探析配電變壓器繼電保護(hù)措施

何　磊（中國電力工程顧問集團(tuán)中南電力設(shè)計(jì)院有限公司，湖北 武漢 430070）

?

探析配電變壓器繼電保護(hù)措施

何磊（中國電力工程顧問集團(tuán)中南電力設(shè)計(jì)院有限公司，湖北 武漢 430070）

隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，城市電網(wǎng)的不斷擴(kuò)容以及居民和工業(yè)用電對配電網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性要求的不斷提高，對配電系統(tǒng)繼電保護(hù)也提出了更高的要求。配電變壓器在機(jī)床電器、照明、醫(yī)療設(shè)備、機(jī)械電子設(shè)備中均有著廣泛的應(yīng)用，是配電網(wǎng)絡(luò)中重要的電氣設(shè)備。由于配電變壓器運(yùn)行環(huán)境相對復(fù)雜，在實(shí)際運(yùn)行過程中，會出現(xiàn)許多設(shè)計(jì)階段無法預(yù)料的問題和故障，特別是當(dāng)配電系統(tǒng)中的大容量變壓器出現(xiàn)故障時，將直接影響配電系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。因此，合理配置配電變壓器繼電保護(hù)，對于確保配電變壓器正常運(yùn)轉(zhuǎn)以及配電網(wǎng)的安全運(yùn)行有著重大的意義。

配電變壓器；繼電保護(hù)；特點(diǎn)

引言

隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，城市電網(wǎng)的不斷擴(kuò)容以及居民和工業(yè)用電對配電網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性要求的不斷提高，對配電系統(tǒng)繼電保護(hù)也提出了更高的要求。配電變壓器在機(jī)床電器、照明、醫(yī)療設(shè)備、機(jī)械電子設(shè)備中均有著廣泛的應(yīng)用，是配電網(wǎng)絡(luò)中重要的電氣設(shè)備。由于配電變壓器運(yùn)行環(huán)境相對復(fù)雜，在實(shí)際運(yùn)行過程中，會出現(xiàn)許多設(shè)計(jì)階段無法預(yù)料的問題和故障，特別是當(dāng)配電系統(tǒng)中的大容量變壓器出現(xiàn)故障時，將直接影響配電系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。因此，合理配置配電變壓器繼電保護(hù)，對于確保配電變壓器正常運(yùn)轉(zhuǎn)以及配電網(wǎng)的安全運(yùn)行有著重大的意義。

1　配電變壓器的常見故障

配電變壓器故障分為兩種：外部故障和內(nèi)部故障。外部故障主要包括：過電流、過負(fù)荷、出線相接短路、出線接地短路等故障。內(nèi)部故障主要包括：繞組間的短路、鐵心的繞組損耗等。如果配電變壓器在出現(xiàn)內(nèi)部或外部故障時，沒有及時發(fā)現(xiàn)并切除故障，輕則使變壓器長時間故障運(yùn)行，加速變壓器絕緣老化，縮短配電變壓器的使用壽命，重則使故障擴(kuò)大化，影響配電系統(tǒng)運(yùn)行安全。特別是當(dāng)配電變壓器在因短路故障而產(chǎn)生的電弧，迫使變壓器油和絕緣材料受熱程度提高，從而在油箱內(nèi)產(chǎn)生大量瓦斯氣體，使變壓器油箱有發(fā)生爆炸的危險(xiǎn)。因此，針對配電變壓器的內(nèi)/外部故障，合理配置變壓器保護(hù)，確保及時發(fā)現(xiàn)故障，快速切除故障，不僅對配電變壓器本身有重要作用，對于整個配電網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定和運(yùn)行人員的人身安全也具有重要意義。

2　微機(jī)型繼電保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)

隨著近二十年電氣系統(tǒng)的快速發(fā)展，繼電保護(hù)已在電氣系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用，各類微機(jī)型繼電保護(hù)的配置方案和設(shè)備選型也都十分成熟。可靠性高和實(shí)用性強(qiáng)成為微機(jī)型繼電保護(hù)的重要特點(diǎn)。另外，微機(jī)型繼電保護(hù)的應(yīng)用也有利于上游的監(jiān)控系統(tǒng)收集并處理設(shè)備信息，在電氣系統(tǒng)自動化要求日益提高的今天，也有著較強(qiáng)的應(yīng)用意義。

2.1擁有高的可靠性

目前，各類微機(jī)型繼電保護(hù)在運(yùn)行和安裝時一般都有較合理的配置或成熟的方案供參考，加上產(chǎn)品質(zhì)量可靠、技術(shù)性能優(yōu)良的繼電保護(hù)裝置越來越多，以及精細(xì)化的運(yùn)行管理和維護(hù)，目前微機(jī)型繼電保護(hù)均能提供極高的可靠性。高可靠性帶來的必然是高穩(wěn)定性。在繼電保護(hù)系統(tǒng)中，由于保護(hù)元件的可靠性高，整體保護(hù)方案成熟，即便系統(tǒng)中個別保護(hù)點(diǎn)（故障點(diǎn)）出現(xiàn)故障，也會被整個保護(hù)系統(tǒng)校正，不會影響系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行。另外，信息管理技術(shù)也已深入應(yīng)用到繼電保護(hù)的方法庫和數(shù)據(jù)庫的管理和配置中去，保護(hù)系統(tǒng)的升級和維護(hù)也更加迅捷。在保護(hù)信息的采集和處理上，也由過去的分散式的傳輸轉(zhuǎn)變?yōu)榧惺降倪\(yùn)輸，將保護(hù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫和規(guī)則庫集中在網(wǎng)絡(luò)中心。這么做的最大優(yōu)點(diǎn)就是：當(dāng)系統(tǒng)中的某個點(diǎn)發(fā)生故障時，不會相互影響。當(dāng)其中某處故障時，也不會對系統(tǒng)的整體帶來影響。

2.2良好的實(shí)用性

微機(jī)型繼電保護(hù)不僅實(shí)現(xiàn)基本的保護(hù)功能，還可以統(tǒng)計(jì)保護(hù)數(shù)據(jù)、幫助系統(tǒng)分析。有了數(shù)據(jù)的收集和處理功能，系統(tǒng)運(yùn)行人員就可以利用繼電保護(hù)對電氣二次的各類數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)有效的使用和共享，進(jìn)而對于許多實(shí)際問題提供了詳實(shí)的分析數(shù)據(jù)并選擇可靠的處理方案。在保護(hù)系統(tǒng)穩(wěn)定的同時，對系統(tǒng)運(yùn)行人員的工作提供了極大的便利。

2.3微機(jī)型繼電保護(hù)的遠(yuǎn)程監(jiān)控

在現(xiàn)階段微機(jī)型繼電保護(hù)裝置中，均能提供遠(yuǎn)程監(jiān)控的功能，即：微機(jī)型保護(hù)裝置能提供串行通信功能，他可以和較遠(yuǎn)處變電站的微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)通過RS485、以太網(wǎng)或現(xiàn)場總線等通信方式進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)對微機(jī)保護(hù)裝置的遠(yuǎn)程監(jiān)控功能。微機(jī)型保護(hù)裝置的應(yīng)用為配電系統(tǒng)自動化水平的提高提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

3　配電變壓器保護(hù)措施

配電變壓器的保護(hù)措施主要包括：差動保護(hù)、瓦斯保護(hù)、過電流保護(hù)、變壓器的過負(fù)荷保護(hù)。這些保護(hù)措施在實(shí)際運(yùn)行中起到了極其重要的作用。

3.1變壓器差動保護(hù)

在變壓器高壓側(cè)和低壓側(cè)所裝的電流互感器之間便是差動保護(hù)的保護(hù)區(qū)域。差動保護(hù)的原理就是：通過比較變壓器高壓側(cè)和低壓側(cè)電流的大小以及他的相位來實(shí)現(xiàn)保護(hù)的。差動保護(hù)的目的就是對變壓器的絕緣套管的相間短路故障和變壓器內(nèi)部的引出線進(jìn)行保護(hù)，與此同時還可以對變壓器內(nèi)的匝間進(jìn)行一個保護(hù)。差動保護(hù)有兩種形式：①縱聯(lián)差動；②橫聯(lián)差動。縱聯(lián)差動保護(hù)運(yùn)用在對單回路的保護(hù)之中，橫聯(lián)差動就運(yùn)用于雙回路的保護(hù)之中。當(dāng)變壓器的內(nèi)部發(fā)生故障即保護(hù)區(qū)內(nèi)發(fā)生故障時，通過比較電流的大小和相位會發(fā)現(xiàn)：變壓器高、低壓側(cè)出現(xiàn)較大的差流并大于差動保護(hù)的動作值，保護(hù)裝置瞬時出口，動作于跳開變壓器各側(cè)斷路器以達(dá)到快速切除故障的目的。當(dāng)故障發(fā)生在變壓器差動保護(hù)區(qū)外時，雖然故障電流依然會較大，但變壓器高、低壓側(cè)出現(xiàn)的差流小于差動保護(hù)動作值，保護(hù)裝置不動作。因?yàn)椋顒颖Ｗo(hù)不僅能夠有效的區(qū)分區(qū)內(nèi)區(qū)外故障，而且能夠快速的將區(qū)內(nèi)各種故障給排除，這也使得差動保護(hù)成為了變壓器的主保護(hù)。

3.2變壓器瓦斯保護(hù)

瓦斯保護(hù)是對油浸式變壓器內(nèi)部故障進(jìn)行保護(hù)的一種裝置，他又被稱為氣體繼電保護(hù)。瓦斯保護(hù)就是把變壓器油箱內(nèi)部的故障反應(yīng)出來和油面降低情況很好的反映。瓦斯保護(hù)就是變壓器最主要的非電量保護(hù)措施之一。當(dāng)變壓器處于正常運(yùn)作狀態(tài)時，在實(shí)際中瓦斯繼電器他的油杯不可能是裝滿油的，而且他的上觸點(diǎn)和下觸點(diǎn)都是分開的，這是因?yàn)橛捅谄胶忮N起到的作用。這也就導(dǎo)致了，輕瓦斯和重瓦斯成為了氣體繼電器的兩個輸出觸點(diǎn)。輕瓦斯動作就是：當(dāng)變壓器出現(xiàn)輕微故障時，迫使油面降低，導(dǎo)致平衡錘的力矩比上油杯內(nèi)剩余的油的力矩小。從而使得其落下，目的就是為了接通上觸點(diǎn)和下觸點(diǎn)，這樣就可以發(fā)出報(bào)警的信號了。重瓦斯動作就是：每當(dāng)變壓器發(fā)生了嚴(yán)重的故障時，就會導(dǎo)致大量的氣體產(chǎn)生，這些多余的氣體就會推動油，迅速的涌到變壓器的油箱并快速地穿過聯(lián)通管，從而多余的油就會進(jìn)入到油枕。當(dāng)瓦斯繼電器有油流過時，使得擋板受到力的沖擊，把下油杯降低，這么做的目的就是為了把下觸點(diǎn)接通，讓其跳閘。一旦變壓器發(fā)生了漏油，這也會讓繼電器內(nèi)的油都流失。這將導(dǎo)致，繼電器的上油杯落下，促使上觸點(diǎn)被接通，達(dá)到發(fā)出報(bào)警信號的目的。當(dāng)油面不斷的連續(xù)降低，那么就會使得下油杯下落，把下觸點(diǎn)接通，這樣做是為了能夠讓繼電器跳閘。

3.3變壓器過電流保護(hù)

變壓器過流保護(hù)是安裝在變壓器上的二次電路。如三相變壓器的過流保護(hù)：當(dāng)變壓器任意一側(cè)的母線發(fā)生短路故障時，過流保護(hù)動作。因?yàn)槿齻?cè)都裝有過流保護(hù)，能使其有選擇地切除故障。而無需將變壓器停運(yùn)。各側(cè)的過流保護(hù)可以作為本側(cè)母線、線路的后備保護(hù)，主電源側(cè)的過流保護(hù)可以作為其他兩側(cè)和變壓器的后備保護(hù)。

3.4變壓器過負(fù)荷保護(hù)

變壓器的過負(fù)荷保護(hù)就是，當(dāng)變壓器在正常運(yùn)行時，所出現(xiàn)的過負(fù)荷情況可由其進(jìn)行反應(yīng)。過負(fù)荷裝置通常動作于信號，因?yàn)槠渲挥性谧儔浩饔羞^負(fù)荷的可能性的情況下才會安裝。一般來說，對于變壓器的過負(fù)荷來說通常都是三相對稱的，另外過負(fù)荷保護(hù)裝置要安裝在主電源側(cè)。所以，我們只需要在一相上安裝一個電流繼電器，而且通過在信號上給予一定時間的延時動作來進(jìn)行過負(fù)荷保護(hù)。

4　結(jié)束語

我們知道，配電變壓器是配電系統(tǒng)中輸配電環(huán)節(jié)中不可缺少的重要設(shè)備。但是，在實(shí)際中配電系統(tǒng)在運(yùn)行時就會受到多種因素的影響，導(dǎo)致電器設(shè)備出現(xiàn)一些故障。所以，我們要合理的科學(xué)的使用繼電保護(hù)裝置。其目的就是為了保障配電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定的運(yùn)作。

［1］王維儉.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)基本原理.北京：清華大學(xué)出版社，1991 （4）：121～130.

［2］劉 誼.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理與運(yùn)行.北京：電力工業(yè)出版社，210.

［3］尹項(xiàng)根，曾克娥，編.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理與應(yīng)用（上冊）.武漢：華中科技大學(xué)出版社，2011（03）：85～88.

何 磊（1980-），男，主要從事發(fā)電廠電氣二次設(shè)計(jì)工作。

TM774

A

2095-2066（2016）09-0050-02

2016-3-11