110kV主變壓器保護繼電保護分析

張邁 陳鵬 馮驛棋 曹松偉 劉陽

（1.國網南通供電公司 江蘇省南通市 226000 2.國網江蘇省電力有限公司檢修分公司 江蘇省南通市 226000）

電力系統出現故障后，繼電保護和自動化裝置就會立即發出相應的預警信號[1]，并實時的、智能化的切除相關的電力保護設備運行系統，當電力故障情況不太嚴重時，繼電保護系統就會對電力故障及時的修復，保證電網穩定運行和電力系統正常供電。當然，電力系統在實際運行期間，會受到各種外界環境因素以及認為因素的影響，加上相關工作人員操作不規范，會直接導致機電保護和自動化裝置受到不同程度的損害，降低其使用壽命。因此，電力企業以及有關部門應該不斷學習電力運行的相關知識，加強技術管理，解決相關電力故障問題，從而促進電力系統的安全性和可靠性。

1 110kV變電站主變壓器與繼電保護系統分析概述

1.1 變電站主變壓器的優缺點以及主要特點

1.1.1 110kV 變電站主變壓器的優缺點概述

（1）主要優點。110kV 變電站主變壓器，可以為相關電力工作人員提供安全可靠的數據信息，當電力系統出現運行問題時，它們還可以及時的發出報警信號并對系統故障的情況進行相應的記錄。另外，變電站中的主變壓設備還結合先進的互聯網技術，對電力系統的運行速度和強度進行協調和控制，并和GPS功能充分配合，實施電力系統自動化處理。

（2）主要缺點。110kV 變電站的主要問題為“五防閉鎖”，“五防閉鎖”主要是防止帶負荷分、合隔離開關；防止誤分、誤合斷路器、負荷開關、接觸器；防止接地開關處于閉合位置時關合斷路器、負荷開關；防止在帶電時誤合接地開關；防止誤入帶電室。簡單的說就是對于那些自動控制系統的封閉隔離開關等實用性功能，很多綜合性能較好的電力系統還沒有達到相關技術標準，例如，隔離開關的機械轉動運行情況會直接影響自動化變電站的組織效率，為后期變電保護工作的開展帶來了一定的難度，這樣就不利于閉鎖生產電能的管理工作，相關產品在研究與開發領域得不到有效的技術創新和切實的技術應用，嚴重時可能會發生安全意外事故，進而威脅工作人員的生命財產安全[2]。

1.1.2 110kV 電力變壓器的主要特點

（1）鐵心主要由晶粒取向、低損耗。冷軋以及高導磁率的硅鋼片組成，厚度應≤0.35mm，45.5°全斜階梯接縫形重疊，進而滿足變壓器電能損耗低、噪聲低等要求，鐵心的周圍表面應該涂抹適當的防銹漆，進而防止潮濕、防止生成鐵銹。

（2）高壓線圈應該采用糾結式連續模式。相關設計人員應該在線圈的首端部位設置加強段，從內部結構上改善沖擊電壓的分布；中低壓線圈應為連續式或者螺旋式，利用半硬的銅線繞制組成，在繞制過程中，線圈應該拉近設置，并保證線壓沿著圓周的方向慢慢變緊，以此來提高線路能夠承受過大的輻向作用力。應該說明的是，高低壓線圈均應采用導向冷卻方式，進而確保線圈呢能夠及時散熱，同時安全分布時應科學合理，避免漏磁情況，提高線圈的抗短路能力。

（3）變壓器的引線應進行冷壓技術連接。各部分連接應該緊湊且機器設備裝配完整，線圈的接口處應使用絕緣性能較高的絕緣保護部件，采用變壓法來提高變壓器身的干燥程度，加強變壓器的絕緣保護。

（4）油箱結構設計方面。禁止設計出十字接頭焊接的方案，可以選擇自動埋弧焊和CO2氣體焊接保護，從而減少油箱焊接漏油現象，其中，焊縫檢測應該采用超聲波探傷檢測技術。

（5）選用全密封結構進行儲油柜的安裝與管理。采用此種管理模式就可以保證變壓器內部運行的油不會受到外界空氣、水分的干擾，有效的減少其他環境因素進入油箱內而降低變壓器的絕緣性下降[3]。

（6）采用有效的定位結構對主變壓器進行保護。利用此種保護模式確保其在運行過程中不會在運輸和負載運行導致器身發生移動。除此之外，總裝應該采用真空注油工序流程，把變壓器內的潮氣全部排除進而使得絕緣內部的有關氣體可以徹底溢出，達到變壓器內的油徹底絕緣隔離。

1.2 電力系統繼電保護系統的概述

繼電保護系統主要是指當電力系統發生故障或者出現其他異常，在時間最短的情況下運用最小的區域范圍內，智能、自動的把故障設備的危險點切除，并向電力系統發出一系列的預警信號，從而減少或者避免電力設備發生損耗對供電地區產生不利的影響。

1.2.1 基本工作原理和主要構成部分

電力系統的繼電保護裝置主要是通過電力系統保護的重要元件，避免發生短路故障或者發生異常情況時電氣量出現異常變化，包括電流、電壓以及功率產生異常狀態。110kV 繼電保護裝置以及供電網的運行設備由兩套交、直流輸入、輸出回路相互獨立，并分別控制不同斷路器的繼電保護裝置進行保護管理。當任一套繼電保護系統裝置或者某一組斷路器拒絕操作運行時，就可以由另一套繼電保護系統切除故障。繼電保護系統動作的工作原理，還會涉及到其他物理變量，在通常情況下，不管反應哪種物理量，繼電保護裝置系統都由測量部分（和定值調整部分）、邏輯部分以及執行部分三部分組成。

1.2.2 繼電保護裝置的主要工作任務

（1）當電力系統的重要元件出現短路故障問題時，繼電保護裝置應立刻將故障元件的主要斷路器進行跳閘切電處理，從而保證故障元件能夠和電力系統有效隔離并斷開，最后減輕相關人員對電力元件設備的損耗情況，降低對供電系統運行的風險干擾因素，確保供電配網的穩定運行。

（2）當反應電氣設備無法正常運行時，繼電保護裝置會結合設備的實際故障情況和設備運行維護管理條件的不同，發出相應的預警信號，以便于值班人員有針對性的解決處理，或者相關保護裝置系統自動的對故障問題進行分析、調整，并將繼續運行引發事故的電氣設備關鍵部門進行徹底切除，在反應不正常情況下，繼電保護裝置可以帶有延時動作。

2 110kV變壓器繼電保護系統的主要問題

2.1 開關拒合出現問題

110kV 繼電保護系統的常用保護裝備為電流保護裝置和電流速斷保護裝置。而供輸電地區是否能夠保障供電系統運行通暢的主要因素是開關性能完整，在時間不斷流逝以及開關部分零件出現老化的情況下，加之負電荷容量的迅猛增長，110 開關相繼發生了無法拒合的故障現象，導致此種現象發生的主要原因有兩種，一是由于開關在焊接過程中，關鍵節點沒有連接好，致使在某一角度卡主而不能達到原來的設定狀態，在檢測維修過程中，工作人員疏忽大意，沒有發現此類問題，導致問題持續存在；二是110 開關的設計不合理，存在嚴重的短路問題，最終造成開關拒合情況出現，維修部門的人員應加強故障排查，盡量減少此類故障發生的概率。

2.2 主變差動出現問題

主變差動故障是110 變電站在運行期間經常出現的問題之一，以某企業的110kV 變電站為例，該企業擁有兩臺40005kVA 容量的主變機器設備，并采用國電南瑞DSA 系列變電站成套保護裝置，在設備維修檢查過程中，發現110kV 其中一臺主變差動保護裝置設備顯示“比率差動動作”，另一臺主變差動保護裝置及相關附屬設備沒有發現異常情況，高低壓測電流互感器的外觀正常沒有出現破損跡象，保護裝置的開關端子排二次電流接線處燒焦凝結并炭化。對于主變差動故障的原因有很多種：

（1）差動保護裝置的零部件出現故障，老化現象嚴重無法正常運轉；

（2）裝置內部結構出現問題；

（3）主變氣體繼電器誤動；

（4）電流互感器出現故障；

（5）在二次電流回路過程中，發生斷線、接地或者相關短路故障。

維修檢測部門應該開展全面的系統檢測和檢查工作，排除主變本身故障風險，并應用先進的設備處理技術，提升其使用性能。

2.3 低壓側近區出現問題

大量的電流沖擊變壓器造成變壓器的運行效果降低最后導致低壓側近區出現故障。例如，在主變低壓側母線出現異常狀況時，會對主變區域沖擊非常大。因為在主變差動保護裝置的保護范圍之內，只能憑借主變低壓側后備保護動作進行切除，根據實際的配合情況，最起碼需要1s才能進行切除，當低壓區側出線出口發生短路故障時，可能由于短路電流相對較大，導致電流互感器嚴重飽和，該線路保護拒動。

3 加強110kV變壓器繼電保護的安全措施

3.1 制定科學的開關拒合方案

供電企業以及相關維修部門應該在周密分析的基礎之后制定幾套維修方案來解決開關閉合問題。例如，在對繼電器進行連接時，應該適當延時開關閉合連接點，并進行調試，從而避免開關拒合出現問題；如果110kV 在剛啟動時，受到供電負荷的沖擊性較小，這樣可能造成部分繼電保護裝置無法運轉，進而無法滿足大量電流負荷的生產需求，此時可以對開關進行性能調節。

3.2 進行差動整值計算來改善主變差動故障

在遇到主變差動故障時，首先，應避免主變壓器最大負荷情況下平衡電流進而計算差動定值，統籌情況下，主變壓器按照高壓側二次額定電流的6-21 倍正定設置，根據相關計算，確定主變差動保護無誤，排除整定值引起誤動的概率；其次，應對保護裝置進行全面檢查，再檢查直流回路，校驗直流回路的檢測參數是否與出廠時保持一致；最后，檢查主變外觀是否出現滲油漏油情況，呼吸器、防爆管以及壓力釋放閥是否異常。除此之外，還應該聘請專業的技術人才對電流互感器、二次回路線路進行檢查，排除相關安全隱患。

3.3 通過速斷來解決低壓側近區問題

應設置具備限流斷速功能的過流保護設備來盡量減少低壓出線速斷、高壓側閉鎖過流造成低側母線敏感度較高的情況。值得注意的是，低壓過流應分為限時速斷以及過電流段兩個部分，限時速斷用來控制速斷現象，過電流主要控制速斷現象在低壓側近區出現問題時，保護相關斷路器設備，做到線路問題能夠及時的被解決。

3.4 加強閉鎖操作管理

相關企業應該在110kV 電站上配備具有閉鎖功能的綜合控制系統，從而幫助工作人員對設備內部問題進行準確的判斷和預測，當出現故障時，及時的向值班人員發出預警信號，降低人工出現失誤的狀況，另外，控制系統的閉鎖功能還可以有效解決電容器跳閘現象，假設電容器的開關在5 分鐘之內總是跳閘，就會引起安全意外事故，而控制設備的閉鎖功能可以較好的解決這一問題，在進行一系列的修復之后，將開關按鈕恢復原位，幫助工作人員排除設備各種運行風險。

3.5 加強設備的維護、更新與改造工作

首先，在對110kV 變電站進行維修檢測過程中，維修人員應該嚴格遵守企業的維修規章制度，明確自身的工作職責，做好電氣設備的日常檢查和處理，對于在日常生活中的故障問題，相關人員應科學的制定解決方案，降低設備出現故障的概率，延長設備使用周期，減少企業的生產運營成本；其次，應加強設備的維護管理，企業應該聘請專業的維修技術人員對變電站的設備運行狀態進行檢查，并對重要設備的零部件進行基礎和深入的維護管理，加強日常保養工作，提升機械設備的整體使用功能；最后，企業應該投入一定的建設資金來營造一個良好的設備運營環境，同時也為工作人員制造一個好的工作環境，管理部門還應該不斷借鑒學習國內外先進的電氣設備管理技術，引進高效的生產設備，擴大企業的減少規模。

4 結束語

總而言之，110kV 主變壓器繼電保護是一個漫長而又艱巨的任務。相關部門的管理人員應該不斷樹立自主創新意識，加強設備的技術管理，提升員工的綜合素養，在不斷與時俱進的基礎上，因地制宜，統籌規劃，最后促進社會的可持續發展。