行檢查,防止故障發(fā)展。

        變壓器輕瓦斯保護(hù)動(dòng)作反映的物理量是氣體體積,其主要作用是作為信號(hào),反映變壓器運(yùn)行是否正常。出現(xiàn)動(dòng)作的原因主要有以下幾方面:第一,在對(duì)變壓器進(jìn)行維護(hù)過(guò)程有氣體進(jìn)入到油箱中;第二,出現(xiàn)溫度下降或漏油,導(dǎo)致油面下降;第三,油箱出現(xiàn)一些較小故障,產(chǎn)生氣體。當(dāng)輕瓦斯動(dòng)作信號(hào)報(bào)警時(shí),首先應(yīng)檢查變壓器以下部分:溫度、油面高度、音響、電壓、電流情況,如沒(méi)有問(wèn)題,則應(yīng)收集繼電器頂部氣體進(jìn)行故障判別。

        1.2 重瓦斯保護(hù)

        當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生嚴(yán)重故障時(shí),油箱內(nèi)的油被分解、汽化,產(chǎn)生大量強(qiáng)烈的瓦斯氣體,油箱內(nèi)壓力急劇升高,氣體及油流迅速向油枕流動(dòng),流速超過(guò)重瓦斯的整定值時(shí),變壓器兩側(cè)斷路器跳閘,這就是所謂的“重瓦斯”。重瓦斯動(dòng)作,立即切斷與變壓器連接的所有電源,避免事故擴(kuò)大,起到保護(hù)變壓器的作用。

        油流和氣體是同時(shí)產(chǎn)生的,油流從瓦斯繼電器中流過(guò)時(shí)的速度與產(chǎn)氣速率相對(duì)應(yīng),而燃弧功率是決定產(chǎn)氣速率的主要因素,因此,為了控制故障范圍,油流從瓦斯繼電器中流過(guò)時(shí)的速度整定值一定要比產(chǎn)氣速率小。因此,瓦斯繼電器流速的整定值應(yīng)考慮壓力釋放閥保護(hù)與重瓦斯保護(hù)的配合。

        變壓器重瓦斯保護(hù)動(dòng)作所反映出的物理量是油的流速或油面的高度,其主要作用是跳閘。該保護(hù)發(fā)生動(dòng)作的具體原因是變壓器回路出現(xiàn)故障、內(nèi)部出現(xiàn)較大故障或近區(qū)穿越性短路故障。當(dāng)重瓦斯動(dòng)作時(shí),首先應(yīng)檢查以下部分:變壓器外部特征、停電范圍等。如未發(fā)現(xiàn)異常,應(yīng)收集繼電器頂部氣體進(jìn)行故障判別。

        2 壓力釋放閥保護(hù)裝置

        為提高設(shè)備運(yùn)行可靠性,早期投運(yùn)的大型變壓器逐步將變壓器的安全氣道(防爆管)更換為壓力釋放閥。壓力釋放閥是變壓器安全裝置,屬于非電量保護(hù),主要作用是對(duì)油浸電氣設(shè)備進(jìn)行保護(hù),當(dāng)變壓器油箱出現(xiàn)故障時(shí),該變壓器油箱內(nèi)部?jī)?chǔ)存的油將被氣化或分解,這時(shí)油箱內(nèi)部就會(huì)出現(xiàn)很多氣體,其內(nèi)部的壓力也會(huì)快速升高,如果不能將壓力釋放,將給變壓器帶來(lái)非常大的危害,甚至?xí)?dǎo)致變壓器爆炸。

        在變壓器上安裝壓力釋放閥是非常必要的,當(dāng)變壓器油箱內(nèi)的壓力升高時(shí),壓力釋放閥會(huì)快速開(kāi)啟,用時(shí)不超過(guò)2 ms,使變壓器油箱內(nèi)部的壓力以最快的速度下降,確保變壓器的安全。當(dāng)變壓器油箱的壓力下降到與關(guān)閉壓力相等時(shí),該裝置就會(huì)快速關(guān)閉,始終保持變壓器油箱內(nèi)的壓力為正壓,并且還能很好地阻止其他物質(zhì)進(jìn)入變壓器油箱[3]。

        在變壓器安裝壓力釋放閥并對(duì)開(kāi)啟壓力進(jìn)行設(shè)置時(shí),需考慮變壓器的結(jié)構(gòu),不能盲目對(duì)開(kāi)啟壓力進(jìn)行設(shè)置。盲目提高開(kāi)啟壓力,會(huì)使保護(hù)不能正確動(dòng)作;盲目降低開(kāi)啟壓力,容易造成壓力釋放閥保護(hù)誤動(dòng)。由于大多數(shù)變壓器廠(chǎng)家規(guī)定壓力釋放閥接點(diǎn)作用于跳閘,現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行時(shí)也曾多次出現(xiàn)因壓力釋放閥的二次回路絕緣降低而引起跳閘停電的事故。因此,變壓器運(yùn)行規(guī)程(DL/T 572)規(guī)定:壓力釋放閥接點(diǎn)宜作用于信號(hào)。但當(dāng)壓力釋放閥動(dòng)作而變壓器不跳閘時(shí),將引發(fā)變壓器缺油運(yùn)行而導(dǎo)致故障擴(kuò)大。因此,可采用雙浮子的瓦斯繼電器和速動(dòng)油壓繼電器與之相配合來(lái)保護(hù)變壓器。

        壓力釋放閥動(dòng)作反映的物理量是壓力,宜作用于信號(hào)。其動(dòng)作原因是變壓器內(nèi)部壓力升高、嚴(yán)重的匝間短路及對(duì)地短路。

        3 速動(dòng)油壓繼電器保護(hù)裝置

        速動(dòng)油壓繼電器是感應(yīng)特定故障下油箱內(nèi)部壓力的瞬時(shí)升高,根據(jù)油箱內(nèi)由于事故造成的動(dòng)態(tài)壓力增長(zhǎng)來(lái)動(dòng)作的。當(dāng)變壓器出現(xiàn)故障,油箱內(nèi)的壓力快速升高,壓力升高到繼電器的動(dòng)作值時(shí),繼電器的壓力開(kāi)關(guān)動(dòng)作,使變壓器停止運(yùn)行。雖然這種保護(hù)動(dòng)作速度比壓力釋放閥要快很多,但不能將油箱中的壓力全部釋放出來(lái)。

        在對(duì)速動(dòng)油壓繼電器的保護(hù)參數(shù)進(jìn)行設(shè)定時(shí),為減少保護(hù)參數(shù)重復(fù)出現(xiàn)而導(dǎo)致誤動(dòng),選擇的保護(hù)參數(shù)是變壓器油箱出現(xiàn)故障時(shí)壓力上升的速率(簡(jiǎn)稱(chēng)為壓速率),當(dāng)壓速率不相同時(shí),速動(dòng)油壓繼電器的響應(yīng)時(shí)間也不同。如果壓速率較高,則繼電器所需的響應(yīng)時(shí)間較短,反之需要的時(shí)間會(huì)較長(zhǎng),這樣就實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)保護(hù)與監(jiān)測(cè)[4]。如變壓器油箱具有的壓速率為15 kPa/ms時(shí),該繼電器檢測(cè)到這一速率后動(dòng)作所需時(shí)間不超過(guò)1.6 ms;當(dāng)壓速率為10 kPa/ms時(shí),該繼電器檢測(cè)到這一速率后動(dòng)作所需時(shí)間不超過(guò)2.5 ms,而壓力釋放閥開(kāi)啟所需時(shí)間為2 ms,比繼電器動(dòng)作時(shí)間快0.5 ms。變壓器發(fā)生故障時(shí),如壓速率小于壓力釋放閥保護(hù)范圍的臨界值,繼電器動(dòng)作時(shí)間將小于壓力釋放閥開(kāi)啟的時(shí)間,此時(shí)由壓力釋放閥動(dòng)起保護(hù)變壓器的作用。如果壓速率達(dá)到15 kPa/ms,這時(shí)壓速率遠(yuǎn)超壓力釋放閥具有的泄壓能力,將對(duì)油箱產(chǎn)生威脅[5]。如果在變壓器上安裝速動(dòng)油壓繼電器,當(dāng)該繼電器檢測(cè)到壓速率后,將在壓力釋放器開(kāi)啟之前使變壓器退出運(yùn)行,保護(hù)油箱不被破壞。

        4 結(jié)束語(yǔ)

        近年來(lái),大量高電壓大容量的變壓器進(jìn)入城市中心,由于城市供電的特殊性,對(duì)這些變壓器安全性的要求越來(lái)越高,為有效解決變壓器因?yàn)閮?nèi)部放電、鐵芯多點(diǎn)接地、嚴(yán)重的匝間短路、對(duì)地短路、內(nèi)部壓力升高、內(nèi)部壓力瞬時(shí)升高給變壓器安全帶來(lái)的損害,可將上述3種非電量保護(hù)裝置有效配合,可大大降低變壓器損壞程度。

        [1] 陳洪海.大型電力變壓器的非電量保護(hù)簡(jiǎn)介[J].電力系統(tǒng)裝備,2005,49(7):84-85.

        [2] 陳化鋼,李天元.大型電力變壓器瓦斯保護(hù)分析[J].東北電力技術(shù),1994,15(9):22-26.

        [3] 戴國(guó)友.大型電力變壓器的非電量保護(hù)運(yùn)行的討論[J].廣西電業(yè),2003,12(5):72-73.

        [4] 李沛業(yè).變壓器的故障檢測(cè)及分析[J].東北電力技術(shù),2004,25(8):36-39.

        [5] 周佩娟,霍 光,王 煒.110 kV及以上變壓器的非電量保護(hù)及整定原則[J].河北電力技術(shù),2005,24(2):29-30.

        Analysis on Non-electricity Protection of Power Transformer

        CHEN Hao1,ZHANG Lu2,GUO Tie1
        (1.Electric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co.,Ltd.,Shenyang,Liaoning 110006,China;2.Liaoning Electric Power Construction Supervision Co.,Ltd.,Shenyang,Liaoning 110003,China)

        In this paper,protection principle and scope of three kinds of non-electricity protection device are introduced.The interac?tion between three kinds of non-electricity protection devices can control transformer fault in the allowed range,it can effectively pro?tect transformer,avoid accident and reduce losses.

        Power transformer;Non-electricity protection device;Pressure relief valve protection device;Quick oil pressure relay protection device

        TM411

        A

        1004-7913(2016)04-0053-03

        陳 浩(1987—),男,碩士,工程師,從事變壓器技術(shù)管理和科研工作。

        2016-03-13)

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