電力變壓器的繼電保護(hù)技術(shù)的應(yīng)用實踐

吳江市力良送變電工程有限公司 繆皓亮

1 引言

隨著計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及傳感器技術(shù)的深入發(fā)展，繼電保護(hù)設(shè)備對電力系統(tǒng)而言，已不再是單一的硬件保護(hù)以及系統(tǒng)維護(hù)，而是兼具著眾多現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)，并集全網(wǎng)協(xié)調(diào)、硬件運(yùn)維、安全數(shù)據(jù)監(jiān)察、設(shè)備養(yǎng)護(hù)等多項功能于一體的一項綜合型管理控制辦法。同時，電力系統(tǒng)繼電保護(hù)具有較高的可靠性、較低的能源消耗以及可實現(xiàn)實時操控等優(yōu)點，可有效落實針對電力系統(tǒng)實時全面保護(hù)的要求。將繼電保護(hù)技術(shù)在電力系統(tǒng)中予以有效應(yīng)用，對保證電網(wǎng)安全有著極為重要的積極作用。

2 電力變壓器繼電保護(hù)概述

2.1 電力變壓器繼電保護(hù)重要性

在工業(yè)化不斷發(fā)展的今天，電力行業(yè)在工業(yè)需求以及社會需求下，得到了較好的發(fā)展。電力的廣泛使用和應(yīng)用對于居民生活產(chǎn)生了重要影響，且繼電保護(hù)技術(shù)的有效應(yīng)用可充分滿足電力系統(tǒng)在安全性方面的要求，而繼電保護(hù)技術(shù)同樣對電力系統(tǒng)實現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行起著不容忽視的關(guān)鍵作用。所以，當(dāng)電力系統(tǒng)出現(xiàn)安全問題和安全隱患的時候，繼電保護(hù)技術(shù)可以為電力系統(tǒng)提供一定的保護(hù)作用[1]。且為電力維修部門提供快速解決問題的途徑，是電力維修人員及時確定發(fā)生電力問題位置和問題類型的可靠支持，同時繼電保護(hù)技術(shù)可在電力系統(tǒng)實際運(yùn)行中做到對相關(guān)故障問題的準(zhǔn)確記錄，可以有效防止出現(xiàn)同樣事故的概率。

如果電力系統(tǒng)在實際運(yùn)轉(zhuǎn)工作中發(fā)生了安全故障或是隱患問題，那么繼電保護(hù)技術(shù)可以實現(xiàn)對相關(guān)參數(shù)信息的實時記錄，同時結(jié)合故障問題的實際情況及時發(fā)出預(yù)示警告，確保電力系統(tǒng)的故障問題能夠得到妥善處理。且在電力系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)時對關(guān)鍵部位進(jìn)行有效監(jiān)測，可提高應(yīng)對電力系統(tǒng)故障問題的時效性和針對性，有助于降低電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障問題的可能性，從而為電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)創(chuàng)造有利條件。

2.2 電力變壓器繼電保護(hù)技術(shù)概述

繼電保護(hù)技術(shù)是電力系統(tǒng)發(fā)生故障和安全隱患時進(jìn)行排查和維修的技術(shù)手段。同時，可以及時針對異常狀況迅速排除和記錄，提醒維修工作人員。該項技術(shù)可在電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障問題的第一時間發(fā)出預(yù)示警告，且采取電源關(guān)閉并予以跳閘處理（繼電保護(hù)系統(tǒng)圖如圖1所示），可有效減少發(fā)生意外事故的次數(shù)，有助于保證電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定并避免非必要損失。繼電保護(hù)技術(shù)的作用可以歸納為以下三個方面：

圖1 繼電保護(hù)系統(tǒng)圖

一是繼電保護(hù)技術(shù)可以第一時間發(fā)現(xiàn)電力系統(tǒng)中出現(xiàn)了異常信號和安全變化，對其可以進(jìn)行及時排查，并根據(jù)已經(jīng)排查的安全隱患采取措施，保護(hù)電力系統(tǒng)的供應(yīng)和穩(wěn)定，減少安全隱患的發(fā)生[2]。二是繼電保護(hù)技術(shù)可以發(fā)現(xiàn)電力系統(tǒng)變壓器本身出現(xiàn)了安全隱患和故障，并第一時間采取措施阻斷變壓器繼續(xù)使用。及時采取斷電措施，可有效避免變壓器再次出現(xiàn)故障或系統(tǒng)性的安全問題，降低電力系統(tǒng)變壓器安全隱患的危險性，以此實現(xiàn)從源頭避免多項問題的發(fā)生。三是繼電保護(hù)技術(shù)可以確保當(dāng)電力系統(tǒng)確實發(fā)生故障或是問題時不會出現(xiàn)較大范圍的停電，并依據(jù)已出現(xiàn)故障問題予以斷電保護(hù)，且不會對電力系統(tǒng)整體運(yùn)行的安全穩(wěn)定產(chǎn)生影響，有助于降低故障問題影響和經(jīng)濟(jì)損失。

3 常見的電力變壓器的繼電保護(hù)故障及保護(hù)特點

3.1 內(nèi)部問題導(dǎo)致的故障

電力變壓器會因自身一些內(nèi)部問題而出現(xiàn)故障，如設(shè)備內(nèi)部部分功能運(yùn)行狀態(tài)異常、內(nèi)部配件之間的結(jié)構(gòu)出現(xiàn)移動等。若是電力變壓器內(nèi)部個別器件出現(xiàn)破損，繼電保護(hù)則會依據(jù)已經(jīng)出現(xiàn)了狀況進(jìn)行斷電處理。同時，在一般情況下，電力變壓器所出現(xiàn)的問題分為兩種，一種為用電問題，另一種為熱問題，根據(jù)出現(xiàn)故障問題的不同，繼電保護(hù)會采取不同的保護(hù)措施

3.2 外部問題導(dǎo)致的故障

除內(nèi)部問題以外，電力變壓器也會受到一些外部問題影響，而導(dǎo)致電力變壓器出現(xiàn)故障問題，進(jìn)而觸發(fā)繼電保護(hù)。變壓器外部故障是常見的外部問題，其中會包含變壓器絕緣體損壞，這些問題會影響電力變壓器的實際運(yùn)行，同時也會導(dǎo)致一定的安全隱患，影響繼電保護(hù)[3]。

3.3 常見的電力變壓器的繼電保護(hù)特點

首先，電力變壓器繼電保護(hù)具有較為可靠的特點。變壓器繼電保護(hù)是指當(dāng)出現(xiàn)故障問題時，且屬于自身保護(hù)范圍內(nèi)予以繼電保護(hù)，以及第一時間做出的預(yù)設(shè)反映狀態(tài)，同時不會因自身問題而放棄做出有效保護(hù)反應(yīng)的電力系統(tǒng)。對并不在電力系統(tǒng)繼電保護(hù)范圍內(nèi)的就不會予以任何反應(yīng)。該項技術(shù)之所以具有較高的可靠性和應(yīng)激性，主要是因為其自身運(yùn)轉(zhuǎn)系統(tǒng)的成熟完善，并且在獨(dú)立繼電保護(hù)中還采用了方法庫、數(shù)據(jù)庫等系統(tǒng)運(yùn)維管理方法。只需要在電力保護(hù)上既定出方法進(jìn)行修改和實施，就可以保證整體過程的快捷、高效。

其次，電力變壓器繼電保護(hù)具有較強(qiáng)的實用性，在繼電保護(hù)運(yùn)行過程中出現(xiàn)了任何安全隱患和問題，都可以通過數(shù)據(jù)記錄的形式對危險數(shù)據(jù)進(jìn)行分析比對，從而尋找出解決問題的辦法。該項措施可以針對電力系統(tǒng)出現(xiàn)的不同故障或是問題，綜合危險數(shù)據(jù)分析，制定出具有針對性、目的性以及實用性的解決方案，可實現(xiàn)最大限度保證電力變壓器的穩(wěn)定性并降低安全事故發(fā)生的可能性。

最后，電力變壓器繼電保護(hù)一旦出現(xiàn)異常情況，變壓器的電壓數(shù)值也會相應(yīng)產(chǎn)生變化，且繼電保護(hù)可依據(jù)數(shù)值變化情況綜合分析出變壓器的故障位置、故障類型以及解決措施。在設(shè)計變電器繼電保護(hù)設(shè)備時，需嚴(yán)格按照有關(guān)規(guī)定要求予以實施，并綜合考慮電力變壓器的具體情況，確保電力變壓器與繼電保護(hù)設(shè)備的協(xié)調(diào)性和適配性。在設(shè)備安全、運(yùn)維預(yù)計管理工作中均要有效落實相關(guān)要求，及時對繼電保護(hù)情況和相關(guān)數(shù)據(jù)參數(shù)進(jìn)行巡查檢查，確保繼電保護(hù)裝置能夠發(fā)揮出應(yīng)有的保護(hù)作用。

4 電力變壓器的繼電保護(hù)措施

4.1 瓦斯保護(hù)

瓦斯保護(hù)是針對電力變壓器保護(hù)的必備安全措施。其中，第一種分為輕瓦斯保護(hù)，輕瓦斯保護(hù)可以根據(jù)電力變壓器內(nèi)部出現(xiàn)電壓不穩(wěn)或損壞的情況，快速將瓦斯氣體轉(zhuǎn)化為電子信號傳導(dǎo)給繼電保護(hù)裝置，保證其穩(wěn)定性，第二種為重瓦斯保護(hù)，可以在保護(hù)裝置出現(xiàn)二次損害或變壓器內(nèi)部。該保護(hù)手段主要應(yīng)用于油浸變壓器的保護(hù)裝置，且該油浸變壓器物理化學(xué)性質(zhì)與其他裝置不同，在通過受熱時，會將瓦斯分解出氣體并上升，從而可以快速將瓦斯保護(hù)裝置觸發(fā)開啟，無論是輕瓦斯保護(hù)和重瓦斯保護(hù)，這兩種保護(hù)裝置運(yùn)作形式都可以對電力變壓器進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測，并不斷傳輸動態(tài)數(shù)據(jù)信息。油面驟然下降時，及時進(jìn)行調(diào)整規(guī)劃，必要時可以切換電路，瓦斯保護(hù)可以針對電力變壓器內(nèi)部故障實行最基本的保護(hù)措施，且能快速且正確的反映出油箱內(nèi)部出現(xiàn)的各項問題，具有敏捷度高、處理快速，保護(hù)措施簡單等優(yōu)勢。

當(dāng)電力變壓器出現(xiàn)較為輕微的問題時，變壓器溫度出現(xiàn)變化，內(nèi)部油壓受熱會產(chǎn)生一定量的氣體，當(dāng)氣體流經(jīng)繼電瓦斯保護(hù)器件時會加快油流速度，觸發(fā)觸電閉合并發(fā)出跳閘信號；當(dāng)內(nèi)部油箱滲漏較為嚴(yán)重時，氣體繼電器中的流量將會逐漸耗盡并最終觸發(fā)報警系統(tǒng)。瓦斯保護(hù)可較為準(zhǔn)確地反映出變電器內(nèi)部的故障和問題，包括有位下降或者泄露、短路故障等，瓦斯保護(hù)無法根據(jù)油箱外部管和引出線路的故障進(jìn)行解決，所以需要與差動保護(hù)相結(jié)合，共同作為變壓器的第一項保護(hù)手段。輕瓦斯保護(hù)主要側(cè)重于監(jiān)測變壓器運(yùn)行狀態(tài)；僅僅將油箱的氣體狀態(tài)以數(shù)據(jù)形式傳輸出去，以輔助技術(shù)人員進(jìn)行故障分析和日常維護(hù)；但是后者可以在電力變壓器發(fā)生故障時，針對無法人為干涉的部分和無人干預(yù)的情況下實現(xiàn)自動跳閘，最大程度保護(hù)電力變壓器，可以實現(xiàn)達(dá)到控制故障的影響范圍。

4.2 縱差保護(hù)或電流速斷保護(hù)

由于氣體保護(hù)只能反映出電子變壓器內(nèi)部故障，而無法對外部故障進(jìn)行判斷并予以有效保護(hù)。因此，需要借助差動保護(hù)對電力變壓器內(nèi)部故障問題，以及變壓器相間故障問題而觸發(fā)的外部故障問題的予以相應(yīng)保護(hù)。差動保護(hù)是指對變壓器內(nèi)部各測電流數(shù)值及相位進(jìn)行對比分析而觸發(fā)的保護(hù)措施。差動保護(hù)裝置由兩個極性相同的電流傳感器，以及繼電保護(hù)器共同構(gòu)成，這種保護(hù)形式會將電力變壓器兩端運(yùn)行電流差額進(jìn)行體現(xiàn)而形成的一種保護(hù)措施，充分發(fā)揮出差額保護(hù)的整體目的。就設(shè)備原理的工作效能來分析，主要是根據(jù)電力變壓器傳感器互感器特殊進(jìn)行同極性段串聯(lián)，繼而可以通過對改動電力繼電器進(jìn)行串聯(lián)，此時所流經(jīng)的電流經(jīng)過電流互感器兩端時電流差就體現(xiàn)出來了，而在實際應(yīng)用時需要科學(xué)合理地選用兩端電流互感器變比，促使兩端經(jīng)過的電流二次流向量一致，在這一過程中將對進(jìn)入差動繼電器的電流數(shù)值為零，而形成相關(guān)保護(hù)設(shè)備的動作。

選用合適電流傳感器的接線方法，以及電壓比例予以保護(hù)和區(qū)別，外部問題能進(jìn)入繼電器的電流小于差動保護(hù)電流。反之，當(dāng)保護(hù)范圍內(nèi)部出現(xiàn)故障問題時，能進(jìn)入繼電器的電流則小于繼電器的保護(hù)電流，以此確保充分發(fā)揮出保護(hù)的作用，進(jìn)而保證電力變壓器的安全穩(wěn)定和有效運(yùn)行。差動保護(hù)也可以快速對變壓器內(nèi)部和引出上線出現(xiàn)的相間短路，以及大電流測單相接地短路進(jìn)行反應(yīng)，保護(hù)因外部故障切除后變壓器內(nèi)部全電壓充電的電流。

4.3 接地保護(hù)和過載保護(hù)

主要是保護(hù)變壓器短路所導(dǎo)致的電流過載故障，同時過載保護(hù)作為變壓器內(nèi)部故障的后備保護(hù)措施。接地保護(hù)則適用于110kV 以上的電力接地系統(tǒng)，一旦該線路以及相鄰線路發(fā)生斷路狀況時則實施保護(hù)措施。而對并列運(yùn)行變壓器或是其他備用電源獨(dú)立運(yùn)行的變壓器，則需予以過載保護(hù)，對無人值守變電站所以及電力系統(tǒng)實時保護(hù)措施，斷開開關(guān)、負(fù)荷保護(hù)和跳閘。過載保護(hù)就是說運(yùn)行狀況超出了設(shè)備的承受能力，屬于異常運(yùn)行狀態(tài)，以電動機(jī)為例，當(dāng)電動機(jī)選型不當(dāng)或者所帶的負(fù)載過大（典型情況的比如小馬拉大車），電動機(jī)的電流增大以提高轉(zhuǎn)矩來帶動負(fù)載，運(yùn)行時間過長會造成電動機(jī)繞組過熱，嚴(yán)重時會燒壞電機(jī)，即使沒有燒壞，也會因長時間過載運(yùn)行而損壞繞組絕緣導(dǎo)致相間或者短路故障。

定值設(shè)置不可過于靈敏，要充分發(fā)揮電動機(jī)的過載能力；也不可過大，否則不能有效保護(hù)電動機(jī)。而接地保護(hù)將對電力系統(tǒng)變壓在發(fā)生接地故障時的一種保護(hù)手段，主要是通過檢測經(jīng)過入地電流來判斷是否發(fā)生接地故障。各種接地方式的低壓配電系統(tǒng)當(dāng)發(fā)生接地故障時的危害較為嚴(yán)重，正常狀況下各相電流與N 線電流的向量和為零，當(dāng)發(fā)生接地故障時，因為自相線電流中會分出一部分入地電流不通過N 線，此時向量和不為零。居民用電和商業(yè)用電都會為用電保護(hù)裝置帶有漏保功能的空氣開關(guān)，而三相電動機(jī)則需要接入三相線，同時采用專用的零序電流傳感器檢測測漏電流。

4.4 溫度保護(hù)及過勵磁保護(hù)

變壓器內(nèi)部也會有油溫、冷卻系統(tǒng)損壞的情況。油溫突然升高或過低，會導(dǎo)致外部線圈絕緣老化、特性損壞，嚴(yán)重時會引發(fā)火災(zāi)。因此，電力變壓器油溫不允許超過95℃以上，一般運(yùn)行情況為85℃。應(yīng)裝設(shè)監(jiān)控溫度和門控設(shè)施對電力變壓器進(jìn)行溫度保護(hù)，同時按照電力變壓器相關(guān)要求，對于變壓器油溫異常或冷卻系統(tǒng)故障設(shè)施專門的非電量保護(hù)措施。另外，電力變壓器的承載能力會受諸多因素影響，如電力變壓系統(tǒng)內(nèi)部的環(huán)境調(diào)整、季節(jié)更替、溫度變化等一系列要素。一旦電力變壓器的實際容量超出額定參數(shù)容量，電力變壓器就會產(chǎn)生承載過重的非正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，長期處于此狀態(tài)下將會加速電力變壓器的老化速度，縮減變壓器使用周期，同時也會影響電力系統(tǒng)運(yùn)行安全，嚴(yán)重時甚至?xí)l(fā)電力事故，進(jìn)而影響當(dāng)?shù)厣鐣\(yùn)行和群眾的日常生活工作。

因此，需配設(shè)過負(fù)荷保護(hù)，按照額定參數(shù)容量監(jiān)控運(yùn)行狀態(tài)以及負(fù)荷情況，過負(fù)荷保護(hù)應(yīng)通過記錄數(shù)據(jù)傳達(dá)給值班工作人員，加強(qiáng)對負(fù)荷的強(qiáng)度、時間、油溫和油位的監(jiān)視。另外，勵磁電流只在原邊出現(xiàn)，可以忽略。但是空載投入時會出現(xiàn)較大的勵磁電流，原因是忽然產(chǎn)生這么大的電壓需要大量的磁通的變化量，電壓過零點時合閘，會有最大磁通，于是就會引起電流超級飽和，稱之為勵磁涌流，間斷角太大或者是太小都會判斷為勵磁涌流。

5 電力變壓器的繼電保護(hù)的具體應(yīng)用

5.1 建立完善的系統(tǒng)模式

對繼電保護(hù)而言，完善的系統(tǒng)模式可為其提高資源整合效率，以及數(shù)據(jù)信息采集的準(zhǔn)確性創(chuàng)造有利條件，同時對繼電保護(hù)的進(jìn)一步發(fā)展具有十分重要的積極作用。且隨著現(xiàn)代化信息技術(shù)的不斷發(fā)展，繼電保護(hù)與先進(jìn)技術(shù)的有效融合將會成為未來的主流發(fā)展方向，以此可為繼電保護(hù)提高數(shù)據(jù)信息獲取的即時性，以及數(shù)據(jù)信息反饋的準(zhǔn)確性奠定基礎(chǔ)，有助于強(qiáng)化對電力變壓器以及電力系統(tǒng)整體的有效管理。且完善的系統(tǒng)模式是變電站管理的核心應(yīng)用，通過變電站通信網(wǎng)絡(luò)所獲取到全站設(shè)備設(shè)施的管理信息，并通過信息化處理手段向值班工作人員提供設(shè)備管理信息。

設(shè)備管理工作人員根據(jù)所提供的數(shù)據(jù)信息對設(shè)備進(jìn)行操作和記錄，當(dāng)變電站出現(xiàn)故障時，可根據(jù)出現(xiàn)故障的類型，應(yīng)對于參考數(shù)據(jù)進(jìn)行分析比對，同時完善的系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)處理功能，可實時計算變電站各側(cè)的有功功率和無功功率分析最大、最小值，以及平均值實時采集線路電流，并計算峰谷期電量，具有一定的報警功能。

5.2 建立數(shù)據(jù)倉庫

繼電保護(hù)技術(shù)所創(chuàng)立的數(shù)據(jù)倉庫和傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫有一定的差異性，基于計算機(jī)技術(shù)所應(yīng)用的數(shù)據(jù)倉庫所儲存的數(shù)據(jù)量非常大，根據(jù)數(shù)據(jù)變化不同決定故障處理的方式，保證其系統(tǒng)的完整性。并將所儲存的信息進(jìn)行分析比對繼電保護(hù)系統(tǒng)，在處理信息的方式的時候，選擇不同的處理方式，避免產(chǎn)生數(shù)據(jù)損壞，同時對使用范圍和時間進(jìn)行限定，避免出現(xiàn)擁堵的高峰期。

5.3 優(yōu)化軟件應(yīng)用

軟件應(yīng)用可為運(yùn)維管理工作提供可靠的數(shù)據(jù)支撐，其實時更新、參數(shù)信息查詢，以及對比分析的功能作用可為遠(yuǎn)程控制創(chuàng)造便利條件。當(dāng)電力變壓器或是電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障問題時，可依據(jù)軟件應(yīng)用所反映的參數(shù)信息及時判斷故障問題的類型、嚴(yán)重程度以及應(yīng)對措施等，確保故障問題處理的即時性，同時軟件應(yīng)用能夠?qū)收蠁栴}的實際情況進(jìn)行不間斷更新，運(yùn)維管理人員可根據(jù)更新的參數(shù)信息動態(tài)調(diào)整應(yīng)對措施，以此確保故障問題處理的可靠性，從而有效保證電力變壓器以及電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

6 結(jié)論

綜上所述，電力變壓器的繼電保護(hù)技術(shù)應(yīng)用發(fā)展，離不開遠(yuǎn)距離輸電系統(tǒng)的保障，而電力變壓器繼電保護(hù)技術(shù)可作為保證變壓器正常運(yùn)行的關(guān)鍵。目前，為了更好地發(fā)揮電力變壓器的繼電保護(hù)作用?？杉訌?qiáng)變電站工作人員的培訓(xùn)，保證穩(wěn)定運(yùn)行，降低因電力故障造成的經(jīng)濟(jì)損失，且隨著變壓器幾點保護(hù)技術(shù)的不斷發(fā)展，未來技術(shù)革新和其技術(shù)的研究還需要加強(qiáng)。