論電力變壓器的繼電保護

鐘 科

(廣東電網有限責任公司河源供電局，廣東 河源 517000)

論電力變壓器的繼電保護

鐘 科

(廣東電網有限責任公司河源供電局，廣東 河源 517000)

從繼電保護的實際要求、特點出發，分析了電力變壓器繼電保護的常見故障，并探討了部分繼電保護方式及實現措施。

電力變壓器；繼電保護；故障；實現

0 引言

電能已經成為社會發展的基礎，隨著經濟的不斷發展，空調、微波爐等大功率電氣設備越來越多，用電量逐年增加，這是電力企業面臨的一大問題。同時如何快速解決電力變壓器故障，恢復正常供電也是迫切需要解決的問題。繼電保護裝置是保障電力系統安全可靠的關鍵之一，對某些故障可以自動加以解決，如果繼電保護裝置出現故障，無法及時跳開切斷電力系統與電力變壓器的連接，電力變壓器的故障會導致整個電力系統電能質量的下降，嚴重時還可能導致系統解列。

1 繼電保護概述

繼電保護是保證供電可靠性及系統正常運行的關鍵，當系統發生故障時，要盡可能快速地解決故障，并把故障控制在最小范圍內，一般是將故障設備直接從電力網絡中切除，當系統出現異常時，繼電保護裝置可以將異常信號發送給值班人員，再進行維護或維修操作消除異常。下面分析繼電保護的實際要求及特點。

1.1 繼電保護的實際要求

(1) 繼電保護裝置要具有獨立性，繼電保護設備要由專用電源供電，并且其開關回路必須與一次側高壓隔離。(2) 繼電保護裝置之間要相互聯系，及時通信，如發生短路故障時，短路點所在支路兩端的保護裝置需要跳閘，上一段線路的保護裝置要可靠不動作。(3) 跳閘回路要單獨設置，由于繼電保護裝置主要目的是將故障從電力系統中迅速切除，減小電力企業損失，故跳閘回路可靠性要非常高。

1.2 繼電保護的特點

繼電保護一般具有可靠性高、實用性強、反應速度快、靈敏性好的特點。

2 電力變壓器繼電保護常見故障

2.1 電力變壓器常見故障

電力變壓器在運行時，可能出現故障或者運行在不正常狀態。電力變壓器故障包括內部故障和外部故障2種，內部故障指變壓器油箱內發生的故障，一般有繞組單相接地短路、繞組相間短路、匝間短路、線圈和鐵芯間絕緣破壞引起的接地短路，還包括油箱內油面過低引起的散熱困難、變壓器油溫升高等。內部故障危險性很高，短路故障引起的大電流會產生電弧，擊穿并燒毀繞組絕緣，燒壞銅線及變壓器鐵芯，同時產生的大量熱能會蒸發變壓器油，使箱內氣壓增大，有爆炸危險。外部故障指的是油箱外部出現的故障，一般有引出線相間短路、單相接地短路和油箱套管漏油等故障。電力變壓器的不正常運行狀態是指不存在嚴重故障時，變壓器在故障狀態下繼續運行的狀態，此時絕緣材料更容易老化，鐵芯、繞組等金屬溫度會升高，繞組的絕緣性能也會變差，容易導致其他更嚴重的故障。應選擇裝設繼電保護裝置，及時切除變壓器的各類故障，降低電力企業的經濟損失。

2.2 繼電保護常見故障

繼電保護裝置也可能發生故障，主要包括以下幾個方面：(1) 采用微機控制的繼電保護裝置抗干擾能力較差，通訊線路上如果存在強干擾源，容易使信號改變，導致繼電保護裝置誤動作或不動作，而電力變壓器中副邊電流較大，大電流會產生強磁場，會對繼電保護裝置造成干擾，導致繼電保護裝置發生故障。(2) 繼電保護裝置是對互感器測得的電壓電流進行分析判斷來決定是否動作的，電壓互感器二次側容易出現中性點接地、接觸不良、回路斷線等問題，導致地網與二次接地之間存在壓差，容易造成保護裝置誤動。(3) 繼電保護中的跳閘元件雖然可靠性要求很高，但是并不能排除出故障的可能性，如果保護裝置發出動作信號但跳閘元件拒動作，會帶來嚴重的電力事故。繼電保護裝置采用的零部件有些精度較差，且質量不合格，也會造成繼電保護裝置的誤動或拒動，繼電保護裝置如果散熱不佳，也容易對各電氣元件造成永久性損壞，使得繼電保護裝置故障頻發。

3 電力變壓器繼電保護方式及實現措施

電力變壓器所采用的繼電保護裝置及措施有很多種，在此對幾種常見保護進行分析，包括瓦斯保護、差動保護、過電流保護，還有非電量保護，如冷控失電保護。

3.1 瓦斯保護

瓦斯保護是電力變壓器最常用的保護手段，包括輕瓦斯保護和重瓦斯保護。瓦斯保護可以監測油箱內變壓器油量的多少。瓦斯保護對于鐵芯故障的反應較為敏感，對于微小故障電流，其他反應電氣量的保護不動作時，瓦斯保護會通過檢測油流、氣體來進行動作。瓦斯保護使用的繼電器包括上下2個油杯，且內部盛滿變壓器油，在平衡錘的作用下，觸點是分開狀態，并不會產生報警或跳閘動作。當變壓器出現輕微故障時，油箱液面稍微降低，使得輕瓦斯動作，發出報警信號；如果變壓器內出現嚴重故障，短時間內變壓器油就可能被蒸發，產生大量氣體，此時重瓦斯動作，直接進行跳閘操作。

3.2 差動保護

差動保護主要針對電力變壓器出線端的相間故障，差動保護裝置通過分析變壓器輸入端和輸出端的電流幅值以及相位，判斷變壓器是否發生故障。一般包括縱聯差動和橫聯差動，區別在于保護對象不同，縱聯差動主要保護單回路器件，橫聯差動主要保護雙回路器件。在變壓器正常運行或者出現外部故障時，流入繼電器的電流是兩側電流的差值，值很小，接近于0，繼電保護裝置不動作；當變壓器出現內部故障時，通過繼電器的電流大小是兩側電流的和，值為短路電流，差動保護動作。當前差動保護大多采用微機控制，微機差動保護裝置出口邏輯如圖1所示，只要任一相差動保護動作就會引起出口跳閘，如果TA斷線，會導致閉鎖保護同時延時發出告警信號。差動保護根據其保護原理還可以分為比率差動保護、分側差動保護、工頻變化量比率差動保護等。

圖1 微機差動保護裝置出口邏輯圖

3.3 過電流保護

過電流保護一般作為瓦斯保護和差動保護的后備保護，某些情況下，可以采用阻抗保護來替代。在變壓器啟動過程中會出現較大的啟動電流，過電流保護要防止這種短時大電流通過時誤動作。

3.4 冷控失電保護

電力變壓器有一種常見故障，冷控失電。根據DL/T572—95《電力變壓器運行規程》規定，如果冷卻系統出現故障并被全部切除，對于強油循環風冷和水冷的變壓器可以繼續帶載運行20 min，20 min后頂層油溫如果超過75 ℃變壓器需要停止工作，冷卻裝置全部切除的狀態下，變壓器運行不得超過1 h。

4 結語

作為電力系統中的重要組成部件，電力變壓器的可靠工作已經成為電力系統安全可靠運行的前提之一。對電力變壓器的保護十分重要，繼電保護作為一種可靠、快速、靈敏的保護手段，已經被廣泛用于電力設備的保護之中。對變壓器進行繼電保護，可以有效預防事故發生，減小事故影響范圍，提高系統運行可靠性，為用戶提供更加可靠的電力服務。

[1] 金益毅.淺談電力變壓器的繼電保護[J].硅谷，2010(8)

[2] 俞如兵.淺析電力變壓器的繼電保護[J].科技資訊，2011(30)

2014-09-01

鐘科(1984—)，男，廣東河源人，電氣工程師，研究方向：變電運行。