張曉剛

摘要：變壓器作為電力設(shè)備的核心設(shè)備，企業(yè)要通過電氣試驗(yàn)和繼電保護(hù)來確保變壓器的安全性和穩(wěn)定性。文章分析了電力變壓器常見的電氣試驗(yàn)和繼電保護(hù)策略，其中常見的電氣試驗(yàn)有絕緣測量、耐壓試驗(yàn)、變比試驗(yàn)和瓦斯繼電器試驗(yàn)，而常見的繼電保護(hù)策略為瓦斯保護(hù)、差動保護(hù)和過電流保護(hù)。

關(guān)鍵詞：電力變壓器；電氣試驗(yàn)；繼電保護(hù)；常見故障；電力系統(tǒng) 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TM41 文章編號：1009-2374（2016）32-0065-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.32.032

目前，我國人民對于電的需求量越來越大，保證電網(wǎng)的運(yùn)行安全這一問題顯得尤為重要。由于電網(wǎng)運(yùn)行復(fù)雜，在這一過程中，要時(shí)刻保持變壓器的運(yùn)行穩(wěn)定。變壓器承擔(dān)著輸電、配電的任務(wù)，也是電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行安全的基礎(chǔ)保證，文章就變壓器電氣試驗(yàn)和繼電保護(hù)的基本方法進(jìn)行了闡述與分析。

1 電力變壓器常見電氣試驗(yàn)

電力變壓器使用過程中會出現(xiàn)不同程度的故障，針對不同故障要進(jìn)行對應(yīng)的電氣試驗(yàn)，檢查出設(shè)備故障，并進(jìn)行維修。其中常見的電氣試驗(yàn)有絕緣測量、耐壓試驗(yàn)、變比試驗(yàn)、瓦斯繼電器試驗(yàn)，如果繼電器故障難以處理，還要進(jìn)行直流電阻試驗(yàn)。絕緣測量是所有試驗(yàn)的基礎(chǔ)，通過變壓器一次和二次之間對地電阻測量，可以確定簡單的故障，也可以確保設(shè)備的絕緣強(qiáng)度，防止漏電和破損。當(dāng)電壓器存在相間電阻平衡問題時(shí)，采用直流電阻試驗(yàn)來測試其穩(wěn)定性。繼電器瓦斯試驗(yàn)較為復(fù)雜，但在大型變壓器故障查找和檢修中不可缺少，也要根據(jù)電力變壓器的運(yùn)行對其進(jìn)行繼電器保護(hù)。

2 變壓器繼電保護(hù)原理及原則

2.1 變壓器繼電保護(hù)基本原理

變壓器繼電保護(hù)主要靠繼電保護(hù)裝置來完成。其基本原理為，繼電保護(hù)裝置能夠?qū)κ鼙Ｗo(hù)區(qū)域內(nèi)的故障做出適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)，提示維修人員設(shè)備存在安全隱患。繼電保護(hù)裝置要能夠正確地判斷故障，不能誤動或拒動。出現(xiàn)故障的變壓器和未出現(xiàn)故障的變壓器的電氣量發(fā)生巨大變化，其中電流和電壓是主要表現(xiàn)。發(fā)生故障后，繼電保護(hù)裝置顯示，變壓器系統(tǒng)的電流瞬間增大，變壓器正常運(yùn)行狀態(tài)下，電流為額定電流。而故障發(fā)生后，很可能造成系統(tǒng)的短路，電流值迅速上升并且遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過額定電流值，容易造成系統(tǒng)內(nèi)部零件燒毀。與此同時(shí)，電壓會降低，并且越接近短路點(diǎn)，電壓值下降越多。與正常運(yùn)行相比，故障下的變壓器系統(tǒng)電流與電壓之間的相位角增大。最后，故障狀態(tài)下的系統(tǒng)會出現(xiàn)阻抗上的變化，也就是電壓與電流的比值減少，無法維持設(shè)備的正常運(yùn)行，從而造成電力系統(tǒng)停止工作。

2.2 變壓器繼電保護(hù)的原則

繼電保護(hù)裝置發(fā)揮保護(hù)功能要具有可靠性、選擇性、靈敏性和速動性四個(gè)特點(diǎn)?？煽啃允抢^電保護(hù)的最基本要求，要求在執(zhí)行繼電保護(hù)的過程中，正確判斷和發(fā)現(xiàn)故障，并且要發(fā)出正確的預(yù)警信號。繼電保護(hù)裝置要滿足設(shè)備運(yùn)行的基本性能，不能誤動或者拒動。當(dāng)變壓器出現(xiàn)短路后，還要求繼電保護(hù)裝置具有選擇性，是指在發(fā)生故障后只對保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)出口動作，幫助維修人員判斷故障位置，減少資源浪費(fèi)，不影響系統(tǒng)的整體工作性能。由于故障多在瞬間出現(xiàn)，因此判斷故障也要具有靈敏性和快速性，從性能上繼電保護(hù)裝置應(yīng)具有高度的靈敏性，一旦設(shè)備存在故障隱患，就將提供預(yù)警報(bào)告，并將故障可能范圍降到最低，使工廠可以實(shí)現(xiàn)預(yù)防先于維修，提高設(shè)備的運(yùn)行效率。繼電保護(hù)裝置整體規(guī)程與靈敏度的計(jì)算方式不同，前者是在最大運(yùn)行方式下進(jìn)行計(jì)算的，而后者是在最小運(yùn)行方式下進(jìn)行計(jì)算的。靈敏度高的繼電保護(hù)裝置要能夠?qū)Χ搪伏c(diǎn)進(jìn)行正確判斷。也就是說，無論是在最大運(yùn)行模式，還是在最小運(yùn)行模式下，繼電保護(hù)系統(tǒng)都要保持可靠的運(yùn)作性能。要求繼電保護(hù)裝置可以識別變壓器內(nèi)部輕微匝間故障，確保保護(hù)范圍。同時(shí)，繼電保護(hù)裝置的動作要快，要在第一時(shí)間做出判斷，以便于維修人員能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)變壓器故障，減少運(yùn)行損失。繼電保護(hù)裝置的故障判定范圍包括電廠設(shè)備的母線電壓小于有效值、大型發(fā)電機(jī)或者大容量發(fā)電機(jī)內(nèi)部故障、對人體安全造成影響的干擾信號，若單指變壓器的話，還包括電壓器內(nèi)部的線路短路、匝間短路和接地短路現(xiàn)象。另外，針對故障的電流不平衡和差動電流現(xiàn)象，均應(yīng)做出準(zhǔn)確的判斷，從而確保變壓器的運(yùn)行穩(wěn)定，促進(jìn)電廠的正常運(yùn)行。

2.3 電力變壓器繼電保護(hù)方案設(shè)計(jì)

針對當(dāng)下電力企業(yè)的發(fā)展，變壓器繼電保護(hù)方案主要從以下方面入手，分別為瓦斯保護(hù)、差動保護(hù)和過電流保護(hù)。企業(yè)應(yīng)從變壓器的原理，運(yùn)行中所需的技術(shù)支持入手，以保持變壓器正常的工作狀態(tài)為前提，進(jìn)行設(shè)計(jì)、維持和繼電保護(hù)處理。繼電保護(hù)裝置的主要任務(wù)就是對障礙部位進(jìn)行預(yù)警和切除，信號的傳達(dá)要準(zhǔn)確，根據(jù)我國對變壓器運(yùn)行的相關(guān)規(guī)定，其具體的保護(hù)方案設(shè)計(jì)如下：

2.3.1 瓦斯保護(hù)。該保護(hù)在變壓器運(yùn)行中較為常見，是一種電力變壓器內(nèi)部的裝置，以氣體變壓器為主。瓦斯保護(hù)的目的是保證電力變壓器油箱內(nèi)部的氣體可以及時(shí)排出，防止油箱溫度突然上升，并且確保了絕緣油的基本性能，防止出現(xiàn)漏電和短路等安全隱患。針對不同的變壓器故障，瓦斯保護(hù)的原理不同。在正常運(yùn)行狀態(tài)下，變壓器信號由油箱的上觸點(diǎn)連通中間變壓器發(fā)出，當(dāng)系統(tǒng)存在故障時(shí)，則警報(bào)信號由油箱的下觸點(diǎn)連通信號回路發(fā)出，并輔以跳閘應(yīng)急處理，此時(shí)可以確保故障的正確預(yù)警，并且降低了故障的可能范圍，提高了故障排除和維修的效率。

2.3.2 變壓器的差動保護(hù)。差動保護(hù)實(shí)際上是利用了變壓器高壓端和低壓端電流和相位的不同，根據(jù)變壓器的運(yùn)行原理，將兩側(cè)的不同電流互感器進(jìn)行連接，形成環(huán)流。通過判斷電流變化來判斷是否存在故障，此方法也被稱為相位補(bǔ)償，分別將變壓器星形側(cè)和三角形側(cè)的電流互感器連接成三角形和星型。正常狀態(tài)下，星型互感器和三角形、星形之間的電流差值為零或者接近于零，此時(shí)差動保護(hù)無動作，而在出現(xiàn)故障時(shí)，繼電器的兩側(cè)電流差值會增大，并且是快速增大，此時(shí)的電流值為繼電保護(hù)裝置的兩側(cè)互感電流所形成的二次電流之和，遠(yuǎn)大于故障點(diǎn)的短路電路，從而造成系統(tǒng)短路，安裝繼電保護(hù)裝置的主要目的就是在系統(tǒng)某處出現(xiàn)故障時(shí)做出相應(yīng)的動作，縮小短路帶來的影響。由繼電保護(hù)裝置發(fā)出相應(yīng)的差動信號，預(yù)示存在故障，并協(xié)助解決故障。差動保護(hù)原理清晰，能夠保持靈敏度高、選擇性好、實(shí)現(xiàn)簡單等特點(diǎn)，在發(fā)電機(jī)、電動機(jī)以及母線等設(shè)備上均能得到廣泛應(yīng)用，作為電器主設(shè)備的主保護(hù)，優(yōu)勢比較明顯。

2.3.3 電力變壓器的過電流保護(hù)和負(fù)荷保護(hù)。電力變壓器過電流保護(hù)常用于上述所述兩種方案的備用保護(hù)方案。過電流保護(hù)分為幾種，主要是按照不同的短路電流來劃分。其中過電流保護(hù)主要用于降壓變壓器。復(fù)合電壓啟動的過電流保護(hù)則應(yīng)用于升壓變壓器，對其靈敏度不足具有彌補(bǔ)作用。負(fù)序電流和單相式低電壓啟動的過電流保護(hù)，則多應(yīng)用于系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)變壓器和63MV-A及以上大容量升壓變壓器。與之相對應(yīng)的變壓器負(fù)荷保護(hù)主要應(yīng)用于故障預(yù)防，變壓器長期處于大負(fù)荷狀態(tài)下，會導(dǎo)致其電流增大，負(fù)荷保護(hù)就是通過降低負(fù)荷來控制過電流。該裝置通常指采用一只電流繼電器與某個(gè)單相線路相連的一對一的接線方式，一般在經(jīng)過一定延時(shí)后動作于信號，或延時(shí)跳閘。

3 結(jié)語

在我國，電網(wǎng)的發(fā)展有著不可磨滅的作用，變壓器是電網(wǎng)運(yùn)行中的核心設(shè)備，變壓器的運(yùn)行穩(wěn)定決定了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定。繼電氣試驗(yàn)和繼電保護(hù)是維持變壓器安全和穩(wěn)定的基本策略，要求電網(wǎng)系統(tǒng)正確運(yùn)用繼電保護(hù)策略，減少設(shè)備故障并及時(shí)清除已發(fā)生的故障。另外，在運(yùn)行過程中，還要對實(shí)際的運(yùn)行狀況進(jìn)行具體的分析。

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（責(zé)任編輯：王 波）