淺談電力變壓器繼電保護設計

王愛心

摘 要：本文對電力變壓器繼電保護設計進行了探討，分析了電力變壓器繼電保護的工作原理，介紹了電力變壓器繼電保護的基本構(gòu)成，指出了電力變壓器繼電保護系統(tǒng)常見的故障類型，具有一定的參考價值與指導意義。

關鍵詞：變壓器；繼電保護；工作原理；基本構(gòu)成；故障類型

中圖分類號：TM77 文獻標識碼：A

1.電力變壓器繼電保護的工作原理

電力變壓器繼電保護系統(tǒng)主要是根據(jù)電力系統(tǒng)所出現(xiàn)的電力數(shù)值的變化情況以實現(xiàn)電力變壓器繼電系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)功能。電力變壓器繼電系統(tǒng)存在的目的是，無論電力變壓器繼電系統(tǒng)中的電力變壓器繼電保護系統(tǒng)的工作狀態(tài)如何，或是處于什么樣的情形都要保證整個系統(tǒng)的安全。按照電力變壓器繼電系統(tǒng)是否處于正常運行的狀態(tài)，其繼電保護的基本原理并不相同。為了確認電力變壓器繼電系統(tǒng)處于什么樣的運行狀態(tài)，則需要對電力變壓器繼電系統(tǒng)的運行狀態(tài)進行測量并進行分析。

2.電力變壓器繼電保護的基本構(gòu)成

經(jīng)過長時間的發(fā)展與演變，如今電力變壓器繼電保護系統(tǒng)已逐步發(fā)展到了微機型的繼電保護系統(tǒng)的狀態(tài)，該類型的電力變壓器繼電保護系統(tǒng)主要由3部分組成。①電力系統(tǒng)信號采集部分。其主要功能是收集并整理電力系統(tǒng)內(nèi)部的電力數(shù)值的情況，然后將其收集整理的數(shù)據(jù)通過有效的傳遞方式提交給電力系統(tǒng)繼電保護部分。②電力系統(tǒng)的信號處理部分。其能夠?qū)﹄娏ο到y(tǒng)信號采集整理的信號進行處理，并以有效的方式對相關問題進行分類與處理。③信號輸出部分。該部分是十分重要的一環(huán)節(jié)，信號輸出部分可以有效地將輸出信號的指令精準無誤地發(fā)送給電力系統(tǒng)，從而保障調(diào)節(jié)工作的順利進行。

3.電力變壓器繼電保護系統(tǒng)常見故障類型

3.1 電力變壓器繼電保護系統(tǒng)中電壓互感器的二次回路故障

系統(tǒng)的電壓互感器部分屬于繼電保護系統(tǒng)的核心組成部分，是電力變壓器繼電保護系統(tǒng)的心臟部分，其主要功能是將電力系統(tǒng)中過高的電壓排除。在通常情況下，電壓互感器在承受相對數(shù)值較大的電阻負載的同時，其承受的二次電壓數(shù)值與其所承受的一次電壓數(shù)值還以正比的關系存在。因此，在這樣的情況下，一旦發(fā)生電阻數(shù)值減小等相關現(xiàn)象，那么極容易造成電壓互感器出現(xiàn)短路現(xiàn)象。在開口三角電壓數(shù)值不穩(wěn)定的情況下，通常就會引起以上原因造成的故障與問題。因為在電壓互感器內(nèi)部的鐵芯中極易發(fā)生由于電壓的升高所造成的線性不穩(wěn)限次，所以在處理這類力變壓器繼電保護系統(tǒng)故障的時候，應當格外注意電壓互感器的短路以及回路等問題。

3.2 電力變壓器繼電保護系統(tǒng)電流互感器的故障

因為電力變壓器繼電保護系統(tǒng)內(nèi)的電流互感器是根據(jù)電磁感應的相關原理制作設計的，因此，將原有的較大數(shù)值電流轉(zhuǎn)換成為較小的數(shù)值電流是設計電流互感器的主要功能，也是電流互感器存在的價值。基于以上原因很容易知道，一旦電流互感器內(nèi)部的絕緣部分發(fā)生破裂或類似現(xiàn)象，則極容易引起電流的竄出等系列問題，則給電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、正常運行造成了嚴重的阻礙，嚴重時還可能引發(fā)安全事故。

3.3 計算機型電力變壓器繼電保護裝置的故障

在現(xiàn)代信息技術(shù)迅速發(fā)展、計算機技術(shù)迅速提升的時代背景下，計算機型電力變壓器繼電保護裝置已經(jīng)逐漸開始運用于繼電保護工作。然而，在實際操作、運用的過程中，如果發(fā)生了輸入功率不足的現(xiàn)象，則極易引起計算機系統(tǒng)控制所輸出的電壓數(shù)值減少等現(xiàn)象，該問題會對電力系統(tǒng)電力數(shù)值的正常運行帶來十分不利的影響。

4.電力變壓器繼電保護設計優(yōu)化方法

4.1 差動保護設計

將變壓器兩側(cè)的電流互感器二次側(cè)按正常時的“環(huán)流接線”是變壓器差動保護動作電流設計的原則。如果變壓器處于正常運行的狀態(tài)，那么差動繼電器中的電流為其兩側(cè)電流互感器CT的二次電流之差，其數(shù)值趨于0。如果差動繼電器不發(fā)生任何動作，那么其保護也不會有任何作為。也就是說，如果在電流互感器二次回路端線，并且變壓器處于最大符合的狀態(tài)下，差動保護是不會產(chǎn)生任何動作的。隨著計算機芯片性能的提升，對位于變壓器1套保護裝置中所具有的主保護以及各側(cè)全部后備保護的兩套主變壓器微機型保護裝置進行了全力開發(fā)，其成果已經(jīng)被廣泛應用于實際工程中。所以，在330kV及以上高壓側(cè)電壓的變壓器可以采用安裝雙重差動保護的方法對電力變壓器引出線、套管及其內(nèi)部短路故障進行反應，從而實現(xiàn)有效反應電力變壓器繞組及其引出線的多相短路及繞組匝間短路的縱聯(lián)差動保護，同時也可以將電流速斷保護作為主保護，另外也能達到將瞬時動作于斷開各側(cè)斷路器的目的。

4.2 瓦斯保護設計

除了瓦斯保護可以動作，像差動保護以及其他有關保護設計通常是都不能進行動作的。瓦斯保護主要是依靠氣體繼電器來實現(xiàn)動作的，其位于變壓器油箱和油枕之間的連接導油管中。瓦斯保護主要有兩種：①首先輕瓦斯保護動作于信號，然后依照氣體的屬性，包括：顏色、可燃性、數(shù)量以及化學成分來判斷保護的理由以及電力變壓器繼電保護裝置故障的性質(zhì)。根據(jù)此有關工作人員則可以及時察覺故障的發(fā)生并有針對性地對故障進行相關處理。②首先重瓦斯保護動作于斷路器跳閘，然后通過監(jiān)視確定氣體發(fā)生的速度，并對氣體的不同特征以及相關成分進行剖析，從而根據(jù)有關分析間接地推測、判斷造成故障發(fā)生的原因、故障出現(xiàn)的部位和以及故障的嚴重程度。

4.3 過電流保護設計

①低壓變壓器過電流保護設計。三相式三卷變壓器通常用于變壓器低壓側(cè)，而在壓側(cè)短路時高、中壓側(cè)的阻抗保護通常無法發(fā)揮作用，起不到保護功能，因此難以達成作為相鄰元件所具有的后備保護需求。在這種情況下可以在低壓側(cè)安置復合電壓閉鎖過流保護，并同時在其高、中壓側(cè)都設計并安裝復合電壓閉鎖過流保護以及零序方向過電流保護或間隙保護等。②高壓變壓器的保護設計。在電力變壓器高壓側(cè)的過電流保護對低壓側(cè)母線規(guī)定有靈敏系數(shù)的時候，可以在電力變壓器低壓側(cè)斷路器和電力變壓器高壓側(cè)短路器上設計安裝有關的過電流保護裝置。如果電力變壓器低壓側(cè)母差保護發(fā)生校驗停運現(xiàn)象，或者是因為故障出現(xiàn)拒動問題以及開關與TA間出現(xiàn)不正常現(xiàn)象的時候，過電流保護裝置則可以作為電力變壓器低壓側(cè)母線的主保護以及后備保護。不過需要注意的是，一旦出現(xiàn)的是非金屬性短路，在經(jīng)過弧光短路的時候，則容易出現(xiàn)阻抗保護靈敏度不足以及整定延時超過2s等情況。基于以上分析，應該在電力變壓器的高壓側(cè)也安裝一個保護變壓器熱穩(wěn)定的反時限過流保護裝置，并且該裝置的整定值必須根據(jù)電力變壓器的熱穩(wěn)定要求進行設置。另一方面在電力變壓器的低壓側(cè)應當另行設計保護，或者可以在電力變壓器低壓側(cè)的中性線上實際零序電流保護裝置。值得關注的是，需要根據(jù)中性線不平衡電流不超過變壓器額定電流的25%的要求設計動作電流。③負序過電流保護設計。在按照相間后備保護遠后備原則進行配置的時候，必須避免被保護電力變壓器所連接相鄰線路發(fā)生一相斷線時，在流過保護安裝位置的時候出現(xiàn)負序電流。另外為了不引起負序過電流保護出現(xiàn)非選擇性動作，在靈敏度方面應當配合相鄰線路零序電流保護的后備段。

結(jié)語

電力變壓器繼電保護裝置是電力系統(tǒng)中重要的電氣設備與轉(zhuǎn)換樞紐。合理設計變壓器繼電保護裝置能夠有效保證電力系統(tǒng)運行的安全性、穩(wěn)定性。

參考文獻

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