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。