220kv變電站變壓器運行及繼電保護研究

任玉龍

摘要：目前，我國加快了現(xiàn)代化和城市化建設(shè)的腳步，人們的生活質(zhì)量得到了明顯的提高。在這樣的形勢之下，人們對電力系統(tǒng)的要求越來越高。在電網(wǎng)系統(tǒng)中220kV高壓變電站十分關(guān)鍵，220kV變壓器運行對整個電網(wǎng)系統(tǒng)具有支撐作用，其運行效率在很大程度上影響了電網(wǎng)系統(tǒng)運行穩(wěn)定性與安全性。本文對此展開一系列的分析和描述，對220kV變電站變壓器在運行過程當中存在的故障進行總結(jié)，并且有針對性的提出相應(yīng)的保護措施。

關(guān)鍵詞：220kV 變電站；變壓器；繼電保護

引言

近年來，伴隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，各個地區(qū)、各個領(lǐng)域的電力需求也在大幅上漲，220kV變電站變壓器運行環(huán)境越來越復(fù)雜，其運行狀態(tài)關(guān)系著整個電網(wǎng)運行情況，一旦220kV變電站變壓器發(fā)生故障，不僅會影響電網(wǎng)的供電，而且會給電力企業(yè)造成較大損失，給人們的日常生活造成諸多不便。我國電力系統(tǒng)正處于快速發(fā)展階段，這對于繼電保護提出了更高的要求。因此，加強對變電站變壓器運行的繼電保護措施，綜合分析出其運行中存在的問題，并制定出科學(xué)合理的改善措施具有重要意義。

一、220kV變電站變壓器的運行

（一）220kV變壓器的運行原理

220kV變壓器是變電站的核心設(shè)備。變壓器兩端電壓高低與繞組匝數(shù)成正比，與電流則成反比。按照變壓器的作用可將其分為兩大類：升壓變壓器和降壓變壓器。為保證負荷不同時電壓質(zhì)量的合格，變壓器電壓應(yīng)該與電力系統(tǒng)相適應(yīng)，并且可以方便地進行不定期的分接頭切換。220kV的變電站中設(shè)有與變壓器設(shè)備工作原理相似的電壓及電流互感器。這些互感器可以按照相關(guān)規(guī)定，將一些高壓設(shè)備及母線的運行電壓或大電流以及母線負荷、短路電流等轉(zhuǎn)換成低電壓和小電流，以供測量儀表、繼電保護以及控制設(shè)備等使用。220kV變壓器能夠掌控電網(wǎng)輸電的全部過程，實現(xiàn)不同級別電壓的安全轉(zhuǎn)換，利用比例的關(guān)系約束電壓轉(zhuǎn)換。所以220kV變壓器在運行原理的約束下，規(guī)范變電過程，具備安全、穩(wěn)定的特性。

（二）220kV變壓器運行存在的問題

結(jié)合當前220kV變電站變壓器運行的實際概況，可知其中不同干擾因素的存在，導(dǎo)致其發(fā)生了運行異常情況。具體表現(xiàn)在以下方面：

運行中的溫度異常。部分220kV變電站變壓器運行中發(fā)生了溫度異常情況，導(dǎo)致變壓器難以處于正常的運行狀態(tài)，加大設(shè)備故障發(fā)生率的同時給電力生產(chǎn)計劃的安全實施帶來了阻礙作用。因此，220kV變電站變壓器運行中應(yīng)注重溫度敏感應(yīng)器的合理設(shè)置，實現(xiàn)對變壓器運行中溫度的實時檢測，進而采取相應(yīng)的保護措施進行處理。

運行中的電流速度異常。若變壓器運行中的引線、接線部分出現(xiàn)問題時，會造成電流速斷現(xiàn)象出現(xiàn)。因此，實踐過程中應(yīng)加強電流速斷保護方式使用，確保220kV變電站變壓器內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)置有效性。

運行中的氣體保護異常。若變壓器運行中的油未達到標準要求時，會出現(xiàn)氣體異常信號。因此，需要將氣體保護方式應(yīng)用于220kV變電站變壓器運行中，實現(xiàn)對變壓器油箱故障發(fā)生時的運行信號保護，確保其使用安全性。

運行中的超負荷異常。當220kV變電站變壓器運行中發(fā)生電流故障時，會導(dǎo)致變壓器超負荷情況的發(fā)生。因此，實踐過程中應(yīng)注重過電流保護方式的合理運用，促使處于超負荷運行狀態(tài)下的變壓器電流得以自動跳閘，實現(xiàn)對過電流事故的有效預(yù)防。

運行中的過流繼電異常。當220kV變電站變壓器運行中發(fā)生短路故障時，應(yīng)降低變壓器的安全性能，影響著變電站生產(chǎn)效益。因此，技術(shù)人員應(yīng)注重變壓器運行中基于時間限制的跳閘控制方式靈活使用，促使變壓器運行中的短路故障發(fā)生率得以降低。

二、220kV變壓器運行中的繼電保護

（一）變壓器運行繼電所存問題

1電壓故障

在220kV變壓器運行的過程中，會受到氣體、溫度、水分等因素影響。這些因素很大程度上會阻斷變電站中變壓器的輸電，使得變壓器輸電電壓不穩(wěn)定。

變壓器的氣體狀況異常時很容易使信號發(fā)生跳躍，從而導(dǎo)致變壓器的油箱無法正常運行，嚴重影響220kV變壓器的安全性和穩(wěn)定性。變壓器外部有短路發(fā)生時可能導(dǎo)致變壓器溫度升高，油面降低，電壓不穩(wěn)。當輸電線路電力負荷過重時，220kV變壓器會由于磁場、內(nèi)部信號等原因造成電壓異常，損壞變壓器內(nèi)部零部件，并且對變壓器本身有極大損害。

2 繼電干擾故障

220kV變壓器在磁場作用下，進行高低壓的變換，將由發(fā)電廠輸出的電能進行變壓，便于遠距離輸電分配到電力用戶端。在實際應(yīng)用中，220kV以上變電站中變壓器繼電保護裝置的電磁干擾來源主要有以下幾個方面：其一，220kV變壓器的斷路器本身出現(xiàn)故障；其二，工作人員在靠近 220kV變壓器的地方使用電話機，或者接觸變電器外殼產(chǎn)生火花放電；其三，一次系統(tǒng)的干擾，比如雷擊、大雨等對220kV變壓器干擾。

當變壓器受到電磁干擾時，這些電磁干擾會在整體上阻斷整個輸電線路，并且受到電磁干擾的設(shè)備和回路通過多種方式和電磁干擾源組成回路，嚴重影響220kV變壓器的輸電電壓，造成嚴重故障。變壓器的輻射干擾主要來源于兩方面（高壓開關(guān)場的干擾以及步話機幅射干擾），而電壓干擾比較明顯的是同一條電纜線路的傳導(dǎo)耦合、電感耦合、電容耦合等，由于在220kV以上的變電站中，變壓器的繼電保護和自動控制設(shè)備直接安裝在開關(guān)場中，高壓開關(guān)場的電磁干擾則成為主要的干擾因素。

（二）常見的保護形式

氣體保護：在220kV變壓器運行過程中，瞬時作用在控制信號上，使變壓器發(fā)生跳閘的一種保護形式，其主要用于220kV變壓器油箱故障或者油面降低的控制保護。

差動保護和電流速斷保護：是220kV變壓器繼電保護最常見的一種形式，其對于變壓器內(nèi)部零部件故障或者出線端短路故障，通過瞬間跳閘方式實現(xiàn)控制保護。

過負荷保護：根據(jù)220kV變壓器的運行情況，當變壓器過負荷運行時，在220kV變壓器輸電線路中設(shè)置過電流保護，用于控制和避免過負荷引起的過電流事故。

溫度信號保護和過流繼電保護：溫度信號保護是指結(jié)合220kV變壓器的溫度信號變化狀態(tài)，檢查變壓器的異常情況和運行故障，報障變壓器的安全、穩(wěn)定運行；過流繼電保護是220kV變壓器電流速斷保護和氣體保護的一種后備保護形式，對過電流故障和變壓器外部短路故障進行保護，實現(xiàn)帶時限跳閘控制。

（三）變壓器繼電運行檢測

1.繼電保護裝置檢驗

在對220kV變電站變壓器運行時的繼電運行措施進行檢驗時，應(yīng)做好檢查校驗，抑制電流回路升流，檢測變壓器的繼電保護裝置以保證其安全性。首先，確定220kV變壓器定值改變范圍，調(diào)節(jié)接電線路，在檢測校驗繼電器過程中，還要注意檢驗回路升壓，完成這兩個檢驗后，為了避免 220kV變壓器出現(xiàn)繼電失誤，不能立即將插件拔掉，可等待一段時間后再拔掉。

2.定值區(qū)控制

220kV變壓器使用微機保護時，可通過檢查焊接點和機械特性，確定微機保護定值，有效控制定值區(qū)。對定值區(qū)數(shù)據(jù)進行標準化、規(guī)劃化和一體化處理，提升220kV變壓器的輸電效率和輸電能力，在實際應(yīng)用中，可在接地網(wǎng)上固定大截面導(dǎo)線或者銅線，解決220kV變壓器定值規(guī)范問題。

3.繼電保護裝置運行維護

為了確保220kV變壓器始終處于安全、穩(wěn)定的運行狀態(tài)，應(yīng)做好繼電保護裝置的運行維護，定期進行護理、維修、檢測和觀察，在工作時間，工作人員應(yīng)盡量避免使用話機，采取有效維護措施，及時處理變壓器外殼火花放電和短路故障。

（四）保護裝置

1.變壓器的運行保護

繼電保護的主要目的是分析電力系統(tǒng)故障、不正常運行狀態(tài)并研究解決對策和反事故自動化保護措施，其基本任務(wù)是在電力系統(tǒng)處于故障或不正常工況時及時進行故障處理，分析故障發(fā)生的原因并在最短時間內(nèi)自動切除故障。在對變壓器進行運行保護時，應(yīng)利用性能可靠的繼電保護裝置，并加強繼電保護手段配合使用。從而保證繼電保護行為的正常進行，提高變壓器運行的穩(wěn)定性和安全性。應(yīng)嚴格遵循繼電保護裝置運行原則，優(yōu)化繼電保護裝置性能，實現(xiàn)對電壓器運行故障預(yù)防。然后應(yīng)對繼電保護裝置行為進行規(guī)范，確定繼電保護裝置的保護范圍，保持其良好的實踐應(yīng)用效果，并落實繼電保護裝置運行中的維護工作，提高變壓器短路故障處理效率，確保其工作性能良好性。

2.變壓器的狀態(tài)保護

為保證變壓器運行狀態(tài)的穩(wěn)定性，可以通過繼電狀態(tài)保護來消除各類風(fēng)險，主要包括差動保護、過流繼電保護以及氣體保護等。加強差動保護方式使用。針對變電器運行中可能出現(xiàn)的運行故障，電力技術(shù)人員應(yīng)在差動保護發(fā)生的作用下。加強變壓器運行狀況分析，了解其運行狀態(tài)，實現(xiàn)變壓器的有效保護；提高過電流保護方式利用效率。基于電流作用下變壓器故障的產(chǎn)生，加大了變壓器的運行風(fēng)險，需要在過電流保護方式的支持下，加強故障處理，優(yōu)化變壓器的安全性能；重視氣體保護方式使用。在氣體保護方式的作用下，通過對變壓器油箱的有效控制，并進行必要的調(diào)節(jié)，能夠增強變壓器運行穩(wěn)定性。

3.變壓器的抗干擾保護

（1）降低干擾源干擾。實踐中可采用帶屏蔽層的電纜線路，減少配線使用中對變壓器產(chǎn)生的影響，發(fā)揮繼電保護優(yōu)勢；

（2）降低二次回路干擾影響。當高頻電流注入220kV變壓器時，控制設(shè)備電壓，降低變壓器接地阻抗，調(diào)整輸電線路，設(shè)計低阻抗接地網(wǎng)，降低大地和220kV變壓器之間的電位差，減少二次回路干擾。通過對變電器運行中二次回路的嚴格把控，注重其使用中的耦合及切斷，并設(shè)置屏蔽線纜，促使回路抗干擾能力逐漸提高；

（3）重視干擾源應(yīng)對。設(shè)置變壓器過程中應(yīng)適當減小接地地租，將其電位控制在合理的范圍內(nèi)，通過母線將電纜線路產(chǎn)生的電磁干擾傳回，屏蔽電纜線路干擾，提高繼電保護裝置配線抗干擾水平。

結(jié)束語：

電力市場改革步伐正在加快，這對電力基礎(chǔ)設(shè)施性能的可靠性提出了更多的要求。在220kV 變壓器的實際運行過程中，變壓器經(jīng)常受到各種因素的影響而出現(xiàn)運行上的故障，為了保障220kV 變壓器運行的安全性與穩(wěn)定性，就必須做好220kV 變壓器的運行管理，采取科學(xué)合理的繼電保護措施，及時排除變壓器隱患。電力企業(yè)將220 kV變壓器作為繼電保護的主要對象，一方面保護變壓器的安全；另一方面提高供配電的基本效率。

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