配電變壓器繼電保護(hù)設(shè)計(jì)

周海鯤

【摘要】 變壓器是電力系統(tǒng)中十分重要的供電元件，它的故障將對(duì)供電的可靠性和系統(tǒng)的正常運(yùn)行帶來(lái)嚴(yán)重的影響，因此需要根據(jù)變壓器容量和重要程度裝設(shè)性能良好，工作可靠的繼電保護(hù)裝置，本文對(duì)針對(duì)變壓器的故障進(jìn)行分析，并對(duì)一般配電變壓器的繼電保護(hù)進(jìn)行了保護(hù)方式設(shè)計(jì)和保護(hù)裝置的方案配置。

【關(guān)鍵字】 變壓器 故障 保護(hù)

電能與國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門(mén)和人民生活關(guān)系密切。供電的中斷或不足，將直接影響生產(chǎn)，造成人民生活混亂。隨著現(xiàn)代社會(huì)對(duì)電網(wǎng)供電可靠性的要求的不斷提高，就需要我們繼電保護(hù)裝置發(fā)揮更重要的作用，針對(duì)系統(tǒng)出現(xiàn)的故障能及時(shí)切除，確保電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行。

一、配電變壓器的故障和不正常運(yùn)行狀態(tài)

配電變壓器是電力系統(tǒng)中大量使用的重要電氣設(shè)備，它的故障對(duì)供電可靠性和系統(tǒng)的正常運(yùn)行帶來(lái)嚴(yán)重后果，同時(shí)大容量變壓器也是非常貴重的元件。因此，必須根據(jù)變壓器容量和重要程度裝設(shè)性能良好、動(dòng)作可靠的保護(hù)。

變壓器故障可分為油箱內(nèi)部故障和油箱外部故障。油箱內(nèi)部故障包括繞組的相間短路、接地短路、匝間短路、鐵心燒損等。油箱內(nèi)部故障對(duì)變壓器來(lái)說(shuō)是非常危險(xiǎn)的，高溫電弧不僅會(huì)燒毀繞組和鐵芯，而且還會(huì)使變壓器油絕緣受熱分解產(chǎn)生大量氣體，引起變壓器油箱爆炸的嚴(yán)重后果。變壓器油箱外部故障包括引線及套管處會(huì)產(chǎn)生各種相間短路和接地短路。

二、配電變壓器的保護(hù)方式

根據(jù)變壓器型號(hào)及運(yùn)行條件選用合適的繼電保護(hù)措施，并對(duì)保護(hù)裝置進(jìn)行合理的整定，變壓器就能安全的運(yùn)行。

對(duì)于上述故障和不正常工作狀態(tài)，根據(jù)DL4OO-91《繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程》的規(guī)定，變壓器應(yīng)裝設(shè)如下保護(hù)：（1）為反應(yīng)變壓器油箱內(nèi)部各種短路故障和油面降低，對(duì)于0.8MVA及以上的油浸式變壓器和戶內(nèi)0.4MVA以上變壓器應(yīng)裝設(shè)瓦斯保護(hù)。（2）為反應(yīng)變壓器繞組和引出線的相間短路，以及中性點(diǎn)直接接地電網(wǎng)側(cè)繞組和引線接地短路及繞組匝間短路，應(yīng)裝設(shè)縱差保護(hù)或電流速斷保護(hù)。對(duì)于6.3MVA及以上并列運(yùn)行變壓器和10MVA及以上單獨(dú)運(yùn)行變壓器，以及6.3MVA及以上的廠用變壓器，應(yīng)裝設(shè)縱差保護(hù)。對(duì)于IOMVA以下變壓器且其過(guò)電流時(shí)限大于0.5s時(shí)，應(yīng)裝設(shè)電流速斷保護(hù)。當(dāng)靈敏度不滿足要求時(shí)（2MVA及以下變壓器）宜裝縱差保護(hù)。（3）為反應(yīng)外部相間短路引起的過(guò)電流和作為瓦斯、縱差保護(hù)（或電流速斷保護(hù)）的后備，應(yīng)裝設(shè)過(guò)電流保護(hù)。例如，復(fù)合電壓起動(dòng)過(guò)電流保護(hù)或負(fù)序過(guò)電流保護(hù)。（4）為反應(yīng)大接地電流系統(tǒng)外部接地短路，應(yīng)裝設(shè)零序電流保護(hù)。

2.1 配電變壓器瓦斯保護(hù)

瓦斯保護(hù)是變壓器內(nèi)部故障的主要保護(hù)元件，對(duì)變壓器匝間和層間短路、鐵芯故障、套管內(nèi)部故障、繞組內(nèi)部斷線及絕緣劣化和油面下降等故障均能靈敏動(dòng)作。當(dāng)油浸式變壓器的內(nèi)部發(fā)生故障時(shí)，由于電弧將使絕緣材料分解并產(chǎn)生大量的氣體，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)是利用反應(yīng)氣體狀態(tài)的瓦斯繼電器來(lái)保護(hù)變壓器內(nèi)部的故障。

在瓦斯保護(hù)繼電器內(nèi)，上部是一個(gè)密封的浮筒，下部是一塊金屬擋板，兩者都裝在有密封的水銀接點(diǎn)。浮筒和檔板可以圍繞各自的軸旋轉(zhuǎn)。在正常運(yùn)行時(shí)，繼電器內(nèi)充滿油，浮筒浸在油內(nèi)，處于上浮位置，水銀接點(diǎn)斷開(kāi)；檔板則由于本身重量而下垂，其水銀接點(diǎn)也是斷開(kāi)的。當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生輕微故障時(shí)，氣體產(chǎn)生的速度較緩慢，氣體卜升至儲(chǔ)油柜途中首先積存于瓦斯繼電器的上部空間，使油面下降，浮筒隨之下降而使水銀接點(diǎn)閉合，接通延時(shí)信號(hào)，這就是所謂的“輕瓦斯”；當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生嚴(yán)重故障時(shí)，則產(chǎn)生強(qiáng)烈的瓦斯氣體，油箱內(nèi)壓力瞬時(shí)突增，產(chǎn)生很大的油流向油枕方向沖擊，因油流沖擊檔板，檔板克服彈簧的阻力，帶動(dòng)磁鐵向干簧觸點(diǎn)方向移動(dòng)，使水銀觸點(diǎn)閉合，接通跳閘回路，使斷路器跳閘，這就是所謂的“重瓦斯”。重瓦斯動(dòng)作，立即切斷與變壓器連接的所有電源，從而避免事故擴(kuò)大，起到保護(hù)變壓器的作用。

2.2 配電變壓器縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)

縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)是反應(yīng)被保護(hù)變壓器各端流入和流m電流的相量差。由于配電變壓器高壓側(cè)和低壓側(cè)的額定電流不同，因此，為了保證縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的正確工作，就必須適當(dāng)選擇兩側(cè)電流互感器的變比，使得在正常運(yùn)行和外部故障時(shí)，兩個(gè)二次電流相等。在保護(hù)范圍內(nèi)故障時(shí)，流入差回路的電流為短路點(diǎn)的短路電流的二次值，保護(hù)動(dòng)作?？v聯(lián)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作后，跳開(kāi)變壓器兩側(cè)斷路器。由此可知，要實(shí)現(xiàn)變壓器的縱差動(dòng)保護(hù)，就必須適當(dāng)?shù)剡x擇兩側(cè)電流互感器的變比，使其比值等于變壓器的變比，這是與送電線路的縱差動(dòng)保護(hù)不同的。

配電變壓器繼電保護(hù)的實(shí)現(xiàn)和配電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行是堅(jiān)強(qiáng)電網(wǎng)建設(shè)的重要內(nèi)容之一。作為供配電環(huán)節(jié)的重要設(shè)備組件，無(wú)論是城市低壓配電網(wǎng)變壓器，還是工業(yè)用戶供用電網(wǎng)配電變壓器，其運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和保護(hù)的可靠性、便捷性，都是相關(guān)企業(yè)和用戶實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)和節(jié)能減排目標(biāo)的前提條件。