淺談主變非電量保護機理及定值整定原則

楊杰

摘要：變壓器在變電站中起到的作用不可小覷，其穩定運行關系到整個電力系統的維護和運行。尤其是大型變壓器價格高昂，而且結構復雜，一旦有內部故障發生，維修困難，耗費時間長，同時會導致經濟損失巨大。因此，以變壓器的重要性和使用范圍，需要安裝可靠、安全的保護裝置。

關鍵詞：非電量保護;機理;定值整定

主變壓器在我國現代化的電力系統以及電氣設備中已經占據非常重要的技術位置，從現在我國制造的的主變壓器整體構造情況來看，主動式變壓器的正常運行性能是非常可靠的。但是，為進一步大大提升我國電力系統的穩定性和運行性能水平，當電力變壓器系統發生內部元件故障時對其造成的性能影響非常大，所以目前電力系統變壓器的故障保護元件配置必須比較完善。電量保護固然重要，但是非電量保護也不能丟棄。因而，除了設備零序過載電流過壓保護、阻抗過流保護等電量保護外，還需要特別注意變壓器內部故障的非電量保護，例如變壓器瓦斯保護等等，這些非電量保護對電力系統也非常重要。

一、非電量保護機理

非電量保護，顧名思義，是指發出由錯誤操作或非電量反射的信號的保護，通常保護的不是電量，而是非電量。保護裝置、電回路和安裝在變壓器上的非電量保護裝置元件組成主變壓器的非電量保護。非電量保護類型包括壓力釋放閥、壓力突變繼電器、油面溫控器、繞組溫度控制器等。

非電量維護主要對于輸入的接點展開記錄，并且傳送輸入的非電量接點。如果溫度過高，則通過壓力板的直接出口發出跳閘或警報。此外還可以選擇是否因油溫過高而關閉非介電，只有當外部非介電油溫過高時，冷控停電跳閘功能才會打開，輸入觸點才會閉合。

非電量保護的工作原理很簡單，使用溫度、壓力、流量和其他非電量物理量來保護、顯示、報警、控制和監測變壓器。

二、瓦斯保護原理

2.1瓦斯保護原理

（1）輕瓦斯對于變壓器內部故障較輕，或故障初期油箱內的油分解汽化并且產氣速度慢等情況比較合適。排掉繼電器和變壓器內的油，液位下降，然后上浮子下降，與浮子相連的永磁體滑動，當浮子到達設定位置時，永磁體立即激活觸點并發出瓦斯報警信號。

（2）重瓦斯適合應用于電源內部出現較嚴重系統故障時候，油箱之內的油被分解，產生大量的濃氣體，油箱內的壓力急劇增大，造成瓦斯和油流量快速流動，流量減少，超過設定值。當達到該值時，變壓器兩側的斷路器就會跳閘，這就是所謂的瓦斯。當重瓦斯發生時，會與變壓器連接的電源斷開，防止事故擴大化。

2.2瓦斯保護的定值

通常，輕瓦斯的流速設定值通常是一個累積氣體平均體積的250-300ml，而重瓦斯的平均流速通常會被設置在1m/s和1.5m/s之間。

三、壓力釋放閥的保護原理

3.1保護原理

為大大增加電力設施正常運行的安全可靠性，最初準備投運的大型變壓器逐漸采用替換壓力防爆管，采取壓力釋放控制閥的安裝方法。變壓器非電量保護的安全穩壓裝置也就是壓力釋放閥，是用于保護浸入水中的各種電氣設備的安全保護裝置。如果變壓器內的油箱發生變化，油箱內的有機油脂就會自動分解掉并汽化，生成許多的氣體，從而導致油箱內壓力激增，如果不釋放這些氣體，會導致變壓器油箱發生變形，甚至可能會爆裂。

當壓力增加到一定的值后，會對主變進行保護，并作用于信號。在變壓器頂部安裝壓力釋放閥，則在變壓器故障時，可能導致油箱內壓力升高，當壓力值上聲到開啟壓力釋放閥所需壓力時，壓力釋放閥會在兩毫秒內打開，并釋放油箱內的油，使油箱內的壓力保持平衡，更加有效隔絕外界空氣、水分等雜質，具有不損壞元件的優點，操作后無需更換，因此被廣泛使用。

3.2壓力釋放閥保護的定值及運行要求

壓力釋放閥開啟壓力的設定必須結合變壓器的結構考慮，升座式和直接安裝在罐頂的區別，芯式和殼式變壓器的區別在于一味降低開啟壓力釋放閥所需壓力很容易使啟動保護，壓力釋放閥的啟動開關會受潮濕或振動等因素的影響，而導致跳閘短路的發生，要防止跳閘事故發生或非電量保護故障。大多數變壓器設備制造商都還沒有制定壓力釋放閥觸頭接點的操作規范，需要在防止跳閘時觸點起作用，壓力釋放閥二次回路的絕緣降低了許多倍，因此經常發生跳閘和停電。為此，變壓器操作規范壓力釋放閥觸點必須對信號起作用。但是，如果壓力釋放閥啟動而變壓器不跳閘，則變壓器可能會在缺少油的情況下運行，從而使故障更加嚴重。為此，可以采用雙浮子瓦斯繼電器保護變壓器，若因為壓力釋放閥啟動而使油量過少，瓦斯繼電器的下浮子下降并發出跳閘信號。

四、突變壓力保護

4.1突變壓力保護

壓力突變繼電器是電力變壓器內部相對較新的非電量保護裝置，可以在變壓器運行的全過程中起到保護作用，防止因變壓器發生內部故障，而引起油箱內壓力增高。根據變壓器內部故障導致的油箱內壓力升高，對變壓器進行保護。當變壓器發生故障時，油箱內的壓力急劇上升。當壓力上升率超過一定值，且壓力達到一定值時，壓力開關動作，發出報警信號或切斷電源，將其關閉以停止變壓器工作。這種保護優于壓力釋放閥保護，前者提供更快的釋放速率但不釋放內部壓力。此外，變壓器快動式液壓繼電器必須配備不銹鋼或其他耐腐蝕材料制成的防雨罩。

4.2突變壓力保護的定值

突壓保護的固定值是一個區域而不是單個值，保護整個運行過程，感受不同的壓速率來執行不同的動作。

五、溫控器保護原理及設置原則

為了能夠使變壓器穩定正常運行，必須將冷卻后的介質和變壓繞組的工作溫度控制在一個規定溫度范圍內。這必須對溫度自動控制器功能進行明確要求，即在規定溫度范圍內必須具備溫度自動測量和冷卻溫度控制的重要作用。當工作溫度范圍達到系統設定的溫度范圍時，發出超溫警報或自動跳閘報警信號，以有效確保設備的正常使用壽命。溫度驅動控制器系統包括繞組溫度驅動控制器和油位溫度驅動控制器。

5.1測溫原理

（1）油面溫控器的測溫原理

彈性元件、毛細管和溫包構成了溫度控制器。在這三個元件構成的空間內布滿了感知溫度的液體。隨著被測溫度的改變，并且液體具有熱脹冷縮的效應，空間內的感溫液體體積也會發生一定的變化。這種體積變化通過毛細管遠距離傳送到彈性零件，將零件從原位置移開，元件的位移量可通過齒輪放大，并顯示測量值，同時啟動開關傳送電信號，使冷卻系統運行，從而使得變壓器內的溫度不會升高。

（2）繞組溫度控制器的測溫原理

油面溫度可以直接進行測量，但是繞組溫控器因其高電壓而不能直接測量。繞組和冷卻介質的溫度差與繞組中實際電流成函數比，套管電流互感器中的次級電流與變壓器繞組電流成正比，套管電流互感器可以向溫度計的加熱電阻提供二次電流，并產生與銅和油之間的溫差相對應的變壓器負載測量值。這種間接測量器的原理用于顯示平均或最大測量繞組內的溫度，即所謂的熱圖像。

（3）測量值的遠程顯示原理

為了將測量值發送到控制室進行遠距離顯示，溫度控制器將銅或鉑電阻傳感器的電阻或溫度變化引起的機械位移轉換為滑線電位器的電阻變化，模擬輸出為4至20mA，在遠距離信號轉換成數字。使用滑線壓敏電阻的優點是布線方便，傳輸路徑長，沒有補償電路，電流信號不受其余磁場或溫度的影響。

5.2溫控器保護的定值

假若工作時的溫度非常高，變壓器繞組工作溫度和油溫分別可以區分為兩個溫度等級——分為低值和高溫等值。低值影響信號，高值影響跳閘，在設計這兩個級別時，變電站必須是可運行的，可以讓值班人員清楚地區分。

結束語

綜上所述，非電量保護裝置是電力變壓器重要的主要保護功能配置，因此通過設計適當的保護值來加以改進它。性能優良的非電量保護裝置對于有效保證主變壓器安全穩定地運行以及大大提高整個電力系統的運行可靠性等都具有非常重要的應用意義。

參考文獻：

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