500kV電力變壓器繼電保護問題探析

摘要：當前，大多數發電廠均采用500kV一級升高電壓向系統進行供電。500kV變壓器作為電力系統中樞紐變電站的主設備，其運行狀況是否良好，不但直接關系到系統供電的可靠性，同時也會給整個電網的安全穩定運行帶來相當程度的影響。為避免一旦停運給整個電網造成巨大的經濟損失，同時也為了更好地實現電力企業的發展與建設，加強對電力變壓器繼電保護常見問題的探究具有極為重要的研究意義。為此，主要針對500kV電力變壓器繼電保護的相關問題進行分析，并提出了一些解決對策及改進措施。

關鍵詞：500kV；電力變壓器；繼電保護

作者簡介：溫源（1975-），男，江西信豐人，廣東電網公司佛山供電局，工程師。（廣東 佛山 528000）

中圖分類號：TM588 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）36-0209-02

一、500kV電力變壓器的繼電保護裝置概述

繼電保護裝置能夠在電力系統及其元件出現故障問題時，及時檢測到故障并立即觸發報警信號，再由控制系統接收報警信號并進行保護裝置動作，從而實現對故障問題的有效排除，確保系統的正常運行。一般來說，繼電保護裝置的基本性能主要有靈敏性、可靠性、快速性和選擇性等幾種。其中，靈敏性一般是采用靈敏系數來加以表示的，裝置靈敏系數越高，則其反應故障的能力也越好；可靠性是表現在繼電保護過程中，裝置不會發生拒動作；快速性體現在裝置消除異常與故障問題的時間問題上；而選擇性則是在可能的最小的區間內切除故障，以確保設備供電的正常。在供電系統當中，繼電保護裝置在檢測系統運行情況、控制斷路器工作以及記錄故障問題等方面，有著極為重要的作用。

二、500kV電力變壓器繼電保護的相關問題分析

1.500kV電力變壓器的常見繼電保護問題

（1）瓦斯保護。在500kV電力變壓器的繼電保護中，往往容易因變壓器在濾油、加油時未將內部空氣及時排出，而導致變壓器運行過程中油溫升高將空氣逐步排出，引起瓦斯保護信號動作。同時，受到500kV電力變壓器穿越性短路的影響，也易于造成瓦斯保護信號動作。另外，由于內部嚴重故障、油位迅速下降等，也容易引起瓦斯保護動作及跳閘。

（2）差動保護。差動保護主要是通過對500kV電力變壓器的高壓側和低壓側電流大小及相位差別加以利用，從而實現保護。由于差動保護靈敏度相對較高，能夠無延時對各種故障做出選擇性的準確切除，且又具有選擇性好、實現簡單以及區分故障性能好等特點，使得差動保護在當前大多數電路保護中受到廣泛應用。

（3）過勵磁保護。在500kV電力變壓器的工作過程中，若在其高壓側出現500kV的高壓，那么此期間變壓器的磁密度會接近飽和狀態，此時如果有頻率降低、電壓升高等情況出現，將很容易導致變壓器發生過勵磁現象。過勵磁保護便是基于此原理來反映過勵磁引起的過電流，以延長變壓器使用壽命。

（4）過電流保護。電力變壓器過電流保護作為瓦斯保護和差動保護的后備，通常可以根據變壓器的容量以及短路電流的不同情況，進行過電流保護、復合電壓啟動的過電流保護以及負序電流及單項式低電壓啟動的過電流保護等。其中，過電流保護常用于降壓變壓器；復合電壓啟動的過電流保護通常是在升壓變壓器，或是在過電流保護的靈敏度不夠等情況下方才采用；而負序電流及單項式低電壓啟動的過電流保護，則在63MV-A及以上大容量升壓變壓器，以及系統聯絡變壓器較為常用。

2.500kV電力變壓器常見故障

一般來說，500kV電力變壓器的常見故障類型主要有兩類，即油箱內部故障和油箱外部故障。油箱內部故障，常見的有高、低壓側繞組間的相間短路，輕微匝間短路、中性點接地系統的側繞組處單相接地短路，鐵芯繞損燒壞等故障。電力變壓器內部發生故障時，往往會產生一些電流及電弧，給繞組絕緣、鐵芯等造成損壞，嚴重時甚至會使變壓器油受熱分解大量氣體，引起爆炸。為此，需要繼電保護及時、有效地對這些內部故障予以切除。油箱外部故障，最常見的有絕緣套管和引出線上發生相間短路、接地短路等。

三、500kV電力變壓器繼電保護問題的解決對策

為了使500kV電力變壓器的正常、穩定運行，保障系統供電的可靠性和整個電網運行的安全性和穩定性，并盡最大限度避免一旦停運給整個電網造成巨大的經濟損失，可以考慮從以下幾個步驟對電力變壓器繼電保護問題進行有效、徹底解決。

1.利用微機及相關信息，處理繼電保護故障

首先，應對微機提供的故障信息加以充分利用，以排除簡單的繼電保護故障；其次，應重視對人為故障的處理，例如在有些繼電保護故障發生后，單從現場的信號指示并無法找到發生故障的原因，可能與工作人員的重視程度不夠、措施不力有關，對于這種情況，需要如實反映，以便分析和避免浪費時間。另外，還應重視對故障錄波和事件記錄的充分利用，包括微機事件記錄、故障錄波圖形、裝置燈光顯示信號等。通過這些記錄，能夠對一、二次系統進行全面檢查，此時若發現繼電保護正確動作是由一次系統故障所致，則可判斷不存在繼電保護故障處理的問題；若發現故障主要出在繼電保護上，則應該盡可能維持原狀，做好故障記錄，通過制定相應的故障處理計劃后再進行故障處理。

2.合理應用檢查方法

在變壓器繼電保護出現誤動時，可采用逆序檢查法，從故障發生的結果出發，逐級往前查找微機事件記錄及故障錄波等；在出現拒動時，可采用順序檢查法，通過外部檢查→絕緣檢測→定值檢查→電源性能測試→保護性能檢查的順序，進行檢驗調試。另外，在檢查繼電保護裝置的動作邏輯和動作時間時，還可應用整組試驗法來進行。通過短時間內再現故障的方式，來判斷繼電保護發生故障的原因并加以解決。

3.繼電保護常見故障的解決

結合瓦斯故障的處理方式來看，在發生瓦斯保護動作時，可通過復歸音響，密切監視變壓器電流、電壓及溫度，檢查直流系統絕緣接地情況以及二次回路是否存在故障等來排除故障。若檢查發現瓦斯繼電器內存在氧化，則應即刻排出瓦斯繼電器的氣體，同時收集并檢查氣體，若氣體無色、無臭且不可燃，則變壓器仍可繼續運行；若氣體為白色、淡黃色，并帶刺激味或為灰黑色且可燃，則說明變壓器內部發生故障，需要取油樣化驗其閃點，若其閃點較前次低于5℃以上時，應停運變壓器，并聯系檢修進行內部檢查。

另外，結合差動保護故障的排除方法來看，可以為新安裝的變壓器進行5次空投變壓器試驗，以測試差動保護能夠躲過勵磁涌流，并檢查TA回路接線是否正確，同時進行差壓和差流測試等。例如在接線錯誤所致誤動時，首先，應對變壓器TA進行極性試驗和一次通流試驗，以檢查其變比和二次回路的完好性，其次，應對電纜線、屏內二次接線等加以檢查，以確保二次回路的絕緣性良好。此外，還應對TA二次回路的接地點進行檢查，以確保其在保護屏內，且僅有一點接地。

四、結合差動保護，探討500kV電力變壓器繼電保護的改進

為了更好地減少和預防電力變壓器繼電保護故障問題的出現，可以通過對變壓器外部保護的死角加強控制來實現。為此，本研究擬采用差動保護來對500kV電力變壓器繼電保護的主保護進行強化，具體分析如下。

1.差動保護的構造

根據基爾霍夫定理，差動保護能夠在電力變壓器正常運行或外部短路期間，實現變壓器三側電流向量值相抵消，即三者之和為0，從而起到保護電路的作用。

在變電器內部出現故障時，；在變電器外部發生故障或是無故障問題存在時，。

2.差動保護的整定

結合圖2來看，為滿足500kV電力變壓器側動、熱穩定、穿越功率等要求，通常情況下，1ct的變比均設定在2500/1A。不過受到啟動變額定電流61A的影響，導致500kV電力變壓器差動保護無法完成整定工作。此時若是根據變電器繼電保護裝置的最小整定電流整定，則會導致該裝置的抗干擾能力發生相當程度的降低，并致使差動保護靈敏度發生下降。其中，差動保護整定的最小動作電流Id的表達式為：

Id=K（Ker+ΔU+Δm）In/n

式中，In表示電力變壓器額定電流；n表示電流互感器變化比；K表示可靠系數；Ker表示電流互感器比誤差；另外ΔU和Δm分別表示變壓器調壓誤差和電流互感器變化比未安全匹配差產生的誤差。

3.比率制動和諧波制動的應用

在差動保護整定要求滿足的前提下，電力變壓器的靈敏性、可靠性等，可以通過比率制動原理來實現提高，同時，應用比率制動，也可避免區外故障問題時產生誤動。而在電力變壓器空載投入或是外部故障問題切除完成后，利用諧波制動，可以使得變壓器在電壓恢復期間，借助產生的勵磁涌流而對變壓器進行分量制動。

五、結束語

繼電保護是保障電力系統安全、穩定運行的重要裝置。本研究對500kV電力變壓器繼電保護的相關問題以及電力變壓器常見故障進行探討，可以看出，電力變壓器繼電保護問題的處理，除了可以利用微機及相關信息處理之外，還可通過合理正確利用檢查方法和針對性處理等方式加以解決，從而提高繼電保護系統的工作可行性，減少故障問題的發生。另外，在500kV電力變壓器繼電保護中應用差動保護，還能夠較為全面顧及到電力變壓器內外部故障，進一步保障電力系統的安全、穩定運行。

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