楊杰

摘要：變壓器在變電站中起到的作用不可小覷，其穩(wěn)定運(yùn)行關(guān)系到整個(gè)電力系統(tǒng)的維護(hù)和運(yùn)行。尤其是大型變壓器價(jià)格高昂，而且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一旦有內(nèi)部故障發(fā)生，維修困難，耗費(fèi)時(shí)間長，同時(shí)會(huì)導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)損失巨大。因此，以變壓器的重要性和使用范圍，需要安裝可靠、安全的保護(hù)裝置。

關(guān)鍵詞：非電量保護(hù);機(jī)理;定值整定

主變壓器在我國現(xiàn)代化的電力系統(tǒng)以及電氣設(shè)備中已經(jīng)占據(jù)非常重要的技術(shù)位置，從現(xiàn)在我國制造的的主變壓器整體構(gòu)造情況來看，主動(dòng)式變壓器的正常運(yùn)行性能是非?？煽康?。但是，為進(jìn)一步大大提升我國電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和運(yùn)行性能水平，當(dāng)電力變壓器系統(tǒng)發(fā)生內(nèi)部元件故障時(shí)對(duì)其造成的性能影響非常大，所以目前電力系統(tǒng)變壓器的故障保護(hù)元件配置必須比較完善。電量保護(hù)固然重要，但是非電量保護(hù)也不能丟棄。因而，除了設(shè)備零序過載電流過壓保護(hù)、阻抗過流保護(hù)等電量保護(hù)外，還需要特別注意變壓器內(nèi)部故障的非電量保護(hù)，例如變壓器瓦斯保護(hù)等等，這些非電量保護(hù)對(duì)電力系統(tǒng)也非常重要。

一、非電量保護(hù)機(jī)理

非電量保護(hù)，顧名思義，是指發(fā)出由錯(cuò)誤操作或非電量反射的信號(hào)的保護(hù)，通常保護(hù)的不是電量，而是非電量。保護(hù)裝置、電回路和安裝在變壓器上的非電量保護(hù)裝置元件組成主變壓器的非電量保護(hù)。非電量保護(hù)類型包括壓力釋放閥、壓力突變繼電器、油面溫控器、繞組溫度控制器等。

非電量維護(hù)主要對(duì)于輸入的接點(diǎn)展開記錄，并且傳送輸入的非電量接點(diǎn)。如果溫度過高，則通過壓力板的直接出口發(fā)出跳閘或警報(bào)。此外還可以選擇是否因油溫過高而關(guān)閉非介電，只有當(dāng)外部非介電油溫過高時(shí)，冷控停電跳閘功能才會(huì)打開，輸入觸點(diǎn)才會(huì)閉合。

非電量保護(hù)的工作原理很簡單，使用溫度、壓力、流量和其他非電量物理量來保護(hù)、顯示、報(bào)警、控制和監(jiān)測(cè)變壓器。

二、瓦斯保護(hù)原理

2.1瓦斯保護(hù)原理

（1）輕瓦斯對(duì)于變壓器內(nèi)部故障較輕，或故障初期油箱內(nèi)的油分解汽化并且產(chǎn)氣速度慢等情況比較合適。排掉繼電器和變壓器內(nèi)的油，液位下降，然后上浮子下降，與浮子相連的永磁體滑動(dòng)，當(dāng)浮子到達(dá)設(shè)定位置時(shí)，永磁體立即激活觸點(diǎn)并發(fā)出瓦斯報(bào)警信號(hào)。

（2）重瓦斯適合應(yīng)用于電源內(nèi)部出現(xiàn)較嚴(yán)重系統(tǒng)故障時(shí)候，油箱之內(nèi)的油被分解，產(chǎn)生大量的濃氣體，油箱內(nèi)的壓力急劇增大，造成瓦斯和油流量快速流動(dòng)，流量減少，超過設(shè)定值。當(dāng)達(dá)到該值時(shí)，變壓器兩側(cè)的斷路器就會(huì)跳閘，這就是所謂的瓦斯。當(dāng)重瓦斯發(fā)生時(shí)，會(huì)與變壓器連接的電源斷開，防止事故擴(kuò)大化。

2.2瓦斯保護(hù)的定值

通常，輕瓦斯的流速設(shè)定值通常是一個(gè)累積氣體平均體積的250-300ml，而重瓦斯的平均流速通常會(huì)被設(shè)置在1m/s和1.5m/s之間。

三、壓力釋放閥的保護(hù)原理

3.1保護(hù)原理

為大大增加電力設(shè)施正常運(yùn)行的安全可靠性，最初準(zhǔn)備投運(yùn)的大型變壓器逐漸采用替換壓力防爆管，采取壓力釋放控制閥的安裝方法。變壓器非電量保護(hù)的安全穩(wěn)壓裝置也就是壓力釋放閥，是用于保護(hù)浸入水中的各種電氣設(shè)備的安全保護(hù)裝置。如果變壓器內(nèi)的油箱發(fā)生變化，油箱內(nèi)的有機(jī)油脂就會(huì)自動(dòng)分解掉并汽化，生成許多的氣體，從而導(dǎo)致油箱內(nèi)壓力激增，如果不釋放這些氣體，會(huì)導(dǎo)致變壓器油箱發(fā)生變形，甚至可能會(huì)爆裂。

當(dāng)壓力增加到一定的值后，會(huì)對(duì)主變進(jìn)行保護(hù)，并作用于信號(hào)。在變壓器頂部安裝壓力釋放閥，則在變壓器故障時(shí)，可能導(dǎo)致油箱內(nèi)壓力升高，當(dāng)壓力值上聲到開啟壓力釋放閥所需壓力時(shí)，壓力釋放閥會(huì)在兩毫秒內(nèi)打開，并釋放油箱內(nèi)的油，使油箱內(nèi)的壓力保持平衡，更加有效隔絕外界空氣、水分等雜質(zhì)，具有不損壞元件的優(yōu)點(diǎn)，操作后無需更換，因此被廣泛使用。

3.2壓力釋放閥保護(hù)的定值及運(yùn)行要求

壓力釋放閥開啟壓力的設(shè)定必須結(jié)合變壓器的結(jié)構(gòu)考慮，升座式和直接安裝在罐頂?shù)膮^(qū)別，芯式和殼式變壓器的區(qū)別在于一味降低開啟壓力釋放閥所需壓力很容易使啟動(dòng)保護(hù)，壓力釋放閥的啟動(dòng)開關(guān)會(huì)受潮濕或振動(dòng)等因素的影響，而導(dǎo)致跳閘短路的發(fā)生，要防止跳閘事故發(fā)生或非電量保護(hù)故障。大多數(shù)變壓器設(shè)備制造商都還沒有制定壓力釋放閥觸頭接點(diǎn)的操作規(guī)范，需要在防止跳閘時(shí)觸點(diǎn)起作用，壓力釋放閥二次回路的絕緣降低了許多倍，因此經(jīng)常發(fā)生跳閘和停電。為此，變壓器操作規(guī)范壓力釋放閥觸點(diǎn)必須對(duì)信號(hào)起作用。但是，如果壓力釋放閥啟動(dòng)而變壓器不跳閘，則變壓器可能會(huì)在缺少油的情況下運(yùn)行，從而使故障更加嚴(yán)重。為此，可以采用雙浮子瓦斯繼電器保護(hù)變壓器，若因?yàn)閴毫︶尫砰y啟動(dòng)而使油量過少，瓦斯繼電器的下浮子下降并發(fā)出跳閘信號(hào)。

四、突變壓力保護(hù)

4.1突變壓力保護(hù)

壓力突變繼電器是電力變壓器內(nèi)部相對(duì)較新的非電量保護(hù)裝置，可以在變壓器運(yùn)行的全過程中起到保護(hù)作用，防止因變壓器發(fā)生內(nèi)部故障，而引起油箱內(nèi)壓力增高。根據(jù)變壓器內(nèi)部故障導(dǎo)致的油箱內(nèi)壓力升高，對(duì)變壓器進(jìn)行保護(hù)。當(dāng)變壓器發(fā)生故障時(shí)，油箱內(nèi)的壓力急劇上升。當(dāng)壓力上升率超過一定值，且壓力達(dá)到一定值時(shí)，壓力開關(guān)動(dòng)作，發(fā)出報(bào)警信號(hào)或切斷電源，將其關(guān)閉以停止變壓器工作。這種保護(hù)優(yōu)于壓力釋放閥保護(hù)，前者提供更快的釋放速率但不釋放內(nèi)部壓力。此外，變壓器快動(dòng)式液壓繼電器必須配備不銹鋼或其他耐腐蝕材料制成的防雨罩。

4.2突變壓力保護(hù)的定值

突壓保護(hù)的固定值是一個(gè)區(qū)域而不是單個(gè)值，保護(hù)整個(gè)運(yùn)行過程，感受不同的壓速率來執(zhí)行不同的動(dòng)作。

五、溫控器保護(hù)原理及設(shè)置原則

為了能夠使變壓器穩(wěn)定正常運(yùn)行，必須將冷卻后的介質(zhì)和變壓繞組的工作溫度控制在一個(gè)規(guī)定溫度范圍內(nèi)。這必須對(duì)溫度自動(dòng)控制器功能進(jìn)行明確要求，即在規(guī)定溫度范圍內(nèi)必須具備溫度自動(dòng)測(cè)量和冷卻溫度控制的重要作用。當(dāng)工作溫度范圍達(dá)到系統(tǒng)設(shè)定的溫度范圍時(shí)，發(fā)出超溫警報(bào)或自動(dòng)跳閘報(bào)警信號(hào)，以有效確保設(shè)備的正常使用壽命。溫度驅(qū)動(dòng)控制器系統(tǒng)包括繞組溫度驅(qū)動(dòng)控制器和油位溫度驅(qū)動(dòng)控制器。

5.1測(cè)溫原理

（1）油面溫控器的測(cè)溫原理

彈性元件、毛細(xì)管和溫包構(gòu)成了溫度控制器。在這三個(gè)元件構(gòu)成的空間內(nèi)布滿了感知溫度的液體。隨著被測(cè)溫度的改變，并且液體具有熱脹冷縮的效應(yīng)，空間內(nèi)的感溫液體體積也會(huì)發(fā)生一定的變化。這種體積變化通過毛細(xì)管遠(yuǎn)距離傳送到彈性零件，將零件從原位置移開，元件的位移量可通過齒輪放大，并顯示測(cè)量值，同時(shí)啟動(dòng)開關(guān)傳送電信號(hào)，使冷卻系統(tǒng)運(yùn)行，從而使得變壓器內(nèi)的溫度不會(huì)升高。

（2）繞組溫度控制器的測(cè)溫原理

油面溫度可以直接進(jìn)行測(cè)量，但是繞組溫控器因其高電壓而不能直接測(cè)量。繞組和冷卻介質(zhì)的溫度差與繞組中實(shí)際電流成函數(shù)比，套管電流互感器中的次級(jí)電流與變壓器繞組電流成正比，套管電流互感器可以向溫度計(jì)的加熱電阻提供二次電流，并產(chǎn)生與銅和油之間的溫差相對(duì)應(yīng)的變壓器負(fù)載測(cè)量值。這種間接測(cè)量器的原理用于顯示平均或最大測(cè)量繞組內(nèi)的溫度，即所謂的熱圖像。

（3）測(cè)量值的遠(yuǎn)程顯示原理

為了將測(cè)量值發(fā)送到控制室進(jìn)行遠(yuǎn)距離顯示，溫度控制器將銅或鉑電阻傳感器的電阻或溫度變化引起的機(jī)械位移轉(zhuǎn)換為滑線電位器的電阻變化，模擬輸出為4至20mA，在遠(yuǎn)距離信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字。使用滑線壓敏電阻的優(yōu)點(diǎn)是布線方便，傳輸路徑長，沒有補(bǔ)償電路，電流信號(hào)不受其余磁場或溫度的影響。

5.2溫控器保護(hù)的定值

假若工作時(shí)的溫度非常高，變壓器繞組工作溫度和油溫分別可以區(qū)分為兩個(gè)溫度等級(jí)——分為低值和高溫等值。低值影響信號(hào)，高值影響跳閘，在設(shè)計(jì)這兩個(gè)級(jí)別時(shí)，變電站必須是可運(yùn)行的，可以讓值班人員清楚地區(qū)分。

結(jié)束語

綜上所述，非電量保護(hù)裝置是電力變壓器重要的主要保護(hù)功能配置，因此通過設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)值來加以改進(jìn)它。性能優(yōu)良的非電量保護(hù)裝置對(duì)于有效保證主變壓器安全穩(wěn)定地運(yùn)行以及大大提高整個(gè)電力系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性等都具有非常重要的應(yīng)用意義。

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