王玉喜 李樂萍 王付奎 岳新（聊城供電公司，山東聊城 252000）

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變壓器后備保護拒動原因分析與改進措施

王玉喜 李樂萍 王付奎 岳新
（聊城供電公司，山東聊城 252000）

【摘要】當變壓器發(fā)生外部相間短路時，通常會造成變壓器的過電流。此時，變壓器裝設的相間短路后備設施會產(chǎn)生過電流對其進行保護。但是需要復合電壓原件具有相當好的靈敏度以及適合設備情況的電壓值。如果保護裝置或者切斷電路裝置出現(xiàn)拒動現(xiàn)象，后備保護的功能失效，就會產(chǎn)生嚴重后果，本研究對變壓器相間短路后備保護拒動事故發(fā)生的原因進行分析，并對改進措施進行討論。目的是防止事故的發(fā)生，以及員工提高事故應對能力。

【關(guān)鍵詞】變壓器 保護拒動 原因分析

變壓器是電網(wǎng)正常運行中必不可少的部分，其運行穩(wěn)定將直接關(guān)系到電力系統(tǒng)是否安全穩(wěn)定。因此，保證變壓器的正常運行是電力人員的首要任務。由于變壓器自身具有相關(guān)的保護裝置，其后備保護對電路的安全至關(guān)重要。本研究通過多變壓器的保護裝置中的后備保護進行探討，以增強電力人員變壓器后備保護知識的了解，為實際工作中進行故障處理提供依據(jù)。

1 變壓器的后備保護原理

變壓器按照其所具有的保護裝置所起的作用，主要可以分為主要保護裝置、后備保護裝置以及輔助保護裝置。當變壓器發(fā)生故障時，可以迅速切除故障。通常所說的電流速斷保護和瓦斯保護均屬于此類保護。但是主保護并不能保護所有的元件。而后備保護是保護元件的后備保護，在主保護發(fā)生故障時，主保護與后備保護同時啟動。而當主保護已經(jīng)切除故障點之后。短路電流就會消失，此時后備保護就會停止。

因此，在發(fā)生事故時，變壓器的后備保護功能，既可以作為變壓器本體差動的后備，也可對變壓器由于外部短路引起的過電流起進行保護。在外部相間短路時，常采用復壓過流保護；而發(fā)生對外接地短路時，常采用零序電流保護或電壓保護。但是當相鄰線路的遠端發(fā)生故障時，如果故障線路自身的保護裝置或斷路器發(fā)生拒動，而該側(cè)主變后備保護元件的靈敏度不足，致使故障無法切除。導致變壓器長期通過較大的故障電流而不能切除故障，引起事故范圍擴大，因此帶來嚴重的后果。

2 變壓器后備保護拒動原因分析

現(xiàn)階段，很多變電站的采用的是三繞組形式的變壓器后備保護。在日常工作中最常見的是三相電路。此種變壓器的特點是，當其中一側(cè)斷路器跳開之后，在其他方向的兩側(cè)線路仍然在運行中。因此變壓器后備保護拒動的最常見的原因是復壓過流保護對本側(cè)三相短路遠后備的靈敏度不足。通常在事故發(fā)生時，正常情況下三繞組變壓器應該選擇跳開距離事故較近的斷路器，以充分保障另外兩側(cè)可以繼續(xù)正常運行，一定程度上盡可能地減小故障的影響范圍。因此，當變壓器內(nèi)出現(xiàn)故障的時候，作為變壓器的后備保護，安裝于變壓器兩側(cè)或者三側(cè)的保護裝置應該迅速跳開其所有三側(cè)的斷路器，從而使變壓器能夠停止工作，使后備保護的功能得以實現(xiàn)。通常情況下，變壓器主保護的后備是位于主電源側(cè)的復壓過流保護，而其他各側(cè)復壓過流保護主要作為本側(cè)相鄰元件保護的后備而存在。因此，我們需要在三繞組變壓器的單側(cè)電源上安裝一個時間元件，使各側(cè)的保護之間可以相互配合，在主側(cè)發(fā)生故障時其他部位可以及時反映。因此，許多多側(cè)電源的三繞組變壓器將方向元件安裝在各電源側(cè)，以保證各側(cè)的保護之間可以相互配合，防止事故的發(fā)生。

圖1顯示的是某110 kV 變電站的電氣部分的主接線圖，由圖可知，1號主變壓器部分的35 kV和10 kV側(cè)全部處于負荷運行的狀態(tài)。而2號主變壓器停電檢修。3圖中303斷路器過電流的第Ⅱ段保護動作出口，由于斷路器機構(gòu)卡死和跳閘的線圈燒壞，致使斷路器未能及時跳開。之后，1號主變高壓側(cè)后備保護動作跳開主變?nèi)齻?cè)斷路器，故障被切除。

由此我們可以得出，1號主變后備保護是復壓過流保護，而且主變?nèi)齻?cè)的復合電壓原件采用的是并聯(lián)的形式。當圖中的303斷路器拒動時，其主變高壓后備保護跳閘。進一步分析，我們打響變壓器的故障點主要在變壓器的壓側(cè)出現(xiàn)末端部位。由于三相短路，致使壓側(cè)的電壓出現(xiàn)異常，電壓過低使壓側(cè)的符合電壓原件未能及時啟動，致使后備保護發(fā)生故障。而當高壓側(cè)的復合電壓元件投退控制字被誤整定為“退出”狀態(tài)，高壓側(cè)后備保護的過電流保護就失去了電壓的閉鎖控制，使得故障能夠及時被切除，避免了故障的進一步發(fā)展。

因此，當變壓器的本側(cè)線路發(fā)生事故時，如果出現(xiàn)故障線路自身的保護裝置出現(xiàn)問題或斷路器發(fā)生拒動，又存在主變壓器該側(cè)的復壓過流保護靈敏度不足時，就會導致變壓器在較長時間內(nèi)通過較大的故障電流，卻不能自動切除電力故障，使停電的范圍不斷擴大，導致嚴重的電力事故。

3 一些技術(shù)改進建議

通過對相關(guān)事故進行深入的分析，我們對低電壓原件、負序電壓原件和過電流原件進行分析和統(tǒng)計運算。我們電壓器后備拒動的原因主要有以下三個。首先低電壓原件的靈敏系數(shù)偏低。其次，負序電壓原件靈敏系數(shù)也不能達到技術(shù)上的需求，不能在事故發(fā)生當時及時閉鎖過電流保護，致使變壓器的后備保護拒動。同時，過電流電壓元件的靈敏系數(shù)的靈敏度也存在缺陷，導致后備保護拒動失效。但是，一般情況下低電壓元件、過電流元件以及負序電壓元件的保護范圍和系統(tǒng)等值與變壓器元件的阻抗和靈敏系數(shù)有關(guān)。而變壓器后備保護的靈敏系數(shù)值是很難改變的。因此，復壓過流保護元件的保護范圍是受系統(tǒng)等值阻抗值影響而變化的。

3.1 基于補償電壓的正序分量的變壓器后備保護的運用

相關(guān)研究指出，系統(tǒng)運行方式與變壓器額定容量是影響變壓器復壓過流保護范圍的主要因素。因此，研究者提出為保證變壓器的后備保護功能，使之能夠在系統(tǒng)運行方式和變壓器的額定容量發(fā)生變化時，進行適當調(diào)整對相鄰線路進行保護。技術(shù)人員可以事先通過計算補償電壓正序分量的幅值和其極性對故障點位置予以初判，根據(jù)實際涉及的線路長度對保護動作進行設定，調(diào)節(jié)其保護范圍。試驗證明，在三相短路故障發(fā)生時，此種方法可以通過對電壓正序分量進行補償以判斷線路是否有故障發(fā)生，靈敏度高。而當兩相故障發(fā)生時，也可以通過判斷變壓器中補償電壓正序分量與非故障相電壓幅值之間的關(guān)系判斷線路的故障，盡可能對線路全長予以保護，靈敏度也較為高。此外，由于線路首端故障與時變壓器相鄰母線發(fā)生相間短路故障情況下的電壓和電流特性大致相同。

3.2 復合電壓閉鎖的運用

由于變壓器在正常運行的過程中需要具備有一定的過負荷運行的能力，才能保證變壓器不發(fā)生故障。但是由于實際情況下，由于變壓器類型及變壓器制造各異，變壓器在運行過程中的負載能力也不同。如果只是單一的將變壓器過電流的保護自己設置為固定值的話，對于變壓器的靈敏度來說，會大大降低其靈敏程度。此時，過電流現(xiàn)象也極易發(fā)生。因此，在變壓器過流保護中應該運用符合電壓閉鎖，降低過電流原件的整體值。在此情況下，變壓器相關(guān)原件的靈敏度大大增加，且變壓器的額定符合電流運行過程中也不會發(fā)生誤動，變壓器后備保護拒動現(xiàn)象的發(fā)生率也大大降低。

3.3 低電壓保護元件

但是在對變壓器過流保護進行符合電壓閉鎖之后發(fā)現(xiàn)，雖然過流原件的靈敏度得到了提高，但是符合電壓原價的靈敏度并未得到提高。此時，變壓器后備保護整體的靈敏度問題仍然十分顯著。一些特殊情況下，雖然變壓器是純過流保護，未存在任何電壓閉鎖動作，但是，當復壓過流保護的低電壓元件拒動時，仍然可以發(fā)生變壓器的后備保護拒動。因此，我們建議將原有的復壓電流段予以保留，同時增加一段純過流保護。

4 具體改進措施

4.1 單位管理工作上

變壓器具備自我后備保護的功能，但是后備保護功能有時會因為元件靈敏度不高以及調(diào)試電壓值不適合實際情況等原因而發(fā)生故障，導致電力事故發(fā)生，后果嚴重。因此，電力行業(yè)在管理上要進行創(chuàng)新。各級部門要充分考慮到自身工作區(qū)域內(nèi)的實際情況，對變電器裝備合理配置，定期檢測變電器并及時記錄，及時調(diào)整。在工作人員的管理上，各級部門要注意對人才的引進與培養(yǎng)。注意對現(xiàn)有職工進行定期的技術(shù)培訓。

4.2 設備和技術(shù)方面

對于變電器，電力部門應該定期組織檢測。在設備或者線路改變時，及時對相關(guān)參數(shù)予以調(diào)整，保證變壓器的電壓、電阻以及元件的靈敏度在正常范圍內(nèi)。首先，由于電壓正序分量進行補償可以判斷線路是否有故障發(fā)生，因此技術(shù)人員可先進性監(jiān)測。而另一方面，復合電壓閉鎖可增加變壓器相關(guān)原件的靈敏性，因此，在變壓器中應該安裝符合電壓閉鎖裝置。同時，由于低電壓元件拒動時，在不帶電壓閉鎖的純過電流保護段，仍然可以產(chǎn)生正確的動作。在保留現(xiàn)有復壓過電流段的基礎上，還可以增加一段不帶電壓閉鎖的純過電流進行保護。

綜上所述，變電器的后備保護對于電力系統(tǒng)的正常運行來說作用巨大。技術(shù)人員要了解后備保護拒動的原因，并對變電器及時進行技術(shù)上的改進，確保電力安全，防止事故發(fā)生。

參考文獻：

［1］李堅，刁建偉.變壓器后備保護拒動原因分析［J］.通訊世界，2015 （15）：176-177.

［2］李濤.變壓器后備保護拒動原因分析及對策探討［J］.山東工業(yè)技術(shù)，2015（4）：191-191.