簡述變電站變壓器保護

鄭天齊 王永剛 鄔軍軍 高玉寶

摘要：作用于變電站變壓器的繼電保護裝置，從繼電保護的原理，變壓器繼電保護的意義，變壓器的繼電保護的整定計算以及在變電站變壓器中的具體應用入手。期望通過本文的研究能夠提高對繼電保護的基礎認識，對電力系統運行穩定性的提升有所幫助。

關鍵詞：變電站;變壓器;繼電保護

中圖分類號：TP18 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2019）09-0228-02

0 引言

在電力系統中，變壓器處于樞紐地位，是保障電網的穩定性運行和電能質量的重要設備。所以，在電網投運之前，需要為變壓器添加繼電保護裝置，由于變壓器的型號、容量對繼電保護的要求各不相同，需要添加的繼電保護裝置的種類也不相同。為提高電網運行的穩定性、可靠性需要根據繼電保護的整定計算來確定繼電保護設備的型號。

對變壓器的主保護一般選用差動保護，它具有很高的靈敏性。但是差動保護的缺點很明顯，產生勵磁涌流的同時容易引起變壓器了差動保護誤動，通過變壓器故障診斷技術可以及時地發現變壓器的故障類型，并及早排除隱患，防止故障的發生。

1 繼電保護的意義和原理

1.1 繼電保護的原理

電力系統發生故障后，工頻電氣量會較故障前發生很大變化。繼電保護設備通過測量部分對工頻電氣量進行采集，并與設備正常工作時的數據通過邏輯部分進行對比，從而診斷故障的發生和故障類型，如圖1所示。

現在的繼電保護裝置多為微機繼電保護。微機繼電保護在70年代就已經提出，但由于微機和微處理器成本較高的成本較高，所以一直很少應用于繼電保護領域。經過長時間的發展，主要是半導體材料的發展，使微機和微處理器成本顯著降低，而且具有運算速度快的優點，因此現在的繼電保護設施多選擇微機繼電保護，如圖2所示。

1.2 變電站變壓器的故障診斷方法

變壓器故障時，最顯著的特征就是變壓器油溫度上升，由于變壓器油是從石油中提取的烴類混合物，不同組分吸收不同程度的熱量時會發生分子鍵的裂解，從而在不同溫度釋放出不同種類和濃度的氣體。這些組分主要是：CH4、C2H6、C2H4、C2H2，出現局部放電時還會有H2產生，當某些氣體的濃度超標，我們就可以通過其超出正常濃度的比率來推斷變壓器發生了何種故障。經過長時間的積累和統計，IEC制定了一套依據油中溶解氣體的種類和濃度來判斷變壓器運行狀態的規程，即三比值法。

三比值法編碼規則見表1。

1.3 變壓器繼電保護的意義

穩定、可靠的電力供應是建立在電網安全運行的基礎之上，而變壓器是電網的重要組成部分。世界上80%的重大停電事故的誘因就是變壓器故障，造成變壓器的故障的原因有很多，以下三點是造成重大變壓器事故的主要誘因：

（1）監控運行人員的誤操作造成變壓器誤動。

（2）由于氣候、地質等自然因素造成變壓器及其周邊線路的損壞導致變壓器故障。

（3）變壓器保養、維護不科學導致變壓器加速老化、損壞進程進而導致故障的發生。

因此，需要為變壓器添加合適的繼電保護裝置，實時監測變壓器的運行狀態，或在故障發生時快速切除故障設備和線路，減小對電網的沖擊，進而降低損失。

雖然每年我國都有幾十起變壓器故障發生，但很少出現大規模停電的事故，主要是因為重要的輸變電設備均已為其配置了繼電保護裝置，許多故障在發生前就已經著手解決，及時出現事故，繼電保護裝置也會在第一時間切除故障，降低損失。同時，在繼電保護裝置把故障設備隔離后，技術人員也可以快速的進行檢修，大大縮短了排除故障的時間。

2 繼電保護在變電站中的應用現狀

一直以來，繼電保護技術在線路保護上進展較快，已基本可以滿足變電站對線路安全的要求，而主設備保護技術發展較為落后，與線路保護相比有較大差距。近年來， 主設備保護的研究也取得了一定進展。其中，多回路分析法的誕生，為變電站主設備內部故障保護的配置具備了理論基礎。但技術的實現大多體現在發電機繼電保護方向，其他主設備的繼電保護技術并不成熟。

2.1 縱差保護的定值整定計算

2.2 繼電保護在變壓器中的應用

通過設置相應的繼電保護，可以減少變壓器出現故障的頻率，減少故障對電網造成的沖擊，增強供電的安全性和可靠性。應用縱差保護可以有效避免變壓器短路故障的發生，其優點是可以單獨完成故障的診斷和切除，不考慮和其他裝置的配合，因此縱差保護具有快速排除故障的優點，但是由于其對電氣連接要求較高，一般只能應用于短線路，近年來，隨著光纖技術的發展，使得縱差保護甚至可以作為長線路的主保護，消除了縱差保護應用的局限性。

除了縱差保護，還可以瓦斯保護作為變壓器的主保護，這種繼電保護方式的結構非常簡單，易于裝配，且運行可靠性高。由前文所述，變壓器故障時會產生不同種類、濃度的特征氣體，通過對氣體的編碼可以確定變壓器的故障類型和故障發生時間。瓦斯保護就是通過對變壓器匝間和層間短路、鐵芯故障、套管內部故障、繞組內部斷線及絕緣劣化和油面下降等故障造成氣體濃度超過臨界值而發生動作。

同時依據有關規程規定大型油浸式變壓器和處于密閉空間的油浸式變壓器，應裝設瓦斯保護。

瓦斯保護一般分為輕瓦斯和重瓦斯兩類。

輕瓦斯：變壓器內部過熱，或局部放電，使變壓器油油溫上升，產生一定的氣體，匯集于繼電器內，達到了一定量后觸動繼電器，發出信號。

重瓦斯：變壓器內發生嚴重短路后，將對變壓器油產生沖擊，使一定油流沖向繼電器的檔板，動作于跳閘。

瓦斯繼電器的整定：（1）輕瓦斯的整定范圍一般為250-300cm3，一般整定在250cm3。（2）重瓦斯按油流速度進行整定，整定范圍為0.6-1.5m/s，一般整定在1m/s左右，如圖3所示。

3 結語

綜上所述，變電站作為電力系統的樞紐，而變壓器作為變電站的核心，綜上所述，變電站作為電力系統的樞紐，而變壓器作為變電站的核心，為保障它們的穩定運行，必須要配置合適的繼電保護裝置，從而快速地對故障進行診斷，對故障線路進行切除處理，減小故障帶來的經濟損失。繼電保護是維持電力系統安全、穩定運行的重要支持技術，針對變電站主設備的繼電保護還沒有完全跟上變電站發展的腳步，仍需要廣大電力工作者的不懈努力。

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Abstract：This paper starts with the analysis of the role of substation transformer relay protection， discusses the principle of relay protection， the significance of transformer relay protection， the setting calculation of relay protection and the specific application in transformer of substation. It is expected that the research on this paper can improve the basic understanding of relay protection and help to improve the stability of power system operation.

Key words：Substation; transformer; relay protection