黑向品

(酒泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 酒泉 735000)

電力變壓器是電力系統(tǒng)重要的一次設(shè)備，它通過變電壓、變電流、變阻抗、隔離、穩(wěn)壓等一系列功能為我們的電力事業(yè)保駕護(hù)航，正因?yàn)樗墓δ鼙椴嫉诫娏χ械母鱾€(gè)領(lǐng)域，如果出現(xiàn)故障，將會(huì)嚴(yán)重影響供電的可靠性和用戶的生產(chǎn)生活。因此，變壓器的繼電保護(hù)就顯得尤為重要。

1 電力變壓器的故障

為了保護(hù)電力變壓器，就有必要了解電力變壓器的常見故障，并安裝與其容量和重要性相適應(yīng)的保護(hù)裝置。變壓器的故障以油箱為界分為外部故障和內(nèi)部故障，后者主要包括油箱內(nèi)繞組的匝間短路、相間短路和單相接地短路，這些短路故障非常危險(xiǎn)，短路電流會(huì)產(chǎn)生溫度很高的電弧，電弧會(huì)加熱變壓器油箱里的油，油受熱會(huì)分解產(chǎn)生大量氣體，該氣體會(huì)導(dǎo)致油箱爆炸。前者的主要是由于外部原因所導(dǎo)致的油箱外引線或者變壓器外形變形，絕緣套管發(fā)熱等多種故障[1]。除故障狀態(tài)外，還存在變壓器的非正常運(yùn)行狀態(tài)，包括：電力變壓器外部相間短路；外部接地短路引起的過電流；中性點(diǎn)過電壓；負(fù)載超過額定容量引起的過載；漏油引起的油位下降；大容量變壓器在異常運(yùn)行時(shí)的過勵(lì)磁等。

2 電力變壓器的保護(hù)

為了保證電力變壓器的正常運(yùn)行，這就需要給電力變壓器配備一定的保護(hù)。在實(shí)際運(yùn)行中，我們將變壓器的故障狀態(tài)、不正常運(yùn)行狀態(tài)的運(yùn)行參數(shù)與變壓器正常運(yùn)行的參數(shù)進(jìn)行對(duì)比，從而判斷變壓器的是否出現(xiàn)故障，根據(jù)故障啟用相應(yīng)的保護(hù)[2]。變壓器主要的保護(hù)有瓦斯保護(hù)、差動(dòng)保護(hù)、過流保護(hù)、溫度保護(hù)、過負(fù)荷保護(hù)等，下面將分別說明。

2.1 瓦斯保護(hù)

變壓器氣體保護(hù)是油浸式變壓器內(nèi)部故障保護(hù)的基礎(chǔ)，當(dāng)油浸式變壓器發(fā)生輕微故障時(shí)，變壓器油受熱會(huì)分解產(chǎn)生少量氣體，由于涌動(dòng)速度慢，這些氣體流經(jīng)瓦斯繼電器時(shí)會(huì)在上部停留，導(dǎo)致油面下降，上油杯失去浮力接通上觸點(diǎn)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，這個(gè)信號(hào)表示變壓器內(nèi)部輕微故障的輕瓦斯動(dòng)作信號(hào)。當(dāng)變壓器油箱內(nèi)發(fā)生嚴(yán)重故障時(shí)產(chǎn)生大量氣體，該氣體帶動(dòng)油流快速涌動(dòng)，由于涌動(dòng)速度快，氣體在瓦斯繼電器上存留不住，會(huì)和油流一起沖擊擋板，導(dǎo)致下觸電閉合發(fā)出跳閘信號(hào)。如果油箱的油泄漏嚴(yán)重，氣體繼電器中的油可能會(huì)緩慢耗盡，此時(shí)上觸點(diǎn)的報(bào)警信號(hào)激活，并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。當(dāng)油繼續(xù)下降時(shí)，下油杯失去浮力而降落，使下觸點(diǎn)觸發(fā)跳閘信號(hào)，從而觸發(fā)斷路器跳閘。瓦斯保護(hù)能夠反映出變壓器所發(fā)生的內(nèi)部故障，包括油位下降或泄漏、繞組相間短路、繞組匝間短路等故障，但是不能反映外部端子的故障，所以對(duì)于變壓器還應(yīng)該裝設(shè)其他的保護(hù)。

2.2 差動(dòng)保護(hù)

由于氣體保護(hù)只能反應(yīng)內(nèi)部故障，對(duì)于外部故障無法保護(hù)，差動(dòng)保護(hù)能夠保護(hù)變壓器內(nèi)部的短路故障以及變壓器引出線、套管的相間短路故障。差動(dòng)保護(hù)是通過比較分析變壓器檢測(cè)出的各側(cè)電流的數(shù)值和相位而形成的保護(hù)，其保護(hù)裝置是由相同極性的電流互感器和變壓器兩側(cè)的繼電器組成，兩個(gè)極性相同的電流互感器串聯(lián)在一個(gè)回路中，電流繼電器則跨接在該回路上。在適當(dāng)選擇兩側(cè)電流互感器的電壓比和接線方式前提下，正常運(yùn)行和保護(hù)區(qū)的外部故障情況下，流入差動(dòng)繼電器的電流小于差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作電流，此時(shí)保護(hù)不進(jìn)行動(dòng)作。反之，當(dāng)保護(hù)區(qū)內(nèi)發(fā)生故障時(shí)，流入差動(dòng)繼電器的電流大于差動(dòng)繼電器的動(dòng)作電流，此時(shí)充分發(fā)揮出保護(hù)的功能。

2.3 過流保護(hù)

電力變壓器過電流保護(hù)的目的主要是為了保護(hù)由于變壓器外部短路所導(dǎo)致的過電流，同時(shí)，過流保護(hù)作為變壓器內(nèi)部故障的后備保護(hù)，大多數(shù)過電流保護(hù)裝置在電源側(cè)，因此整個(gè)變壓器仍在保護(hù)區(qū)內(nèi)，為了擴(kuò)大保護(hù)范圍,電流互感器應(yīng)盡量靠近高壓斷路器安裝。當(dāng)發(fā)生內(nèi)部故障時(shí),若瓦斯(縱聯(lián)差動(dòng)或電流速斷)拒動(dòng)時(shí)，過電流保護(hù)經(jīng)過整定時(shí)限后,動(dòng)作于變壓器各側(cè)的斷路器使其跳閘。

2.4 溫度保護(hù)

電力變壓器還會(huì)有油溫、冷卻系統(tǒng)異常等情況，油溫異常會(huì)導(dǎo)致線圈絕緣老化，電氣特性變壞，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)引發(fā)火災(zāi)，電力變壓器上層油溫不允許超過95℃,一般運(yùn)行情況為85℃，這就需要裝設(shè)監(jiān)視溫度計(jì)和溫控裝置對(duì)電力變壓器進(jìn)行溫度保護(hù)。

2.5 過負(fù)荷保護(hù)

變壓器的負(fù)荷能力與所處的環(huán)境、負(fù)荷的波動(dòng)、季節(jié)的交替、溫度的變化等一系列因素有關(guān)，當(dāng)電力變壓器的實(shí)際容量超過額定容量時(shí)，電力變壓器會(huì)出現(xiàn)過負(fù)荷這一不正常運(yùn)行狀態(tài)，如果長(zhǎng)時(shí)間的過負(fù)荷運(yùn)行會(huì)加速絕緣老化，也會(huì)縮短電力變壓器的使用壽命，更嚴(yán)重的過負(fù)荷還會(huì)造成電力事故，從而影響國民經(jīng)濟(jì)與正常的生產(chǎn)生活，因此需要裝設(shè)過負(fù)荷保護(hù)。電力變壓器有正常過負(fù)荷和事故過負(fù)荷，它們都應(yīng)按規(guī)定的負(fù)荷的倍數(shù)確定變壓器允許運(yùn)行的時(shí)間，如果發(fā)生過負(fù)荷這種情況，過負(fù)荷保護(hù)裝置將動(dòng)作于信號(hào)，從而提醒值班人員應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)過負(fù)荷的幅度、時(shí)間、變壓器的油溫和油位的監(jiān)視。

3 電力變壓器的保護(hù)配置

緊密圍繞上文所提到的電力變壓器故障運(yùn)行狀態(tài)，變壓器應(yīng)配備以下保護(hù)配置。

3.1 瓦斯保護(hù)

容量為0.8MVA及以上油浸式變壓器和0.4MVA及以上車間內(nèi)油浸式變壓器，以及帶負(fù)荷調(diào)壓變壓器的充油調(diào)壓開關(guān)均應(yīng)裝設(shè)瓦斯保護(hù)。輕瓦斯則動(dòng)作于信號(hào)，重瓦斯則動(dòng)作于斷路器跳閘。

3.2 縱差保護(hù)或電流速斷保護(hù)

電壓為10kV及以下且容量為10MVA以下單獨(dú)運(yùn)行變壓器，應(yīng)采用電流速斷保護(hù)；電壓為10kV以上，容量為10MVA及以上單獨(dú)運(yùn)行的變壓器，以及容量為6.3MVA及以上并列運(yùn)行的變壓器，應(yīng)采用縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)；容量為10MVA以下單獨(dú)運(yùn)行的重要變壓器，可裝設(shè)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)。

3.3 接地保護(hù)

接地保護(hù)用于110kV及以上直接接地系統(tǒng)中變壓器高壓繞組與出線及相鄰線路間的短路反應(yīng)，保護(hù)動(dòng)作為跳閘。

3.4 過載保護(hù)

容量在0.4MVA及以上并列運(yùn)行的變壓器或作為其他負(fù)荷備用電源的單獨(dú)運(yùn)行的變壓器，應(yīng)裝設(shè)過負(fù)荷保護(hù)。在無人值班的變電站，過負(fù)荷保護(hù)應(yīng)動(dòng)作與開關(guān)，斷開部分負(fù)荷或跳閘。

3.5 溫度保護(hù)

按照電力變壓器標(biāo)準(zhǔn)要求，對(duì)于變壓器油溫異常、冷卻系統(tǒng)故障應(yīng)專門裝設(shè)相應(yīng)的非電量保護(hù)[3]。

3.6 過勵(lì)磁保護(hù)

高壓側(cè)為500kV的變壓器宜裝設(shè)過勵(lì)磁保護(hù)。若變壓器分接開關(guān)連接或者調(diào)整不正確、變壓器投入負(fù)載、電力變壓器運(yùn)行時(shí)額定電壓較低等，均會(huì)引發(fā)過勵(lì)磁現(xiàn)象[4]。變壓器過勵(lì)磁會(huì)導(dǎo)致鐵心飽和、勵(lì)磁電流劇增、鐵心溫度上升，嚴(yán)重過熱會(huì)使變壓器絕緣劣化、壽命降低，最終造成變壓器損壞。

4 結(jié)束語

筆者將研究的重點(diǎn)放在了對(duì)電力變壓器故障、異常工況和變壓器的幾種保護(hù)配置的分析上，指出變壓器正常運(yùn)行的重要性。當(dāng)前電子信息科技以及計(jì)算機(jī)技術(shù)正在飛躍式的發(fā)展，變壓器繼電保護(hù)已經(jīng)凸顯出來自動(dòng)化、智能化的趨勢(shì)，微機(jī)保護(hù)逐漸盛行也較為容易實(shí)現(xiàn)；具有保護(hù)裝置本身缺陷或元件故障的自測(cè)功能；動(dòng)作后的事故報(bào)告和故障錄波等功能。這些功能有利于保證系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行，系統(tǒng)發(fā)生故障后的事故分析以及快速恢復(fù)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，基于諸多優(yōu)點(diǎn)深受電力系統(tǒng)繼電保護(hù)工作者的歡迎。