淺析發電廠的變壓器保護

摘 要：發電廠不僅是電力系統的關鍵組成部分，也是我國經濟穩定發展、人民生活水平不斷提升的重要保障。文章主要針對發電廠變壓器故障的類型，探討了變壓器縱差保護在發電廠的重要性，介紹了瓦斯保護在發電廠的應用，分析了變壓器不同故障類型的后備保護。

關鍵詞：變壓器故障；縱差保護；瓦斯保護；后備保護

引言

電力變壓器在電力系統占有重要地位，升壓變壓器在發電、輸電、配電環節提高電壓以便于遠距離輸送電能，降壓變壓器將電能供給負荷。同時電力變壓器也是高成本的電氣設備。因此，根據變壓器容量和電壓等級配置相應的安全可靠的繼電保護設備。變壓器主要由鐵芯和繞組構成，為了滿足變壓器的絕緣和散熱要求，將變壓器置于油箱中，其繞組兩端通過絕緣套管連接到變壓器油箱外。

發電廠的變壓器長時間運行，內部繞組、匝間絕緣材料受環境影響易老化，一旦絕緣破損，造成絕緣擊穿，從而引起變壓器內部故障，大型的電力變壓器必須要裝瓦斯繼電器保護裝置及時發出信號和動作于跳閘，來防止故障的發生與故障范圍的擴大，保證電力系統的穩定運行和安全供電。

1 發電廠的變壓器故障

1.1 變壓器的故障類型

變壓器故障類型通常包含兩類：第一類，變壓器油箱內部故障，各相繞組的相間短路，單相繞組通過外殼接地造成的單相接地短路，單相繞組部分線匝之間造成的匝間短路，鐵芯由于過熱引起的燒毀。變壓器油箱內部的故障容易引起電弧，造成絕緣老化，時間長了絕緣破損可能造成油箱爆炸。第二類油箱外部故障是指變壓器各繞組兩端的絕緣套管和引出線發生的接地故障和相間故障。

1.2 變壓器故障的解決方法

針對變壓器發生的故障采取相應的保護措施來解決故障。發電廠中油式變壓器裝設瓦斯保護，瓦斯保護根據郵箱內故障產生的氣體和流油而動作，防止郵箱內發生接地故障和相間故障；縱差保護和電流保護用于防止變壓器引出線的相間短路故障、匝間短路故障、中性點接地系統的繞組單相接地故障和相間短路故障；過負荷保護應用于變壓器并列運行和單獨運行作為其他負荷的備用電源的情況，過負荷保護動作于信號或者跳閘減負荷；過勵磁保護應用于超高壓大型變壓器，變壓器鐵心的磁通與兩端電壓與頻率相關，增大電壓或者頻率降低都可能造成變壓器鐵心過勵磁，過勵磁不僅僅造成損耗增加，而且會使鐵心發熱嚴重，破壞絕緣。過勵磁保護動作于信號或者跳閘。

2 變壓器的保護

2.1 變壓器縱差保護

為了滿足繼電保護的可靠性、選擇性、靈敏性、速動性要求，變壓器保護多采用差動保護原理。差動保護的原則是：差動繼電器當正常運行或者區外故障時，流入和流出的電流相等；當區內故障時，差動繼電器的電流之和不為零。作為變壓器的主保護，不僅可以區分變壓器的內外故障，而且可以快速可靠的切除區內各種短路故障。在單相雙繞組變壓器中，高低壓側分別裝設電流互感器，變壓器正常運行或者外部故障時，流過變壓器一次側的電流之和等于零，差動保護不動作；當變壓器內部發生故障時，變壓器內部故障電流很大，流入差動繼電器的差動電流等于短路電流，變壓器的差動保護動作。星三角接線的變壓器，正常運行和區外故障時兩側相電流相差30度，因此，變壓器正常運行或者區外故障時，計算的流入差流繼電器的差流不為零，必須減小不平衡電流對繼電保護的影響。縱聯差動保護的動作電流按躲過最大不平衡電流整定來保證差動保護的選擇性，因此，保護的靈敏性隨最大不平衡電流越小而越好。比率制動特性廣泛應用于零序電流差動保護，勵磁涌流中的零序分量屬于穿越性電流，因此，受勵磁涌流影響小，靈敏度高。

2.2 變壓器的瓦斯保護

瓦斯保護就是主要針對油變壓器內部繞組故障的保護，是非電量保護，分別對應的程度不同，繞組有故障時變壓器油會產生氣體，重瓦斯應用與故障嚴重時產生氣體多，正常投入跳閘位，動作跳閘，輕瓦斯應用于故障較輕時產生氣體少，動作于信號報警。要是干變就是對應的超溫和高溫了。當變壓器內部故障時，由于流油的不穩定可能造成干簧繼電器接點的抖動，此時使斷路器可靠跳閘，接點閉合后應經信號繼電器起動具有電流自保持線圈的出口中間繼電器，動合接點閉合并由其電流自保持線圈保持閉合狀態，于是變壓器兩側斷路器的跳閘線圈接通。即可靠跳開變壓器兩側斷路器。自保持狀態在兩側斷路器動作后解除，此外，為防止變壓器換油或進行試驗時引起重瓦斯保護誤動作跳閘，執行元件必須采用功率較大的繼電器，可利用切換片將跳閘回路切換到信號回路。變壓器瓦斯保護發出信號后，檢查變壓器油箱，對變壓器油箱內進行氣相色譜分析，根據分析結果判斷故障原因。再根據變壓器保護規定制定方案， 避免事故的發生，以保證變壓器的穩定運行。

瓦斯繼電器動作迅速可靠、靈敏系數高、接線簡單方便，能夠很好地反應變壓器油箱內故障，油箱內部故障包括變壓器繞組短路和局部放電等。缺點是不能反映油箱外部故障，必須與與縱差保護相互配合，共同作為變壓器的兩大主保護，安全可靠地切除變壓器油箱內外生的故障。

2.3 變壓器的后備保護

變壓器接地故障短路故障的后備保護包含以下幾種類型：變壓器中性點直接接地運行的接地保護：中性點接地直接運行的變壓器需要裝設零序電流保護作為變壓器接地的后備保護，通過零序電流互感器得到零序電流的大小。在雙繞組變壓器中，配置兩段式零序電流保護，以盡量切除故障后的影響范圍為原則，每段零序電流保護各帶兩段時限，并均采用較短的時限斷開母線聯絡斷路器或分段斷路器，以縮小故障影響范圍。以較長的時限有選擇性的動作與斷開變壓器各側斷路器。零序電流的一、二段分別與下級相鄰元件的接地零序電流一段和零序過電流保護的后備段在靈敏度和動作時間上相配合。對于高中壓側中性點均直接接地的自耦變壓器和三繞組變壓器，為保證保護的選擇性要求，應在高中壓側均裝設兩段式零序電流保護的基礎上分別增設零序功率方向元件，方向指向本側母線；中性點不接地運行的后備保護，當變電站有多臺變壓器并列運行時，為了盡量保持零序網絡的參數分布保持不變，保證零序保護的靈敏度不變、并且限制過大故障電流沖擊變壓器，防止系統中性點丟失，變壓器中性點一部分接地運行，另一部分不接地。對于這種情況應配置兩種接地保護：一種是接地保護用于中性點接地運行的變壓器；另一種是變壓器中性點不接地運行的情況；自耦變壓器零序電流保護，隨著高壓、超高壓電網和大容量機組的發展，對大容量電力變壓器的需求也日益增多，合理地采用自耦變壓器對減少投資、降低損耗、節省能源、提高經濟效益都極為有利。

3 結束語

綜上所述，為了保證電廠的安全高效生產，保障電力系統運行的穩定性和供電的可靠性，變壓器保護必不可少，經過多年的發展，變壓器主保護和后備保護憑借其獨特的優勢得到了廣泛的應用和不斷的完善，但也存在不少急需解決的問題，例如不平衡電流以及勵磁涌流對保護的干擾導致的誤動作。因此，要想完全解決變壓器保護的不足仍任重而道遠。

參考文獻

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作者簡介：燕翔琿（1981-），男，漢族，山西大同，陽城國際發電有限責任公司，工程師，學士學位，研究方向：電氣工程及其自動化。