電力變壓器的電氣試驗與繼電保護(hù)研究

雷國波 何先華

【摘 要】電力是國家產(chǎn)業(yè)的龍頭產(chǎn)業(yè)。隨著現(xiàn)代社會經(jīng)濟(jì)的快發(fā)展，電力系統(tǒng)向超高速，大容量，跨區(qū)域，高電壓的方向發(fā)展。但是，隨著電力系統(tǒng)容量增加，電網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大和非線性元器件的大量投入，電力設(shè)備故障發(fā)生的頻率越來越頻繁，對人們的生活和生產(chǎn)的影響也越來越大，電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性對電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運行也提出了更高、更新的要求，所以對于繼電保護(hù)的要求日益增加。作為電力主設(shè)備之一的變壓器，承擔(dān)著輸變配電的重任，對于如何提高變壓器安全運行的時長，提高使用效率，這是今后應(yīng)該關(guān)注的課題。

【關(guān)鍵詞】電力變壓器；電氣試驗；繼電保護(hù)

1分析電力變壓器常見電氣試驗

電力變壓器使用過程中會出現(xiàn)不同程度的故障，針對不同故障要進(jìn)行對應(yīng)的電氣試驗，檢查出設(shè)備故障，并進(jìn)行維修。其中常見的電氣試驗有絕緣測量、耐壓試驗、變比試驗、瓦斯繼電器試驗，如果繼電器故障難以處理，還要進(jìn)行直流電阻試驗。絕緣測量是所有試驗的基礎(chǔ)，通過變壓器一次和二次之間對地電阻測量，可以確定簡單的故障，也可以確保設(shè)備的絕緣強度，防止漏電和破損。當(dāng)電壓器存在相間電阻平衡問題時，采用直流電阻試驗來測試其穩(wěn)定性。繼電器瓦斯試驗較為復(fù)雜，但在大型變壓器故障查找和檢修中不可缺少，也要根據(jù)電力變壓器的運行對其進(jìn)行繼電器保護(hù)。

2分析變壓器結(jié)構(gòu)

變壓器的類型是多種多樣的，但它們的基本結(jié)構(gòu)是相同的。由鐵芯和繞組繞線組成。根據(jù)鐵芯和繞組不同的位置，變壓器可以分為兩種類型：第一，繞組鐵芯。鐵芯類型結(jié)構(gòu)簡單，降低含鐵量，使得繞組和絕緣更容易實現(xiàn)；第二，外殼型變壓器。它的特點是繞組多即鐵芯繞組。1）器身：包括鐵心、繞組、絕緣部件及引線。2）調(diào)壓裝置：即分接開關(guān)，分為無勵磁調(diào)壓和有載調(diào)壓。3）油箱及冷卻裝置。4）保護(hù)裝置：包括儲油柜、安全氣道、氣體繼電器、吸濕器、凈油器和測溫裝置等。5）絕緣套管。6）鐵心。

3分析變壓器繼電保護(hù)的基本原理

繼電保護(hù)裝置在自己的保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)應(yīng)具備對受保護(hù)部件進(jìn)行區(qū)分的能力。當(dāng)變壓器在保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生故障時，繼電保護(hù)裝置應(yīng)及時出口動作，不應(yīng)該拒動；當(dāng)在保護(hù)范圍外發(fā)送故障時，繼電保護(hù)裝置又能做到不誤動作。要實現(xiàn)這一功能，就需要充分考慮電力系統(tǒng)中電氣量變化。變壓器發(fā)生故障后，與未發(fā)生故障時相比，電壓、電流等電氣量會發(fā)生明顯變化。第一，電流急劇增大。未發(fā)生故障時，電流為變壓器的額定電流；發(fā)生短路后，變壓器內(nèi)將會出現(xiàn)數(shù)值遠(yuǎn)大于額定電流的短路電流，易燒毀變壓器內(nèi)的絕緣部分，造成內(nèi)部局部過熱，甚至燒毀變壓器本身。第二，系統(tǒng)電壓降低。當(dāng)發(fā)生短路故障時會使變壓器的相電壓下降，尤其接近于短路點的電壓值下降最多。第三，電流和電壓之間的相位角發(fā)生變化。正常運行時的電流和電壓的相位角是負(fù)載的功率因數(shù)角，發(fā)生短路故障時，相位角增大。第四，測量阻抗的變化。測量阻抗是測量點（保護(hù)安裝處）電壓與電流的比值。在正常運行時，阻抗是負(fù)載阻抗；當(dāng)金屬短路時，測量阻抗減小。

4變壓器保護(hù)類型

根據(jù)變壓器的故障和異常狀態(tài)，變壓器通常裝設(shè)以下保護(hù)裝置。

4.1瓦斯保護(hù)

該保護(hù)在變壓器運行中較為常見，是一種電力變壓器內(nèi)部的裝置，以氣體變壓器為主。瓦斯保護(hù)的目的是保證電力變壓器油箱內(nèi)部的氣體可以及時排出，防止油箱溫度突然上升，并且確保了絕緣油的基本性能，防止出現(xiàn)漏電和短路等安全隱患。針對不同的變壓器故障，瓦斯保護(hù)的原理不同。在正常運行狀態(tài)下，變壓器信號由油箱的上觸點連通中間變壓器發(fā)出，當(dāng)系統(tǒng)存在故障時，則警報信號由油箱的下觸點連通信號回路發(fā)出，并輔以跳閘應(yīng)急處理，此時可以確保故障的正確預(yù)警，并且降低了故障的可能范圍，提高了故障排除和維修的效率。

4.2差動保護(hù)

差動保護(hù)是反映變壓器兩側(cè)電流差額而動作的保護(hù)裝置，其工作原理見圖1所示。變壓器兩側(cè)電流互感器同極性端相連串聯(lián)在回路中，差動繼電器并聯(lián)在環(huán)路上，流入差動繼電器的電流等于兩側(cè)電流互感器電流之差，即I=I1-12。適當(dāng)選擇兩側(cè)電流互器的變比和接線，使正常運行和區(qū)外故障時兩側(cè)二次電流向量相同，流入差動繼電器的電流為零，保護(hù)裝置不動作。

4.3電力變壓器的過電流保護(hù)和負(fù)荷保護(hù)

過電流保護(hù)是變壓器主保護(hù)的后備保護(hù)，又是相鄰母線或線路的后備保護(hù)。變壓器的過電流保護(hù)應(yīng)按躲過變壓器最大負(fù)荷電流整定的，受系統(tǒng)運行方式及故障類型影響，其靈敏性較差，這時可采用低電壓起動的過電流保護(hù)、復(fù)合電壓起動的過電流保護(hù)等。低電壓起動的過電流保護(hù)電氣原理見圖2。

與之相對應(yīng)的變壓器負(fù)荷保護(hù)主要應(yīng)用于故障預(yù)防，變壓器長期處于大負(fù)荷狀態(tài)下，會導(dǎo)致其電流增大，負(fù)荷保護(hù)就是通過降低負(fù)荷來控制過電流。該裝置通常指采用一只電流繼電器與某個單相線路相連的一對一的接線方式，一般在經(jīng)過一定延時后動作于信號，或延時跳閘。

4.4零序（接地）保護(hù)

在中心點直接接地運行或可接（接地運行時）的變壓器應(yīng)裝設(shè)零序電流保護(hù)；中心點不接地運行時，為防止電網(wǎng)單相接地引起過電壓損壞變壓器，應(yīng)裝設(shè)零序電壓保護(hù)；在中心點直接接地系統(tǒng)中，變壓器接殼可采用變壓器碰接外殼保護(hù)。

5結(jié)語

總而言之，電網(wǎng)的發(fā)展有著不可磨滅的作用，變壓器是電網(wǎng)運行中的核心設(shè)備，變壓器的運行穩(wěn)定決定了整個網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定。繼電氣試驗和繼電保護(hù)是維持變壓器安全和穩(wěn)定的基本策略，要求電網(wǎng)系統(tǒng)正確運用繼電保護(hù)策略，減少設(shè)備故障并及時清除已發(fā)生的故障。

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作者簡介：

雷國波（1985.6-），男，重慶人，華北電力大學(xué)本科，中級工程師，單位：國網(wǎng)青海省電力公司黃化供電公司，研究方向：電氣試驗，郵編：811200。

（作者單位：國網(wǎng)青海省電力公司黃化供電公司）