劉曉明
【摘 ?要】在電力系統(tǒng)中,變壓器是最為常見(jiàn)的、重要的元件之一,如果發(fā)生故障將會(huì)影響電網(wǎng)的穩(wěn)定性、供電的可靠性。因此在建設(shè)電力系統(tǒng)的過(guò)程中,需要根據(jù)變壓器的重要程度以及容量等多種因素,將適當(dāng)?shù)睦^電保護(hù)裝置安裝在其中。本文將簡(jiǎn)單介紹變壓器的故障類(lèi)型、保護(hù)配置及基本原理,分析差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作、誤動(dòng)作的原因及處理措施,以提高變壓器運(yùn)行的穩(wěn)定性。
【關(guān)鍵詞】變壓器;差動(dòng)保護(hù);動(dòng)作;誤動(dòng)作
1 變壓器的故障類(lèi)型
1.1油箱外故障:引出線(xiàn)的相間短路;絕緣套管閃絡(luò)或破壞;引出線(xiàn)通過(guò)外殼發(fā)生的單相接地故障。
1.2油箱內(nèi)故障:各相繞組之間的匝間短路;單相繞組部分線(xiàn)匝之間的匝間短路;單相繞組或引出線(xiàn)通過(guò)外殼發(fā)生的單相接地故障。
1.3變壓器的不正常運(yùn)行狀態(tài):由于變壓器外部相間短路引起的過(guò)電流和外部接地引起的中性點(diǎn)過(guò)電流、過(guò)電壓;由于負(fù)荷超過(guò)額定容量引起的過(guò)負(fù)荷以及由于漏油等原因而引起的油面降低。
對(duì)于變壓器來(lái)說(shuō),這些故障都是十分危險(xiǎn)的,特別是油箱內(nèi)故障時(shí)將產(chǎn)生巨大熱量,引起絕緣物質(zhì)的劇烈氣化,從而引起爆炸。
2變壓器保護(hù)配置及基本原理
2.1差動(dòng)保護(hù)
變壓器差動(dòng)保護(hù)是按比較被保護(hù)的變壓器各側(cè)電流的數(shù)值和相位的原理實(shí)現(xiàn)的。正常運(yùn)行及外部故障時(shí),流入差動(dòng)繼電器中的電流為零,區(qū)內(nèi)故障時(shí),流入差動(dòng)繼電器中的電流為變壓器各側(cè)流向短路點(diǎn)的短路電流二次值之和。正常運(yùn)行與外部故障時(shí)有很多因素使得流入差動(dòng)繼電器的電流不為零,該電流我們叫做不平衡電流,為了保證選擇性,差動(dòng)繼電器動(dòng)作電流應(yīng)按躲過(guò)外部故障時(shí)出現(xiàn)的最大不平衡電流來(lái)整定[1]。變壓器差動(dòng)保護(hù)的保護(hù)范圍,是變壓器各側(cè)的電流互感器之間的一次連接部分。
2.2瓦斯保護(hù)
瓦斯保護(hù)是變壓器內(nèi)部故障的主保護(hù)。當(dāng)油浸式變壓器的內(nèi)部發(fā)生故障時(shí),由于電弧作用使變壓器油及絕緣材料分解并產(chǎn)生大量的氣體,從油箱向油枕流動(dòng),其強(qiáng)烈程度隨故障的嚴(yán)重程度不同而不同,瓦斯保護(hù)就是利用這種氣體或液體流動(dòng)而實(shí)現(xiàn)的保護(hù)。瓦斯保護(hù)對(duì)變壓器匝間保護(hù)、鐵芯故障、套管內(nèi)部故障、繞組內(nèi)部斷線(xiàn)及絶縁劣化和油面下降等故障均能靈敏動(dòng)作。
2.3零序電流保護(hù)
中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)發(fā)生接地短路,將產(chǎn)生很大的零序電流,利用零序電流分量構(gòu)成保護(hù),可以作為一種主要的接地短路保護(hù)。零序過(guò)電流保護(hù)的最大特點(diǎn)是只反映接地故障,不反應(yīng)三相和兩相短路,在正常運(yùn)行和系統(tǒng)發(fā)生震蕩時(shí)也沒(méi)有零序分量產(chǎn)生。
2.4過(guò)電流保護(hù)
作為瓦斯保護(hù)和差動(dòng)保護(hù)的后備保護(hù)。
3 變壓器差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作分析
3.1差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作檢查項(xiàng)目及處理
記錄動(dòng)作情況,打印故障錄波報(bào)告;檢查變壓器套管有無(wú)損傷、有無(wú)閃絡(luò)放電痕跡變壓器本體有無(wú)因內(nèi)部故障引起的其他異?,F(xiàn)象;差動(dòng)保護(hù)范圍內(nèi)所有一次設(shè)備瓷質(zhì)部分是否完好,有無(wú)閃絡(luò)放電痕跡變壓器及各側(cè)刀閘、避雷器、瓷瓶有無(wú)接地短路現(xiàn)象,有無(wú)異物落在設(shè)備上;差動(dòng)電流互感器本身有無(wú)異常,瓷質(zhì)部分是否完整,有無(wú)閃絡(luò)放電痕跡,回路有無(wú)斷線(xiàn)接地;差動(dòng)保護(hù)范圍外有無(wú)短路故障,差動(dòng)保護(hù)二次回路有無(wú)接地、短路等現(xiàn)象,跳閘時(shí)是否有人在差動(dòng)二次回路上工作。
3.2差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作現(xiàn)象及原因分析
差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作跳閘的同時(shí),如果同時(shí)有瓦斯保護(hù)動(dòng)作,即使只報(bào)輕瓦斯信號(hào),變壓器內(nèi)部故障的可能性大;差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作跳閘前如變壓器套管、引線(xiàn)、CT有異常聲響及其他故障現(xiàn)象,則說(shuō)明一次故障可能性較大;差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作跳閘的同時(shí),如果主變后備保護(hù)也啟動(dòng),則說(shuō)明差動(dòng)保護(hù)范圍內(nèi)一次設(shè)備故障的可能性較大;差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作后,如其他保護(hù)未啟動(dòng),而當(dāng)時(shí)差動(dòng)保護(hù)回路及二次回路上有人工作,則可能屬于人為因素誤動(dòng);先發(fā)生直流一點(diǎn)接地后,如差動(dòng)保護(hù)再動(dòng)作而其他保護(hù)未動(dòng)作,則說(shuō)明直流兩點(diǎn)接地短接了差動(dòng)保護(hù)跳閘接點(diǎn)的可能性較大;如差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作前巡視電流互感器時(shí)有異常聲響或差動(dòng)二次回路上有打火現(xiàn)象則說(shuō)明差動(dòng)電流互感器二次開(kāi)路的可能性較大;如差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作后,經(jīng)一次、二次檢查無(wú)異常,也無(wú)工作人員作業(yè),則保護(hù)裝置誤動(dòng)的可能性較大;如差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作后,如有線(xiàn)路保護(hù)動(dòng)作,經(jīng)差動(dòng)回路一次、二次檢查無(wú)異常,則保護(hù)定值整定不當(dāng)或二次接線(xiàn)錯(cuò)誤的可能性較大[2]。
3.3差動(dòng)保護(hù)與瓦斯保護(hù)區(qū)別
差動(dòng)保護(hù)作為變壓器內(nèi)部以及套管引出線(xiàn)相間短路的保護(hù)以及中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)側(cè)的單相接地短路保護(hù),同時(shí)對(duì)變壓器內(nèi)部繞組的匝間短路也能反映。但是差動(dòng)保護(hù)對(duì)變壓器內(nèi)部鐵芯過(guò)熱或者因繞組接觸不良造成的過(guò)熱無(wú)法反映,當(dāng)繞組匝間短路時(shí)短路匝數(shù)很少時(shí)也可能反映不出。而瓦斯保護(hù)雖然能反映變壓器油箱內(nèi)部的各種故障,但對(duì)于套管引出線(xiàn)的故障無(wú)法反映,因此差動(dòng)保護(hù)與瓦斯保護(hù)共同組成變壓器的主保護(hù)。
4 變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作因素分析[3]
不平衡電流是引起差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)的最重要因素之一,產(chǎn)生變壓器不平衡電流有以下幾個(gè)原因:
4.1變壓器勵(lì)磁涌流產(chǎn)生的不平衡電流
勵(lì)磁涌流主要是由于在變壓器空投時(shí)產(chǎn)生的含有大量高次諧波含量的電流,其中以二次諧波為主。變壓器差動(dòng)保護(hù)可利用二次諧波制動(dòng)來(lái)防止此原因造成的差動(dòng)誤動(dòng)。
4.2變壓器兩側(cè)電流相位不同而產(chǎn)生的不平衡電流
由于變壓器常常采用Y,d11的接線(xiàn)方式,因此兩側(cè)電流相位相差30°。如果差動(dòng)保護(hù)采用按相差動(dòng),則電流互感器二次側(cè)電流將有相位差,會(huì)產(chǎn)生很大的不平衡電流。將變壓器Y側(cè)的電流互感器采用△型接線(xiàn),變壓器△側(cè)的電流互感器采用Y型接線(xiàn),這樣變壓器兩側(cè)的二次電流相位便可一致了。以上是老式傳統(tǒng)繼電器差動(dòng)保護(hù)的基本原理,它是通過(guò)差動(dòng)互感器的接線(xiàn)方式不同來(lái)進(jìn)行角度校正的?,F(xiàn)如今電力系統(tǒng)中大多都使用微機(jī)保護(hù)裝置,而一般接入保護(hù)裝置的電流互感器接線(xiàn)全都是星型接法,然后通過(guò)軟件移相進(jìn)行角差校正。
4.3計(jì)算變比與實(shí)際變比不同而產(chǎn)生的不平衡電流
通過(guò)上面的辦法可使兩側(cè)電流相位一致,但是兩側(cè)電流的大小仍不同,為使正常運(yùn)行及外部故障時(shí)流入差動(dòng)繼電器的電流等于零,則應(yīng)將高壓側(cè)的電流互感器變比加大 倍。由于兩側(cè)的電流互感器都是根據(jù)產(chǎn)品目錄選取標(biāo)準(zhǔn)的變比,因此變壓器的實(shí)際變比很難滿(mǎn)足計(jì)算變比的要求,此時(shí)差動(dòng)回路中將有電流流過(guò)。當(dāng)采用具有速飽和鐵芯的差動(dòng)繼電器時(shí),通常都是利用它的平衡線(xiàn)圈來(lái)消除此電流的影響。微機(jī)保護(hù)則是通過(guò)平衡系數(shù)來(lái)進(jìn)行電流大小補(bǔ)償。
4.4兩側(cè)電流互感器型號(hào)不同產(chǎn)生的不平衡電流
由于兩側(cè)電流互感器型號(hào)不同,它們的飽和特性、勵(lì)磁特性也就不同,因此在差動(dòng)回路中所產(chǎn)生的不平衡電流也就較大。
4.5變壓器帶負(fù)荷調(diào)整分接頭而產(chǎn)生的不平衡電流
帶負(fù)荷調(diào)整變壓器的分接頭,是電力系統(tǒng)中采用帶負(fù)荷調(diào)壓的變壓器來(lái)調(diào)整電壓的方法,實(shí)際上改變分接頭就是改變變壓器的變比。如果差動(dòng)保護(hù)已按照某一變比調(diào)整好,則當(dāng)分接頭該換時(shí),就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)新的不平衡電流流入差動(dòng)回路。對(duì)此而產(chǎn)生的不平衡電流,應(yīng)在差動(dòng)保護(hù)的整定值中予以考慮。
5 結(jié)語(yǔ)
綜上所述,在變壓器運(yùn)行中,差動(dòng)保護(hù)起著至關(guān)重要的作用,但是一旦差動(dòng)保護(hù)發(fā)生誤動(dòng)現(xiàn)象,將失去其自身的作用。繼電保護(hù)專(zhuān)業(yè)人員需要分析差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)的因素,然后采用合理的方式進(jìn)行預(yù)防,避免差動(dòng)保護(hù)出現(xiàn)誤動(dòng)問(wèn)題,保障變壓器運(yùn)行的穩(wěn)定性。
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(作者單位:國(guó)電電力發(fā)展股份有限公司和禹水電開(kāi)發(fā)公司)