王琪

[摘 要]本文對電力變壓器繼電保護(hù)設(shè)計(jì)進(jìn)行了探討，分析了電力變壓器繼電保護(hù)的工作原理，介紹了電力變壓器繼電保護(hù)的基本構(gòu)成，指出了電力變壓器繼電保護(hù)系統(tǒng)常見的故障類型，具有一定的參考價(jià)值與指導(dǎo)意義。

[關(guān)鍵詞]電力工程；變壓器；繼電保護(hù)；設(shè)計(jì)分析

中圖分類號：TM41；TM774 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2017）47-0399-02

1 導(dǎo)言

近幾年來，隨著我國電力工業(yè)水平的快速發(fā)展，電網(wǎng)規(guī)模與日俱增，且網(wǎng)絡(luò)的密集程度也有了較為明顯的增長。在整個(gè)電氣系統(tǒng)當(dāng)中，作為一種極其重要的電氣設(shè)備，電力變壓器繼電系統(tǒng)充當(dāng)著一個(gè)負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)換的中間橋梁的角色。電力變壓器很容易受到外接負(fù)荷的作用，因此在其工作期間可能會出現(xiàn)各種類型的故障，將對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行造成直接的影響，甚至?xí)Υ笕萘康淖儔浩髟斐梢欢ǔ潭鹊膿p壞。是以，為使供電的安全、可靠性具有一定的保障，就必須根據(jù)具體的工作情況設(shè)置相應(yīng)的繼電保護(hù)裝置。

2 電力變壓器繼電保護(hù)的工作原理

位于電力系統(tǒng)這的繼電保護(hù)的故障目的就是抱著電力系統(tǒng)運(yùn)行安全，其這一目的不會伴隨著其工作狀態(tài)的變化而發(fā)生改變。但是電力系統(tǒng)這變壓器的繼電保護(hù)工作原理和其工作的基本原理并不相同，只有在系統(tǒng)中進(jìn)行確認(rèn)和測量不同環(huán)節(jié)程序的故障狀態(tài)才能保證繼電保護(hù)工作狀態(tài)的良好。然后注逐一分析其不同工作狀態(tài)下的不同參數(shù)，在依據(jù)整合后的數(shù)據(jù)找出其存在的不同點(diǎn)，以此產(chǎn)生不一樣的概念原理。在正常運(yùn)行中的繼電保護(hù)系統(tǒng)，其工作原理的步驟為測量、邏輯、執(zhí)行。若在繼電保護(hù)的運(yùn)行這出現(xiàn)了問題就會出現(xiàn)一些運(yùn)行的故障，為了對工作的狀態(tài)進(jìn)行測量和分析，就需要利用正常工作狀態(tài)的物理量和問題出現(xiàn)后的物理量加以對比。

3 電力變壓器繼電保護(hù)的基本構(gòu)成

經(jīng)過長時(shí)間的發(fā)展與演變，如今電力變壓器繼電保護(hù)系統(tǒng)已逐步發(fā)展到了微機(jī)型的繼電保護(hù)系統(tǒng)的狀態(tài)，該類型的電力變壓器繼電保護(hù)系統(tǒng)主要由3部分組成。①電力系統(tǒng)信號采集部分。其主要功能是收集并整理電力系統(tǒng)內(nèi)部的電力數(shù)值的情況，然后將其收集整理的數(shù)據(jù)通過有效的傳遞方式提交給電力系統(tǒng)繼電保護(hù)部分。②電力系統(tǒng)的信號處理部分。其能夠?qū)﹄娏ο到y(tǒng)信號采集整理的信號進(jìn)行處理，并以有效的方式對相關(guān)問題進(jìn)行分類與處理。③信號輸出部分。該部分是十分重要的一環(huán)節(jié)，信號輸出部分可以有效地將輸出信號的指令精準(zhǔn)無誤地發(fā)送給電力系統(tǒng)，從而保障調(diào)節(jié)工作的順利進(jìn)行。

4 電力變壓器繼電保護(hù)系統(tǒng)的故障類型及不正常的工作狀態(tài)

根據(jù)目前的知識，我們可以將電力變壓器的故障簡要分為兩種類型：油箱內(nèi)部故障與油箱外部故障。前者指的是發(fā)生在變壓器內(nèi)部（同時(shí)包括高壓側(cè)與低壓側(cè)兩個(gè)部分）的相間短路、單相接地短路以及鐵芯繞損等問題。值得注意的是，變壓器發(fā)生內(nèi)部故障時(shí)危險(xiǎn)系數(shù)極高，該故障發(fā)生時(shí)所產(chǎn)生的電弧不僅會損毀纏繞組的絕緣部分，燒壞鐵芯，同時(shí)，由于絕緣材料和變壓器油在受熱分解的情況下會產(chǎn)生大量的氣體，很容易使變壓器的油箱發(fā)生爆炸，具有相當(dāng)大的危險(xiǎn)性，因此這些故障在繼電保護(hù)過程中應(yīng)該被盡快排除。此外，油箱外部故障則主要指變壓器繞組引出線與絕緣套管發(fā)生相間短路以及接地短路的現(xiàn)象。

電力變壓器繼電保護(hù)系統(tǒng)的不正常運(yùn)行工作狀態(tài)主要包括以下幾個(gè)方面的內(nèi)容。其一，由變壓器外部短路而產(chǎn)生的過電流及變壓器外部接地而產(chǎn)生的過電流；當(dāng)實(shí)際負(fù)荷超過額定負(fù)荷容量而引起的過負(fù)荷狀態(tài)；由油箱漏油導(dǎo)致的油面降低以及當(dāng)冷卻系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)產(chǎn)生的溫度升高等現(xiàn)象。與此同時(shí)，當(dāng)其磁通量密度接近鐵芯的飽和磁通量密度時(shí)，對于大容量的變壓器而言，還很有可能會發(fā)生變壓器過勵(lì)磁故障等。以上的這些非正常的工作狀態(tài)都會給鐵芯、繞組等一些其他的金屬構(gòu)件造成不利的影響，從而對變壓器的絕緣效果造成不同程度的威脅。

除此之外，還有容量比較大的變壓器在額定工作狀態(tài)時(shí)，其磁通的密度和新芯的飽和磁同密度相接近。在運(yùn)行狀態(tài)、方式不正常的狀態(tài)下，（比如：低頻率和過電壓）還會導(dǎo)致變壓器出現(xiàn)過勵(lì)磁的故障。綜上所述，這些不正常、不合理的運(yùn)行方式、狀態(tài)，都會讓鐵芯、繞組、或者別的金屬構(gòu)件產(chǎn)生過熱的現(xiàn)象，使變壓器絕緣受到很大的威脅。

5 電力變壓器繼電保護(hù)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法

5.1 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)設(shè)備

對主變壓器和線路進(jìn)行保護(hù)，并對線路的電流進(jìn)行保護(hù)工作。我們知道，在電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)正常的情況下，并且當(dāng)負(fù)荷電流流過輸電線路的時(shí)候，額定電壓為母線。而輸電系統(tǒng)一旦發(fā)生故障（如：斷路）的時(shí)候，回路線路上面就會有斷路電流經(jīng)過，并且，母線的電壓也會被降成殘余電壓。而出現(xiàn)殘余電壓這一情況的時(shí)候，裝置的測量部分會出這個(gè)信號的特征進(jìn)行反映，電壓保護(hù)會在線路上進(jìn)行。要是發(fā)生了嚴(yán)重的短路故障，就會使用順勢電流，來進(jìn)行速斷保護(hù)。其設(shè)定的電流動(dòng)作，必須要按照在躲過本線的路末端短路的時(shí)候，所流過保護(hù)的最大電流來進(jìn)行設(shè)定。如果需要對保護(hù)范圍進(jìn)行擴(kuò)大的時(shí)候，就一定要使用速斷電流保護(hù)，因?yàn)檫@種保護(hù)方法能夠使線路全長都得到保護(hù)，并且可以延伸到相鄰的線路的一部分。

5.2 差動(dòng)保護(hù)設(shè)計(jì)

將變壓器兩側(cè)的電流互感器二次側(cè)按正常時(shí)的“環(huán)流接線”是變壓器差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作電流設(shè)計(jì)的原則。如果變壓器處于正常運(yùn)行的狀態(tài)，那么差動(dòng)繼電器中的電流為其兩側(cè)電流互感器CT的二次電流之差，其數(shù)值趨于0。如果差動(dòng)繼電器不發(fā)生任何動(dòng)作，那么其保護(hù)也不會有任何作為。也就是說，如果在電流互感器二次回路端線，并且變壓器處于最大符合的狀態(tài)下，差動(dòng)保護(hù)是不會產(chǎn)生任何動(dòng)作的。隨著計(jì)算機(jī)芯片性能的提升，對位于變壓器1套保護(hù)裝置中所具有的主保護(hù)以及各側(cè)全部后備保護(hù)的兩套主變壓器微機(jī)型保護(hù)裝置進(jìn)行了全力開發(fā)，其成果已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于實(shí)際工程中。所以，在330kV及以上高壓側(cè)電壓的變壓器可以采用安裝雙重差動(dòng)保護(hù)的方法對電力變壓器引出線、套管及其內(nèi)部短路故障進(jìn)行反應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)有效反應(yīng)電力變壓器繞組及其引出線的多相短路及繞組匝間短路的縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)，同時(shí)也可以將電流速斷保護(hù)作為主保護(hù)，另外也能達(dá)到將瞬時(shí)動(dòng)作于斷開各側(cè)斷路器的目的。

5.3 瓦斯保護(hù)設(shè)計(jì)

除了瓦斯保護(hù)可以動(dòng)作，像差動(dòng)保護(hù)以及其他有關(guān)保護(hù)設(shè)計(jì)通常是都不能進(jìn)行動(dòng)作的。瓦斯保護(hù)主要是依靠氣體繼電器來實(shí)現(xiàn)動(dòng)作的，其位于變壓器油箱和油枕之間的連接導(dǎo)油管中。瓦斯保護(hù)主要有兩種：①首先輕瓦斯保護(hù)動(dòng)作于信號，然后依照氣體的屬性，包括：顏色、可燃性、數(shù)量以及化學(xué)成分來判斷保護(hù)的理由以及電力變壓器繼電保護(hù)裝置故障的性質(zhì)。根據(jù)此有關(guān)工作人員則可以及時(shí)察覺故障的發(fā)生并有針對性地對故障進(jìn)行相關(guān)處理。②首先重瓦斯保護(hù)動(dòng)作于斷路器跳閘，然后通過監(jiān)視確定氣體發(fā)生的速度，并對氣體的不同特征以及相關(guān)成分進(jìn)行剖析，從而根據(jù)有關(guān)分析間接地推測、判斷造成故障發(fā)生的原因、故障出現(xiàn)的部位和以及故障的嚴(yán)重程度。

5.4 過電流保護(hù)設(shè)計(jì)

①低壓變壓器過電流保護(hù)設(shè)計(jì)。三相式三卷變壓器通常用于變壓器低壓側(cè)，而在壓側(cè)短路時(shí)高、中壓側(cè)的阻抗保護(hù)通常無法發(fā)揮作用，起不到保護(hù)功能，因此難以達(dá)成作為相鄰元件所具有的后備保護(hù)需求。在這種情況下可以在低壓側(cè)安置復(fù)合電壓閉鎖過流保護(hù)，并同時(shí)在其高、中壓側(cè)都設(shè)計(jì)并安裝復(fù)合電壓閉鎖過流保護(hù)以及零序方向過電流保護(hù)或間隙保護(hù)等。②高壓變壓器的保護(hù)設(shè)計(jì)。在電力變壓器高壓側(cè)的過電流保護(hù)對低壓側(cè)母線規(guī)定有靈敏系數(shù)的時(shí)候，可以在電力變壓器低壓側(cè)斷路器和電力變壓器高壓側(cè)短路器上設(shè)計(jì)安裝有關(guān)的過電流保護(hù)裝置。如果電力變壓器低壓側(cè)母差保護(hù)發(fā)生校驗(yàn)停運(yùn)現(xiàn)象，或者是因?yàn)楣收铣霈F(xiàn)拒動(dòng)問題以及開關(guān)與TA間出現(xiàn)不正?，F(xiàn)象的時(shí)候，過電流保護(hù)裝置則可以作為電力變壓器低壓側(cè)母線的主保護(hù)以及后備保護(hù)。不過需要注意的是，一旦出現(xiàn)的是非金屬性短路，在經(jīng)過弧光短路的時(shí)候，則容易出現(xiàn)阻抗保護(hù)靈敏度不足以及整定延時(shí)超過2s等情況?；谝陨戏治?，應(yīng)該在電力變壓器的高壓側(cè)也安裝一個(gè)保護(hù)變壓器熱穩(wěn)定的反時(shí)限過流保護(hù)裝置，并且該裝置的整定值必須根據(jù)電力變壓器的熱穩(wěn)定要求進(jìn)行設(shè)置。另一方面在電力變壓器的低壓側(cè)應(yīng)當(dāng)另行設(shè)計(jì)保護(hù)，或者可以在電力變壓器低壓側(cè)的中性線上實(shí)際零序電流保護(hù)裝置。值得關(guān)注的是，需要根據(jù)中性線不平衡電流不超過變壓器額定電流的25%的要求設(shè)計(jì)動(dòng)作電流。③負(fù)序過電流保護(hù)設(shè)計(jì)。在按照相間后備保護(hù)遠(yuǎn)后備原則進(jìn)行配置的時(shí)候，必須避免被保護(hù)電力變壓器所連接相鄰線路發(fā)生一相斷線時(shí)，在流過保護(hù)安裝位置的時(shí)候出現(xiàn)負(fù)序電流。另外為了不引起負(fù)序過電流保護(hù)出現(xiàn)非選擇性動(dòng)作，在靈敏度方面應(yīng)當(dāng)配合相鄰線路零序電流保護(hù)的后備段。

5.5 高壓變壓器的保護(hù)設(shè)計(jì)

若過電流保護(hù)在高壓側(cè)的變壓器規(guī)定了低壓側(cè)母線的靈敏系數(shù)時(shí)，過電流保護(hù)要設(shè)置在變壓器高壓側(cè)的斷路器這和低壓側(cè)的斷路器這，當(dāng)?shù)蛪簜?cè)出現(xiàn)故障拒動(dòng)、TA與開關(guān)間故障或是保護(hù)校驗(yàn)停運(yùn)的時(shí)候，要將此裝置作為低壓側(cè)的后備保護(hù)或是主保護(hù)。但是在特殊情況下，例如，非金屬材質(zhì)的短路。在經(jīng)過弧光短路的時(shí)候，阻抗保護(hù)會出現(xiàn)整定延時(shí)大于2.0s或者阻抗保護(hù)的靈敏度下降。所以，最好的解決辦法就是將一個(gè)保護(hù)變壓器熱穩(wěn)定的反時(shí)限過流保護(hù)設(shè)置在高壓側(cè)，并且變電器的熱穩(wěn)定要求決定整定的電流數(shù)值。

6 繼電保護(hù)需要注意的事項(xiàng)

一般性檢查。我們知道，在電力系統(tǒng)中，檢查保護(hù)裝置，是最為重要的環(huán)節(jié)之一。它有著非常大的作用和意義?？墒牵诰唧w的操作過程中，檢查工作總是會被人們所忽視。對于這一現(xiàn)象，我們必須加以重視。一般情況下，檢查工作有以下幾個(gè)方面：

（1）必須要使屏障的接地、以及保護(hù)屏中各個(gè)機(jī)箱、在屏內(nèi)的排銅上面相接。一般情況下，如果所購買的廠家能夠確保其不存在質(zhì)量問題的話，那么是要檢查一下異常情況有無發(fā)生就可以了。

（2）電壓回路、電流的接地工作，必須要保證其可靠安全，比如：要是接在了端子箱的上面，就一定要對端子箱進(jìn)行仔細(xì)檢查，確保其安全可靠。

（3）定值區(qū)問題。定值區(qū)在計(jì)算的保護(hù)工作中，是一個(gè)非常好的有點(diǎn)。它能夠在很多個(gè)區(qū)域內(nèi)進(jìn)行定值工作，這樣，不但使電網(wǎng)的運(yùn)行方法得到了很大程度上的方便，而且，在更改線路的時(shí)候，也能有一定的作用。

結(jié)束語

總而言之，從以上的分析當(dāng)中我們不難看出，電力變壓器繼電保護(hù)系統(tǒng)在整個(gè)電力系統(tǒng)之中占據(jù)著十分重要的位置。因此，相關(guān)工作人員對于電力變壓器繼電保護(hù)系統(tǒng)當(dāng)中可能存在的故障與問題應(yīng)該及時(shí)進(jìn)行解決，以充分保證電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行工作。與此同時(shí)，通過以往的工作經(jīng)驗(yàn)以及調(diào)查研究，我們會發(fā)現(xiàn)，二次回路故障和電流互感器故障等問題是電力變壓繼電保護(hù)系統(tǒng)中最容易出現(xiàn)的問題。對此，相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)針對這一方面進(jìn)行積極的研究和改進(jìn)，這一舉措將具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。

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