繼電保護技術在變壓器故障解決中的應用淺析

白緒超　池慧勇

摘要：變壓器作為電力系統運行的重要組成設備，在其運行過程中可能受到外部或者內部各種因素的影響而產生故障，損毀變壓器甚至造成大范圍停電、起火等嚴重后果。繼電保護是通過油溫、電壓、電流等相關參數的改變判斷變壓器是否發生故障進而做出保護動作的技術。文章分析了變壓器繼電保護配置、主變保護故障及繼電保護措施。

關鍵詞：繼電保護；變壓器；電力故障；電力系統；電力設備 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM774 文章編號：1009-2374（2016）28-0052-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.28.026

變壓器的可靠、穩定運行關系到整個電力系統的正常運行，繼電保護裝置的作用是及時發現變壓器故障并采取快速的保護動作，避免變壓器損壞，將故障損失最小化。而繼電保護技術在實際應用中可能會出現拒動、誤動的情況，繼而對變壓器造成損害，因此還需要配合輔助方法，及時消除主變保護故障。

1 變壓器設備的繼電保護配置

1.1 過負荷保護和過電流保護

過負荷故障指的是因超定額負荷引起的故障，出現過負荷故障時如果三相對稱仍可繼續運行比較短的一段時間，在這段時間內繼電保護會檢測到故障信號并發出警報，同時做出過負荷保護反應。在裝配過負荷保護時需按變壓器實際型號和負荷狀況選擇安裝方式，對于雙繞組變壓器，降壓式需安裝于高壓側，升壓式需安裝于發電機一側，而三繞組變壓器（直接帶負荷）還需配置負荷檢測以及電流互感裝置。過電流指的是超載流量引起的短路、過載故障。

1.2 瓦斯保護

瓦斯保護是以氣體反應狀態進行的繼電保護，多應用于大中型的油浸式變壓器繼電保護中，包括重瓦斯保護和輕瓦斯保護兩種。前者在二次回路故障或者油面驟然急劇下降狀態自動跳閘保護裝置，后者則在發現故障瞬間發出警報。瓦斯保護具有高靈敏度、低成本的優點，不過該保護裝置只能用于變壓器內部的故障保護反應，不能對外部故障做出保護反應。

1.3 差動保護

差動保護是以基爾霍夫電流定律為工作原理，保護設備若發生短路，則被保護設備中電力出入值會存在電流差，當電流差超出差動保護裝置系統預設的定值時就會啟動保護裝置，做出保護動作。差動保護分為橫差保護和縱差保護兩種形式，前者設計原理為循環電流原理，依照設備電流過差判斷故障，如電流過差為0則無需啟動保護，如出現電流分流等故障則電流過差會增大，超出定值時立刻啟動保護將變壓器與電網系統斷開，從而控制故障的影響范圍；后者主要用于變壓器設備內部的繞組保護反應，包括絕緣保護管套的單相接地、中性點接地和相間短路等故障。

1.4 后備保護

后備保護指的是主保護裝置的備用保護裝置，主保護在電力回路發生故障時會在故障瞬間斷開回路元件，但是當主保護受到其他原因的影響沒有瞬間做出保護，另外一個保護即后備保護就會在接下來較短的時間內斷開故障回路，做出保護反應。

2 主變保護故障及繼電保護措施

2.1 盲區故障的產生

2.1.1 運行過程產生的盲區故障：比如電流互感裝置和低壓側短路器間產生故障，這一過程低壓側母線的電流會增大，電壓降低，此時低壓側保護裝置會在短時間內啟動主變保護斷路器，恢復低壓側母線的電壓。但是故障處這時還未隔離，電流從高壓側母線經由主變輸送至故障點時高壓側電壓不能正常開放，因為高壓側雖然電路較高，但仍無法對抗主變阻抗，因此無法快速有效地將故障點切除，進而導致故障保護盲區。

2.1.2 操作過程產生的盲區故障：變壓器實際運行過程中，是在斷開低壓側斷路裝置的基礎上展開相關檢修與操作的，高壓側的斷路裝置閉合時沖擊主變至其恢復正常，然后再將低壓側的斷路裝置閉合，繼而輸出電流。若是在沖擊主變的過程中，低壓側電流互感裝置、斷路裝置間出現遺漏檢修器具、地刀未拉開等故障，且差動保護未能做出保護，主變阻抗較高由導致高壓側的電壓不能動作開放，即使低壓側電壓處于正常狀態也無法在并聯啟動狀態下打開回路過電流保護，因此不能快速有效地將故障切除，形成故障保護盲區，造成主變的損毀。

2.2 消除盲區故障的繼電保護措施

2.2.1 對中低壓側的后備保護邏輯做出改進：對于雙繞變壓器，其中低壓測后備保護邏輯與，若低測壓中低壓測的斷路裝置斷開，且電流超出定值，則高壓側的斷路裝置會在規定時間內跳開，如圖1所示。而在三繞變壓器中，其中低壓測后備保護邏輯與通過雙繞變壓器大致相似，當中低壓測的斷路裝置斷開且電流超出定值時，低、中、高壓測的斷路裝置均會在規定時間內跳開，如圖2所示。依照上述邏輯可根據中低壓測斷路裝置跳開位置和電流大小判斷出電流互感裝置和中低壓側斷路裝置間的故障，解決故障，防止二次短路造成主變損毀。

2.2.2 對高壓側后備保護邏輯做出改進：對于雙繞變壓器，其高壓測后備保護邏輯是，當低壓側的斷路裝置斷開且高壓側的電流超出定值時，高壓側的斷路裝置會在規定時間內跳開。而對于三繞變壓器，其高壓側的后備保護邏輯是，當低壓側或中壓側的斷路裝置斷開且高壓側的電流超出定值時，低、中、壓側的斷路裝置均在規定的時間內跳開。

2.2.3 實際應用操作中，可能會因運行方式不一樣而導致保護設備誤動，對此還需采取針對性的輔助措施。對于雙繞變壓器，當低壓側的短路開關裝置處于檢修或者冷備狀態，而主變和高壓側的斷路裝置繼續運行時，可在低壓側的斷路裝置處裝置一塊輸入壓板，防止低壓側的斷路裝置方位變動而導致高壓側的繼電保護出現頻繁誤動的情況。對于三繞變壓器，還應充分考慮低、中、高各側斷路裝置的預熱情況，需密切配合保護動作的時限要求，然后采用接線和改進保護邏輯的措施防止出現高壓側因為中、低壓測發生短路而造成過電流啟動。

3 結語

在電力系統的安全穩定運行中，變壓器起著至關重要的作用，但是后者受到環境條件、污垢淤積、絕緣保護損壞、設備老化等外部或內部因素的影響，存在一定的故障風險，而繼電保護可將變壓器故障風險及損失控制在最小的范圍內。對此應深入研究了解變壓器中的繼電保護裝置及其保護技術，充分發揮繼電保護技術的作用，提高變壓器和電力系統運行的安全、穩定和可靠。

參考文獻

[1] 林亦鵬.探析變壓器故障解決中繼電保護技術的應用[J].科技與創新，2014，（13）.

[2] 張珂.電力系統繼電保護技術應用現狀分析[J].中國高新技術企業，2015，（22）.

[3] 張繼軍.繼電保護技術在變壓器故障解決中的應用

[J].自動化應用，2015，（12）.

[4] 龍波，艾昶恩，曹揚.變壓器繼電保護技術及配置方案研究[J].儀器儀表用戶，2015，（5）.

作者簡介：白緒超（1988-），男，內蒙古京能康巴什熱電有限公司助理工程師，研究方向：繼電保護。

（責任編輯：蔣建華）