淺談繼電保護技術在變壓器保護中的應用

管延寶

(青島石化檢安公司 山東 青島 266555)

一、繼電保護發展歷史

繼電保護是隨著電力系統的發展而發展起來的。20世紀初隨著電力系統的發展，繼電器開始廣泛應用于電力系統的保護，這時期是繼電保護技術發展的開端。最早的繼電保護裝置是熔斷器。從20世紀50年代到90年代末，在40余年的時間里，繼電保護完成了發展的4個階段，即從電磁式保護裝置到晶體管式繼電保護裝置、到集成電路繼電保護裝置、再到微機繼電保護裝置。

隨著電子技術、計算機技術、通信技術的飛速發展，人工智能技術如人工神經網絡、遺傳算法、進化規模、模糊邏輯等相繼在繼電保護領域的研究應用，繼電保護技術向計算機化、網絡化、一體化、智能化方向發展。

二、繼電保護概述

(一)電力系統存在的問題

電力系統運行中，由于風、雨、雷電的影響，設備的缺陷和絕緣老化、運行維護不當和操作錯誤等原因，致使組成電力系統的電氣元件(發電機、變壓器、母線、輸電線路、電動機等)可能發生各種故障和不正常工作狀態。其中變壓器發生的故障主要是各種類型的短路，包括三相短路、兩相短路、單相接地短路，以及同一相繞組的匝間短路。故障的危害：故障點的電弧可能燒壞變壓器；電力系統部分地區的電壓大幅度下降，影響用戶的正常生產；破壞電力系統并列運行的穩定性，引起系統振蕩，甚至使整個系統瓦解，造成大面積停電。

(二)繼電保護裝置的任務

任何電力系統在設計和運行時，必須考慮到系統中可能發生的故障和不正常狀態，并利用繼電保護裝置予以消除，以保證電力系統正常運行。當被保護的電氣元件發生故障時，保護裝置迅速動作，使斷路器跳閘，將故障的電氣元件從電力系統中切除，使其損壞程度減至最小，并保證無故障部分繼續正常運行。或者被保護的電氣元件出現不正常工作狀態時，保護裝置發出信號，告訴運行人員予以處理。在無人值班的變電所，保護可作用于減負荷或延時跳閘。為了使繼電保護裝置能及時、正確地完成它所擔負的任務，對反應短路故障的繼電保護裝置有以下四個基本要求：選擇性、快速性、靈敏性和可靠性。

三、變壓器保護

(一)差動保護

大型變壓器必須裝設單獨的變壓器差動保護。變壓器差動保護通常為三側電流差動，即高壓側電流引自高壓斷路器處的電流互感器，而中低壓側電流分別引自變壓器中壓側電流互感器和低壓側電流互感器。差動保護范圍為三組電流互感器所限定的區域(即變壓器本體，高壓側引線和中低壓側的引線)，可以反應在這個區域內相間短路，高壓側接地短路以及主變繞組匝間短路故障。因此，變壓器差動保護是最重要的保護之一。變壓器差動保護的基本原理與發電機縱聯差動保護相同，但由于變壓器內部結構、運行方式、電量特征均各有特點，產生了一系列特有技術問題，因此，差動在構成上與發電機縱差保護有較大的區別。例如：需要根據變壓器各側繞組的連接組別的不同來確定多側差動接線方式，又如必須妥善處理大勵磁涌流引起差動保護誤動的問題等。

(二)瓦斯保護

大型變壓器內部發生嚴重漏油或匝數很少的匝間短路故障以及繞組斷線故障時，差動保護及其它反應電量的保護均不能動作，而瓦斯保護卻能動作，因此，瓦斯保護是變壓器內部故障的重要的保護裝置。瓦斯保護有輕、重瓦斯保護之分，裝于油箱與油枕之間的連接導管上。當變壓器嚴重漏油或輕微故障時，在所產生的氣體壓力作用下，引起輕瓦斯保護動作，延時于報警；當變壓器內部發生嚴重故障時，變壓器油和絕緣材料分解產生大量氣體，油箱內氣體經導管沖向油枕，沖動重瓦斯保護動作，瞬間作用于跳閘。輕瓦斯保護動作值采用氣體容積大小表示，整定范圍：250-300cm3。重瓦斯保護動作值采用油流速度大小表示，整定范圍：0.6-1.5cm3。需要說明的是：瓦斯保護雖然簡單、靈敏、經濟，但它動作速度較慢，且僅能反映變壓器油箱內部的故障，因此，瓦斯保護需要與差動保護共同使用。

(三)零序保護

1.中心點直接接地變壓器的零序電流保護

當變壓器的中性點采用直接接地的運行方式時，其接地保護一般采用零序電流保護。保護用電流互感器接于中性點引出線上。零序電流保護的動作電流應大于被保護側母線引出線零序過電流保護的動作電流，即按靈敏性相配合的條件整定。保護的動作時限應比引出線零序過電流保護的最大動作時限大一個時限級差Δt。

2.并列運行變壓器部分中性點接地時的零序保護

在中性點直接接地電網發生接地短路時，零序電流的大小和分布與變壓器中性點接地的數目與位置有關。因此，當變電所中有兩臺及以上變壓器并列運行時，僅將部分變壓器的中性點接地，另一部分變壓器的中性點不接地，以使零序電流的大小和分布少受系統運行方式的影響。正常運行時，系統無零序電流和零序電壓，電流繼電器和電壓繼電器均不動作，保護不動作。系統發生接地故障時，中性點接地線中出現3倍運行電流，電流繼電器動作，起動時間繼電器，瞬間動作觸點接通，中性點不接地變壓器的接地保護裝置獲得操作電源將中性點不接地的變壓器切除。如果故障仍舊存在，時間繼電器整定延時觸點接通，將中性點接地變壓器切除。