電力變壓器的繼電保護思路探究

李鵬飛 吳海強

（中海油（中國）有限公司 湛江分公司，廣東 湛江 524057）

1 前言

中海油潿洲作業(yè)公司自組建潿洲電網(wǎng)以來，潿洲終端作為電網(wǎng)的重要組成部分，其不僅通過兩臺6.3/35kV 變壓器將終端的電升壓至35kV 供給海上電網(wǎng)而且承擔(dān)著為北海潿洲島人民群眾電力供應(yīng)的任務(wù)。變壓器的運行好壞，直接影響到潿洲電網(wǎng)的穩(wěn)定運行及潿洲鎮(zhèn)居民正常的生產(chǎn)生活。變壓器在整個體系當(dāng)中扮演著重要的角色，這也就要求我們要不斷去完善電力系統(tǒng)可能存在的風(fēng)險與問題，并采取科學(xué)有效的方式進行管理與保護。因此，我們必須提升電力變壓器的繼電保護功能，避免因電力變壓器故障而導(dǎo)致電力事故發(fā)生，從而實現(xiàn)可靠、穩(wěn)定的電力供應(yīng)。

2 繼電保護概述

在整個電力系統(tǒng)中電力變壓器是關(guān)鍵，而繼電保護又是整個體系中關(guān)鍵的一環(huán)，如果在電力系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)時有突發(fā)狀況發(fā)生或供電故障，這時繼電保護就會在有效范圍內(nèi)以最快的反應(yīng)速度傳遞異常信號，確保第一時間傳遞信息及時處理異常，并且如某些設(shè)備異常繼電保護會視情況進行電力切斷，盡可能的控制異常的擴散，有效的控制異常范圍。如果有故障發(fā)生時，繼電保護裝置會迅速的做出反應(yīng)，并且能夠確保反應(yīng)正確，有選擇性的進行保護。其中，可以用靈敏系數(shù)來體現(xiàn)保護裝置的靈敏度，其數(shù)值的大小將直接體現(xiàn)出故障的解決速度；正確性是對故障的判斷保證在故障發(fā)生時不會產(chǎn)生抗拒；迅速性體現(xiàn)在故障的處理速度，即指在第一時間做出快速反應(yīng)，降低故障的影響范圍；選擇性是在故障發(fā)生時，進行最小范圍的切斷電力的能力，并且保證電力的供應(yīng)；經(jīng)濟性主要是體現(xiàn)在整個系統(tǒng)的前期投入，以及裝置正常的運行以及后期保養(yǎng)維護的成本和裝置發(fā)生極小概率的錯誤反應(yīng)所造成的其他方面的損失[1]。

3 電力變壓器常見的運行故障問題分析

3.1 由于內(nèi)部因素導(dǎo)致的故障

例如設(shè)備的接地狀況異常，或者是在設(shè)備的正常運行過程中出現(xiàn)了繞組被破壞，就會導(dǎo)致繼電保護機器做出相應(yīng)的應(yīng)對與響應(yīng)，輕則會出現(xiàn)變壓器失效，重則會出現(xiàn)電力中斷，這是由于變壓器在正常的運行中會有內(nèi)部故障的概率，以及設(shè)備本性設(shè)計以及組成存在的本身問題，整體來看，電力變壓器的主要內(nèi)部故障原因有兩點：第一是內(nèi)部電場強度發(fā)生變化，如一次或多次電壓波動就會導(dǎo)致繞組斷線或者是絕緣層破壞；第二是熱故障，熱故障的主要產(chǎn)生原因就是變壓器降溫系統(tǒng)異常導(dǎo)致設(shè)備高溫或者是故障引起的局部高溫。

3.2 由于外部因素導(dǎo)致的故障

變壓器故障的外部因素主要就是在設(shè)備的安裝異常或者是異常使用所導(dǎo)致的，例如外力因素導(dǎo)致外殼破壞進而影響絕緣水平，或者是線路的錯接，這些原因都會使繼電保護裝置時刻保持工作狀態(tài)。過高電壓或其他原因就會導(dǎo)致繼電保護裝置的安全事故，并且在設(shè)備正常的運作過程中繼電保護裝置會時刻保護和限制電力變壓器，如果繼電保護失效，導(dǎo)致電力變壓器失去保護，就會有可能使變壓器受到損害。[2]

3.3 繼電保護引起的故障

在電力變壓器正常的運行過程中，繼電保護裝置就會起到安全保護作用，如果是繼電保護裝置出現(xiàn)了異常狀態(tài)，如運行錯誤或錯誤的判斷，這就容易導(dǎo)致電力變壓器在運行時出現(xiàn)故障時處于無保護狀態(tài)、出現(xiàn)故障不能及時反應(yīng)處理，這就會導(dǎo)致電力變壓器損壞，從而造成更大的損失。

4 電力變壓器進行繼電保護的相關(guān)措施

4.1 變壓器的輕瓦斯保護和重瓦斯保護

在電力變壓器的繼電保護機制中瓦斯保護是最優(yōu)的選擇之一，主要分為兩種分別是輕瓦斯保護及重瓦斯保護，瓦斯保護是在變壓器的油箱內(nèi)部異常時將會發(fā)揮的非常明顯，例如，繞組的絕緣材料被破壞或者是自然老化，變壓器的絕緣套發(fā)生內(nèi)部異常，繞組的纏繞線出現(xiàn)皮損、各繞組之間出現(xiàn)短路、變壓器油箱出現(xiàn)液體油量不足、油箱體漏油以及控制開關(guān)出現(xiàn)異常以及其他異常情況，瓦斯的保護作用將會體現(xiàn)的淋漓盡致，并且瓦斯保護的安全性以及迅速性都值得被信任，方便更快的來處理解決問題[3]。如果是油浸式變壓器發(fā)生內(nèi)部故障，在電磁效應(yīng)的作用下將會導(dǎo)致絕緣層在高溫的作用下發(fā)生分解反應(yīng)從而產(chǎn)生大量的氣體，這種氣體將會由油箱向油枕方向蔓延，而這種現(xiàn)象就被稱為瓦斯保護，而這些氣體的流動速度將會直接體現(xiàn)出變壓器故障的嚴(yán)重性，所以在發(fā)生變壓器故障時，氣體的流動速度將會被視為一個重要的參考數(shù)據(jù)。

4.2 變壓器的電流速斷保護

在大多數(shù)情況下，通常是采用切斷變壓器的電源來截斷電流的流動來保護變壓器，而這種保護最大的特點是安裝接線容易并且有著快速的執(zhí)行效率，但這種保護方式往往存在著一定的局限性，只能進行局部區(qū)域的保護不能進行全線路的保護，還存在發(fā)生故障時反應(yīng)速度慢不能夠達到要求的缺陷。所以，對于靈敏度要求高、容量大的變壓器不宜采用此類保護，不可作為變壓器的主保護。

4.3 變壓器的差動保護

變壓器保護多數(shù)都采用差動保護，通過檢測電器元件兩側(cè)的電勢差來判斷故障，如果有故障發(fā)生形成電勢差那么就會迅速反應(yīng)，切斷元器與其他裝置的關(guān)聯(lián)，從而達到保護其他裝置的目的，有效的控制故障范圍，充分的體現(xiàn)出了其具有優(yōu)質(zhì)的保護功能[4]。差動保護裝置主要是對變壓器電流互感器之間的元件，以及涉及到的相關(guān)接線電路，它只會保護既已確定的保護范圍。差動保護因其具備較高的靈敏性以及簡單的安裝方式，作為變壓器的主保護得到廣泛的推廣。

4.4 電力變壓器的過負荷保護

電力變壓器的過載荷保護，大多數(shù)情況下往往只需要在負荷的三相上的任何一相安裝電流繼電器即可達到目的，這是因為變壓器三相電為相互對稱。在雙繞組變壓器中，過負荷保護往往安裝在主電源處。而在單側(cè)電源的三繞組的變壓器中，通過對三個繞組進行檢測容量，將其安裝在容量小的繞組側(cè)即可完成過負荷保護。在雙電源的三側(cè)變壓器中，需要對三繞組都進行過負荷保護的安裝。對于油浸式電力變壓器，在額定的過載荷范圍是被允許運行的，但是如果實際負荷量超過其額定容量的20%～30%，則應(yīng)將過負荷保護信號延時10～15s，進一步確保準(zhǔn)確的信號。

4.5 零序過流保護

在零序過流保護中，如果是故障發(fā)生在電力變壓器的中性點時，那么此保護充當(dāng)備用保護，如果是變壓器在正常的運行過程中出現(xiàn)了對地短路，那么短路就會由發(fā)生短路的點流向接地方向，即零序電源方向。通過把電功率分向其他導(dǎo)向上，通過判斷功率流動方向?qū)^電器的保護有著重大的意義[5]。但又因為此類保護只能體現(xiàn)出單相接地類的故障，如果有同時兩點出現(xiàn)接地故障，那么將不會有零序電流的產(chǎn)生，將不會對故障起到保護作用。

5 日常維護和保養(yǎng)

1.檢查有無異常聲音。若變壓器發(fā)出的音響增大且不均勻，甚至有爆裂聲或冒煙時，是變壓器內(nèi)部發(fā)生故障，應(yīng)立即停止運行。

2.檢查油位計內(nèi)油的顏色是否正常。若發(fā)現(xiàn)油色變黑、顯著變深，應(yīng)停止運行，并更換變壓器油。

3.檢查有無漏油、滲油現(xiàn)象和油位計指示是否正常。

4.檢查高低壓引出線的連接是否牢固。

5.變壓器發(fā)生火災(zāi)時，應(yīng)先把變壓器的各開關(guān)和熔斷器斷開，迅速地把變壓器油放出來并妥善保存，然后把燃燒的殘油撲滅。

6.檢查變壓器的接地是否良好，臺架、避雷器及其他附屬設(shè)備是否安裝牢固。

6 發(fā)展前景

第一，隨著科技的不斷發(fā)展和進步，繼電保護也將與科技相搭配共同發(fā)展。首先，搭配互聯(lián)網(wǎng)共同開啟智能控制時代，主要包括故障信息分析、報警以及數(shù)據(jù)處理，通過內(nèi)網(wǎng)可以達到監(jiān)控繼電保護裝置以及電力變壓器的運轉(zhuǎn)情況。

第二，大數(shù)據(jù)。通過設(shè)備試運行以及在實際的運行當(dāng)中不斷地積累數(shù)據(jù)能夠?qū)Ξ惓?shù)據(jù)的分析，減少錯誤的報警，及時發(fā)現(xiàn)故障點進行快速異常處理。

第三，信息公共性。繼電保護裝置的發(fā)展已成為未來電力系統(tǒng)的重點發(fā)展方向，通過不斷地完善優(yōu)化數(shù)據(jù)，信息共享化能夠更有效的發(fā)揮繼電保護的作用，提升電力輸出的穩(wěn)定性和可靠性[6]。

與傳統(tǒng)的繼電保護裝置控制相比，信息化時代的到來已經(jīng)起到翻天覆地的變化，其信息的準(zhǔn)確性、信息傳遞的效率以及速度都將大大提升，相對于原有技術(shù)將取得質(zhì)的飛躍。

7 結(jié)語

通過以上分析，我們需進一步研究電力變壓器的繼電保護裝置，充分發(fā)揮繼電保護裝置的保護變壓器的作用，并且根據(jù)變壓器種類的不同、故障點不同來選擇合適的繼電保護裝置，這樣才能夠保證電力變壓器的正常運行，即使發(fā)生故障，也能夠提高故障處理效率，降低故障造成的影響和損失，進而提供穩(wěn)定的電力供應(yīng)。