變壓器保護配置存在的問題及解決方案研究

陳國盛 龔杰 李國志

摘 要：變壓器是電力系統中重要的設備之一，隨著近年來電力系統的深入改革，超高壓大容量變壓器的使用，對變壓器保護性能要求進一步提高，一旦變壓器發生故障將會嚴重影響電力系統安全穩定的運行。下面本研究首先分析了變壓器保護配置的原則，然后詳細分析了當前變壓器保護配置存在的問題，并針對問題提出一些解決方案，以供參考。

關鍵詞：電力系統；變壓器；解決方案

變壓器的主要參數有額定電壓、額定容量、額定頻率、額定變比、阻抗電壓百分數等，是發電廠和變電所的重要元件之一。然而在實際運行中，不同類型的變壓器故障會嚴重影響電網穩定性，從而十分有必要針對變壓器容量裝設繼電保護裝置，以下則集中探討分析變壓器保護裝置中的常見問題，對保障變壓器可靠運行起著重要的促進作用。

1 變壓器保護配置原則

1.1 縱聯差動保護

實現縱差保護可通過比較變壓器高、低壓測電流的相位及大小，當變壓器出現外部故障或正常運行時，流入差動保護回路的電流接近為零，若故障出現于變壓器內部或引出線部位，兩側電流互感器的電流之和是繼電器電流流入差動保護。縱差保護之所以作為電力變壓器的主保護，因其具備選擇性好和靈敏度高的優點，如變壓器的的單獨運行容量為100MVA以上或6.3MVA以上的并列運行變壓器，應裝設縱聯差動保護。

1.2 瓦斯保護

變壓器保護中的主要內容之一還有瓦斯保護，可充分反映變壓器內部等故障，如分接開關接觸不良、內部多相短路、鐵芯或外殼間短路、繞組內部斷線等。瓦斯保護可在變壓器內部發生輕微故障時自動開啟保護裝置，若嚴重故障產生大量瓦斯時，其保護裝置可斷開變壓器各電源側的斷路器。雖然瓦斯保護靈敏度高，結構簡單，但變壓器有向外部線路故障或因外界因素發生的誤動作都不能給予充分反應，因此，它只能反映內部故障。

1.3 過電流保護

電力變壓器外部相間短路情況都可通過過電流保護反映，一般適用于降壓變壓器。同時在變壓器過電流保護中，為了進一步提高保護的靈敏度，實際應用中可采用復合電壓起動的過電流保護。其中復合電壓啟動的過電流保護與低電壓啟動的過電流保護原理基本相同，其不同之處主要在于復合電壓啟動的過電流保護主要是采用低電壓繼電器和負序電壓繼電器代替了原來低電壓啟動的過電流保護中的三個低電壓繼電器，所以復合電壓啟動的過電流保護的靈敏度相對較高。

2 電力變壓器保護配置存在的問題及解決措施

2.1 電力變壓器后備保護存在的問題及對策

電力變壓器后備保護主要有外部相間短路引起的變壓器過電流保護以及外部接地短路引起的變壓器過電流保護等。關于后備保護常見問題，多集中在過流保護和是零序電流保護。首先過流保護，一般復合電壓閉鎖過電流保護是聯絡變壓器高壓測和110kV降壓變壓器配置最多的，按額定負荷電流整定電流定值，無電源側出線保護最長動作和時間定值相結合，從而有較長的保護時間。本測出線最后一級保護時間與中、低壓測過電流保護相結合，往往當中、低壓母線出現故障時，變壓器線圈通過大的故障電流，直接損害變壓器，影響其安全穩定運行，為此，應在電源規劃時合理規劃安排供電方式來避免多級線路串供的可能。根據變壓器過電流保護整定原則，一般按照1.4倍額定電流整定高測壓過電流，電流的絕對數值會隨著變壓器容量的增大而不斷增大。所以，應在檢查保護動作的過程中留意低壓側及各條線路的保護是否有動作，綜合分析各種情況。

2.2 電力變壓器非電量保護問題及對策

當前電力系統中，為了進一步提高電力系統設備運行的安全性和穩定性，所以在大型電力變壓器中均設置了電量和非電量保護。其中非電量保護的種類主要瓦斯保護、壓力釋放閥、壓力突變保護以及溫度控制器保護和油位計等。非電量保護在變壓器保護配置中具有重要的作用。為了反映變壓器油箱壓力過高或冷卻系統故障等，會將非電量保護裝設在升壓、降壓變壓器、聯絡變壓器等。在電力變壓器非電量保護中，除了冷卻器全停需要經過延時跳閘之外，其他的一般都是采用開入直跳方式，所以變壓器非電量保護很容易受到外界環境的影響，導致誤動作現象常常發生。因此，在電力系統中非電量保護裝置設計的要點是分析誤動原因并予以解決，以防止誤動作現象，降低非電量保護誤動率。通過進行分析發現，誤動作常見的問題主要有以下幾點：（1）接點防護不到位。因非電量保護接點絕緣下降后造成出口，防潮防水性能下降，變壓器內部非電量保護繼發電器安裝的部位在大風大雨的情況下滲入雨水，進而導致接點受潮，而發生誤動作的現象。（2）需敷設較長的二次電纜才能滿足非電量保護工作，另外，由于二次電纜在長期的運行中處于電磁場較強的場合，所以非電量保護裝置對強烈的干擾信號非常敏感，這樣就很容易引起光敏三極管的觸發導通，最終導致保護繼電器的誤動現象發生。針對非電量保護配置常見問題，給予以下防護對策：首先應做好非電量保護中的主變瓦斯、壓力釋放閥等相關設備的外部接點防護工作，同時還應該電纜管口密封的嚴實性，并增加防雨罩。二次電纜采用屏蔽電纜，交直流分開。由于非電量保護因抗干擾能力較差引起的誤動情況較多，應做好相應的抗干擾措施，如適當增加延時，動作電壓滿足55%～70%UN，當直流系統正、負極對地絕緣對稱時，一定程度上提高動作電壓能有效防止保護誤動作。在敷設電纜時，應盡量將電纜線遠離高壓線或者活動線，同時還應該屏蔽電纜兩端接地，以有效避免非電量保護裝置受到外部干擾而發生誤動作的現象。

2.3 電力變壓器微機保護存在的問題及對策

隨著計算機技術的快速發展，計算機技術已經廣泛應用到電力系統中，其中微型電子計算機技術在電力系統變壓器保護中的應用就是其中之一，其不僅有效保證了電力變壓器運行的安全性和穩定性，而且對提高變壓器的性能也具有重要的作用。但是電力變壓器微機保護裝置使用以及操作中難免由于操作不當導致故障發生。其中在電力變壓器微機保護裝置中常見的問題主要以下幾點：（1）變壓器原邊與副邊的電流相位不同而產生不平衡的電流；（2）變壓器帶負荷調節分抽頭時產生不平衡的電流現象；（3）外部故障的切除以及開關的合入也會對電力變壓器微機保護帶來影響。在電力變壓器微機保護配置中，為了有效避免差動保護問題的出現，可以采用相電壓制動代替二次諧波制動。二次諧波制動的功能主要是為了區別差動電流為故障電流還是勵磁電流，如果是勵磁電流，，則比率差動動作被涌流判斷為元件閉鎖，否則是比率差動動作，其中二次諧波制動比率差動保護曲線圖如圖1所示。

圖1 二次諧波制動比率差動保護曲線

其中K為比率制動曲線斜率，Id為動作電流，Ibp為不平衡電流，Idmin為差動門檻電流；IRT為比率制動電流，IRT1為比率制動拐點電流，通過圖1可以得知，當IRTIRT1時，比率差動將會具有較大的制動作用，這樣如果變壓器發生輕微的故障時，假如具有輕微的匝間短路時，其由于不帶制動梁，所以其能夠使保護裝置具有非常高的靈敏度，而如果發聲演奏的區外故障時，則就會帶動較大的制動量，進而提高保護的可靠性。另外在差動保護或者電流速斷保護裝置中，應注意防御變壓器繞組和引出線的多相短路以及大接地電流系統側繞組和引出線的單相接地短路以及繞組匝間短路現象。而對于相間短路的后備保護系統而言，應注意加強變壓器外部相間短路。

3 結束語

總之，近年來隨著計算機技術的飛速發展，大部分變電站電力變壓器繼電保護裝置已更換成微機保護，新的保護原理也不斷應用其中。為了保障電力變壓器的可靠運行，也重視其日常運行管理維護，及時針對保護配置中常見問題予以解決，防止事故發生，提高發電廠變壓器保護配置的安全穩定運行。

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作者簡介：陳國盛（1977，5-），男，籍貫：湖南長沙，研究生學歷，職稱：工程師，主要研究方向：變壓器維護。

龔杰（1984，7-），湖南長沙，研究生學歷，職稱：工程師，研究方向：變壓器維護。

李國志（1966，10-），湖南長沙，大專學歷，技師，研究方向：變壓器維護。