電力變壓器繼電保護(hù)設(shè)計(jì)的思考

范繼偉

摘 ?要：我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平不斷提高，電力需求也有所能加。在電力系統(tǒng)當(dāng)中，變壓器繼電保護(hù)裝置非常重要，能夠更好的保障供電網(wǎng)絡(luò)安全運(yùn)行。近年來，我國的電力消耗總量逐年提高，但是相對(duì)應(yīng)地，電力供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性也面臨著更為嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，所以，需要我們對(duì)電力變壓器繼電保護(hù)設(shè)計(jì)的問題開展相應(yīng)的探究。本文針對(duì)繼電保護(hù)設(shè)計(jì)的工作原理和設(shè)計(jì)方案進(jìn)行總結(jié)和分析，希望可以提供有效的參考，進(jìn)一步促進(jìn)我國電力事業(yè)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：電力變壓器;繼電保護(hù);設(shè)計(jì)

近年來，我國電力工程建設(shè)規(guī)模越來越大，而電網(wǎng)的建設(shè)也取得了一定的成就，不僅電力網(wǎng)絡(luò)越來越復(fù)雜，同時(shí)電力線路也延伸到了更偏遠(yuǎn)的地區(qū)。電力變壓器是電氣系統(tǒng)中非常重要的設(shè)備，尤其是其中的繼電設(shè)計(jì)水平更是決定著電力線路運(yùn)行的整體的安全性。但是電力變壓器設(shè)備大多是露天使用的，所以很容易由于外力作用而出現(xiàn)故障，如果造成變壓器損壞，則很容易影響電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。不難看出，總結(jié)電力變壓器繼電保護(hù)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)，并進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)，有很大的現(xiàn)實(shí)意義。

1 電力變壓器繼電保護(hù)

1.1 電力變壓器繼電保護(hù)工作原理分析

在電力系統(tǒng)的運(yùn)行過程中，電力數(shù)值并非是一成不變的，但是為了保證電力系統(tǒng)運(yùn)行安全性，就需要電力變壓器繼電系統(tǒng)的調(diào)節(jié)功能，這樣的功能就通過繼電保護(hù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的。電力變壓系統(tǒng)平穩(wěn)正常運(yùn)行的基礎(chǔ)就是繼電保護(hù)功能的正常發(fā)揮，但是隨著線路所處地區(qū)的不同，其面臨的情況也有所區(qū)別，這也會(huì)在一定程度上影響到繼電保護(hù)的具體工作原理。所以在設(shè)備檢查工作中，需要首先測量設(shè)備的參數(shù)來分析設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，將不同狀態(tài)下的數(shù)據(jù)加以對(duì)比和收集，這樣就可以判斷出繼電保護(hù)系統(tǒng)是否在正常工作。另一方面，這些參數(shù)也可以決定繼電保護(hù)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，在正常情況下，繼電保護(hù)系統(tǒng)都是先測量后執(zhí)行的，而在設(shè)備故障的情況下，則需要首先確定設(shè)備故障的情況下所形成的物理參量，并且將其與設(shè)備常規(guī)運(yùn)行時(shí)所形成的結(jié)果來相比較。

1.2 變壓器繼電保護(hù)系統(tǒng)的構(gòu)成情況

隨著技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，變壓器的繼電保護(hù)體系已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了微型化。具體來說，其構(gòu)成可能分為三個(gè)部分，分別對(duì)應(yīng)信號(hào)采集、信號(hào)處理以及信號(hào)輸出功能。信號(hào)采集部分的功能在于可以及時(shí)將電力系統(tǒng)內(nèi)的電力數(shù)值情況加以收集，并且將其向繼電保護(hù)裝置加以傳輸;對(duì)于信號(hào)處理部分而言，其主要功能就是將信號(hào)采集部分發(fā)來的數(shù)據(jù)加以分析，找到問題之后整合起來;而信號(hào)輸出部分的就是將需要輸出的信號(hào)向電力系統(tǒng)進(jìn)行傳遞，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的調(diào)節(jié)功能。

2 電力變壓系統(tǒng)繼電保護(hù)故障分析

變壓系統(tǒng)繼電保護(hù)系統(tǒng)故障可以分為兩個(gè)大類，分別是油箱內(nèi)部故障以及油箱外部故障。顧名思義，油箱內(nèi)部故障發(fā)生在變壓器設(shè)備的內(nèi)部，常見類型如相間短路、單相接地失靈等等，這些問題可能出現(xiàn)在高壓側(cè)，也可能出現(xiàn)在高壓側(cè)，也可能出現(xiàn)在低壓側(cè)。變壓器內(nèi)部出現(xiàn)故障就會(huì)造成較為嚴(yán)重的安全故障，這類故障會(huì)產(chǎn)生較大的電弧，不僅僅會(huì)讓繞組損壞，鐵芯也會(huì)由此被破壞，更為嚴(yán)重的是絕緣材料和變壓器油會(huì)由于受熱分解，而導(dǎo)致大量氣體揮發(fā)出來，最終導(dǎo)致油箱爆炸，所以這類故障一旦出現(xiàn)就要立即檢修，避免造成更為嚴(yán)重的后果。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(duì)于大容量的變壓器而言，還很有可能會(huì)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(huì)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(duì)變壓器的絕緣效果造成不同程度的威脅。

3 電力變壓器繼電保護(hù)系統(tǒng)的有效設(shè)計(jì)方案

3.1 差動(dòng)保護(hù)設(shè)計(jì)

變壓器繼電保護(hù)系統(tǒng)的差動(dòng)保護(hù)設(shè)計(jì)原則是：使變壓器兩側(cè)的電流互感器按照正常工作狀態(tài)下的環(huán)流接線進(jìn)行。在正常運(yùn)行的狀態(tài)之下，差動(dòng)繼電器中的電流值即為兩側(cè)電流互感器二次電流的差值，一般情況下，它近似等于零。當(dāng)差動(dòng)繼電器不工作時(shí)，其具有的保護(hù)作用也會(huì)相應(yīng)停止。隨著高性能計(jì)算機(jī)芯片的出現(xiàn)，差動(dòng)保護(hù)設(shè)計(jì)也已取得了一定的成果，因此，對(duì)于高壓側(cè)電壓大于330千伏的變壓器，可以采用雙重差動(dòng)保護(hù)設(shè)計(jì)，從而對(duì)裝置的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行有效的保護(hù)。

3.2 瓦斯保護(hù)設(shè)計(jì)

當(dāng)變壓器內(nèi)部出現(xiàn)嚴(yán)重漏油、匝間短路、鐵芯局部燒毀以及絕緣失效、油面下降等故障時(shí)，差動(dòng)保護(hù)設(shè)計(jì)的實(shí)際應(yīng)用意義就會(huì)受到限制，這時(shí)就需要采用瓦斯保護(hù)設(shè)計(jì)。通過將氣體繼電器安裝在變壓器油箱與油枕之間的連接導(dǎo)油管中，可以很容易實(shí)現(xiàn)瓦斯保護(hù)的目的。一般情況下可以將瓦斯保護(hù)分為兩種。其一是輕瓦斯保護(hù)動(dòng)作信號(hào)，可以通過分析氣體的數(shù)量、顏色及化學(xué)成分等判斷出該保護(hù)動(dòng)作產(chǎn)生的原因以及所發(fā)生的故障類別;另一種是重瓦斯保護(hù)動(dòng)作，能夠?qū)怏w產(chǎn)生的速度進(jìn)行監(jiān)視，同時(shí)對(duì)氣體的成分和特征進(jìn)行分析，從而有效推斷出故障發(fā)生的原因以及程度。

3.3 高壓變壓器保護(hù)設(shè)計(jì)

電力變壓器繼電保護(hù)裝置的可靠性是由安全和值得信賴這兩部分組成的。安全指的是繼電保護(hù)裝置不會(huì)發(fā)生誤動(dòng)，也就是說只有在需要繼電保護(hù)的狀態(tài)下才進(jìn)行反應(yīng)和工作。

當(dāng)變壓器高壓側(cè)的過電流保護(hù)對(duì)其低壓側(cè)的母線具有規(guī)定的靈敏系數(shù)時(shí)，可以在其間配置過電流保護(hù)裝置，使之成為低壓側(cè)母線的保護(hù)設(shè)施。此外，在變壓器的高壓側(cè)可以設(shè)置一個(gè)反時(shí)限過流保護(hù)裝置，從而對(duì)該變壓器的熱穩(wěn)定性進(jìn)行保護(hù)。與此同時(shí)，在變壓器的低壓側(cè)還應(yīng)另外安裝一保護(hù)裝置，在其中性線上安裝零序電流保護(hù)裝置，如跳高壓側(cè)短路器，同時(shí)規(guī)定經(jīng)過該裝置的不平衡電流不能超過額定電流的25%。

4 總結(jié)

總而言之，對(duì)于整個(gè)電力網(wǎng)絡(luò)來說，電力變壓器作用非常重要，重要環(huán)節(jié)。作為電力工作人員來說，就需要及時(shí)分析可能存在的問題和故障，進(jìn)而給電網(wǎng)運(yùn)行質(zhì)量提供安全保障。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)和設(shè)備維護(hù)工作中，經(jīng)過總結(jié)可以發(fā)現(xiàn)，二次回路的問題以及電流互感器設(shè)備的問題都是繼電保護(hù)故障的重要了成因，所以承擔(dān)設(shè)備維護(hù)以及系統(tǒng)設(shè)計(jì)的人員也需要對(duì)該問題重視起來，進(jìn)而不斷提高電網(wǎng)設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定性。

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