10KV供電系統中電力變壓器的常見故障分析與繼電保護探討

文/蔡紅生 南京港口集團港務工程公司 江蘇南京 210000

10KV供電系統中電力變壓器的常見故障分析與繼電保護探討

文/蔡紅生 南京港口集團港務工程公司 江蘇南京 210000

對10KV供電系統中電力變壓器的常見故障進行簡要分析，并簡單闡述了常見的幾種繼電器保護類型以及相應的動作模式。

10KV供電系統；電力變壓器；常見故障；繼電保護

1 引言

發電—電力變壓—電力運輸—電力分配—用戶用電共同構成了整個10KV電力系統，而其中的變壓器又是整個供電系統的關鍵部件，變壓器性能的好壞直接影響著整個10KV供電線路的穩定與可靠。目前市場上容量大、性能高的電力變壓器價格一直居高不下，因此出于保證供電線路穩定與節約成本的考慮，分析電力變壓器的常見故障以及研究性能優良的繼電保護顯得尤為重要，本文著眼于此展開討論。

2 10KV電力系統電力變壓器的常見故障

變壓器是我們電力系統中非常重要的組成部分，它的使用環境也相當復雜。所以一旦變壓器發生故障，不僅只是影響電力系統的正常使用，有時還會導致嚴重的后果和不可挽回的損失。在10KV電力系統中，變壓器也是整個系統的關鍵所在，因此對于變壓器的常見故障，我們要做到詳細的總結和系統的探討。

變壓器的常見故障一般分外部故障跟內部故障兩種類型。顧名思義，外部故障即發生在變壓器機體以外的故障。主要包括引出線絕緣破壞，導致線路短路的故障；或者機體單相接地出現問題致短路的故障等；內部故障即發生在變壓器機體內部的故障，主要包括機體內部繞組故障或短路，相間接地出現問題或短路等。長期實踐證明，10KV電力系統電力變壓器的常見故障可以劃分為以下幾種：

（1）油故障：變壓器正常運行中的絕緣問題是由絕緣油承擔，絕緣油性能的好壞決定了變壓器絕緣程度的高低。通常變壓器處在高溫高熱的工作環境，如果絕緣油的抗熱、抗氧化性能較低，將直接導致變壓器因工作時間的延長致絕緣降低而產生閃絡放電的故障。同時變壓器的長期運行也會導致絕緣油泥的沉積而阻塞泄油通道，最終影響變壓器的散熱性能。

（2）芯體故障：變壓器內部芯體的繞線為銅線，銅線性能的好壞直接關系到芯體的散熱與抗氧化、抗老化性能。同時低性能的銅線也會導致繞組間、匝間容易發生短路故障而影響機體的使用壽命。

（3）結構故障：變壓器的結構故障是由于生產與設計的缺陷而導致，往往發生在油底殼強度不夠，長期的交變應力致使其裂紋漏油；分接頭的設計不到位致經常性的接觸不良等。

（4）磁路故障：磁路故障往往是由于鐵芯的接地不良或長時間的運行致壓鐵的松動而導致，壓鐵的松動會引起電磁鐵的振動而產生噪音，鐵芯的接地不良會引起芯體的絕緣、抗氧化性能降低，最終都影響磁路的電磁效應。

3 10KV電力系統電力變壓器保護繼電器的選擇

線路發生故障時往往會因為金屬性單相短路或多相短路產生過電流而長時間沖擊故障點，導致故障點的擴增，最終影響整個供電線路或波及關聯設備，因此有效實施變壓器電流速的繼電保護，具有顯著重要性。通常變壓器電流速斷保護跳閘是線路保護的主要手段，且分為0s速斷跳閘和0.5s延時速斷跳閘。而事實證明，0.5s延時速斷跳閘更具有實際可操作性，是電力變壓器繼電保護的主要選擇。

GL型感應式電流繼電器及DL型電磁式電流繼電器是目前市場上常用的兩種繼電器。對于線路中具有大容量、高負荷設備的宜采用GL 型感應式電流繼電器。此類繼電器可以瞬間動作，迅速切斷線路電流；還可以對電動機的起動電流進行規避，保證高負荷設備的正常運行，這便是此類繼電器延時動作元件反時限部分的優點所在。DL型電磁式電流繼電器大多是為了改善線路動作特性而使用，對于線路負荷較小，無大容量電動機時可選擇此類繼電器。但若想保證變壓器保護的時限，可輔助時間繼電器。兩種類型繼電器各有優缺點，相較于DL型繼電器，GL型繼電器能使線路接線簡化，但動作特性較低，且調校難度較大。

4 電力變壓器的繼電保護

4.1 速斷保護

為了使供電系統穩定供電和保證用戶用電，在設計電力系統時，要考慮在發生故障情況下保護裝置能迅速反應避免造成較大的損失。電流速斷保護在對電力系統進行保護時，在極短的時間內切斷電流，不僅反應動作快，操作起來更是簡單，功能可靠。它的工作原理如下：當電力系統變壓器速斷時，首先檢查電力系統中是否有備用變壓器，如果發現有備用變壓器就應馬上使用變壓器。工作人員檢查速斷保護電路的各個部分，首先檢查變壓器的套管，檢查套管是否完整，在母線上有無痕跡。再檢查變壓器的電纜頭是否被損壞或者電纜是否被移動，如若不然，應對變壓器內部情況進行詳查。若檢查結果表明變壓器的內部出現故障，此時應保持電閘原有狀態。

4.2 瓦斯保護

進行瓦斯保護在一定程度上保證了變壓器的安全運轉。變壓器的絕緣層被破壞或變壓器產生了氣體都會導致變壓器發生故障。通過分析氣體的成分和特征，檢測氣體的速度可以推測出變壓器出現故障的原因，找出短路部位，了解故障嚴重程度，變壓器在出現故障時會自動切斷電。瓦斯保護具體分為輕度和重度瓦斯保護兩種層面，在進行這兩種動作時，一般會發出信號或是直接電閘自行斷開。瓦斯保護由以下引起：

（1）在循環裝置工作過程中不慎將空氣導入變壓器。

（2）因蒸發或漏油導致內部油量減少。

（3）變壓器中產生氣體

（4）沒有進行正確的直流回路操作

由變壓器內部故障導致的油面下降或是保護裝置出現故障都可以引起重瓦斯動作，瓦斯保護動作引起的跳閘可能是由于油中空氣分離較快。發現瓦斯信號后，要立刻檢查瓦斯繼電器動作的起因，入如果沒有檢查出上面的原因，就要收集繼電器中的氣體，觀察氣體的顏色或多少等找出故障。發現重瓦斯動作時，先全面檢查，如果發現是內部出現故障，則要進行油樣化驗，運用色譜分析檢查油的閃點。內部故障多由油的閃點降低程度大引起的，這種情況下，不可送電。

4.3 反時限過電流保護

反時限過電流保護的過程中，短路電流的大小受繼電保護動作的時間影響，短路電流越小則繼電動作時間越長，這便是反時限過電流保護的原理。反應型繼電器是反時限過電流保護的主要組成部分，將這種繼電器應用于礦業企業，可以集合四種重要繼電器的功能，從而使反應型繼電器的功能達到最優化，最終實現反時限過電流保護的效果。

4.4 定時限過電流保護

值得注意的是，在進行定時限過流電流保護時，繼電保護的動作時間不會受到短路電流的影響。定時限過電流保護由四個元件組成，分別是出口元件、發動元件、縮時元件和信號發射元件，這些元件對應的分別是電磁式中間繼電器、電流繼電器、時間繼電器和信號繼電器。在保證動作時間相同的情況下，通過繼電器的調節來是繼電保護的動作時間縮短。若要實現直流操作的效果，必須將屏顯設置為直流，而且一般要將系統配電控制在10-30kv之間。

4.5 零序電流保護

10kv電力系統普遍采用中性點不接地的運行方式。三相在相電壓的作用下都會有90度的電容電流流入大地，每個電流相位相隔120度，雖然三相電流數值相等但電流和為零，中性點電位為零。如果電力系統中A出現了金屬性接地事故，A相的對地電壓為零，此時其他兩相的對地電壓會升高，升高到線電壓，而三分線電壓是不變的。這種情況下，不會對負荷供電產生較大影響，沒有必要切斷電流，系統還可連續工作2個小時。采用中性點不接地優勢顯著。當面臨出線較多，電線網絡繁復的情況時，只有零序電流保護裝置才能保證系統安全運行，因為非接地故障線路零序電流比接地故障線路零序電流小，使得這種裝置具有可行性。

5 結語

在實際操作過程中，為了可靠性要嚴謹的整定計算繼電保護，總結10kv低壓系統的特點，在實踐中積累經驗，總結規律。當繼電保護范圍內發生故障時，可以準確高效的找出故障，并有效解決故障，使其能提高電力系統的安全性和可靠性，發揮越來越重要的作用。