試論電力系統(tǒng)變壓器常見故障與繼電保護(hù)的配置方案

1、試論電力系統(tǒng)變壓器常見故障與繼電保護(hù)的配置方案 摘要：文章就電力系統(tǒng)變壓器的常見故障與繼電保護(hù)的配置進(jìn)行了論述，以供同仁參考。 關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；變壓器；常見故障；繼電保護(hù)；配置方案 中圖分類號：tm411文獻(xiàn)標(biāo)識碼： a 文章編號： 一、引言 隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，電網(wǎng)建設(shè)規(guī)模也不斷擴(kuò)大，網(wǎng)絡(luò)密集程度逐步提高。電力變壓器作為電力系統(tǒng)重要的電氣設(shè)備，其硬件設(shè)施的配置、管理對于電網(wǎng)的安全運(yùn)行非常重要。變壓器在運(yùn)行過程中會受到多種因素的影響，會產(chǎn)生一定的故障，為防止事故擴(kuò)大，確保電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，必須科學(xué)合理地設(shè)置繼電保護(hù)裝置，安裝質(zhì)量技術(shù)優(yōu)良的繼電保護(hù)裝置就尤為重要。文章就電力系統(tǒng)變壓器

2、的常見故障與繼電保護(hù)的配置進(jìn)行了論述，以供同仁參考。 二、電力系統(tǒng)變壓器的常見故障 變壓器故障可以分油箱內(nèi)部和油箱外部故障兩種。油箱內(nèi)部的故障包括繞組的相間短路、接地短路、匝間短路以及鐵芯的繞損等，對變壓器來講，這些故障都是十分危險(xiǎn)的，因?yàn)橛拖鋬?nèi)故障時(shí)產(chǎn)生的電弧，將引起絕緣物質(zhì)的劇烈氣化，從而可能引起爆炸，因此，這些故障應(yīng)該盡快加以切除。油箱外的故障,主要是絕緣套管和引出線上發(fā)生相間短路和接地短路。同時(shí)，由于變壓器外部相間短路引起的過電流和外部接地短路引起的過電流和中性點(diǎn)過電壓；由于負(fù)荷超過額定容量引起的過負(fù)荷以及由于漏油等原因引起的油面降低。此外，對大容量變壓器，由于其額定工作時(shí)的磁通密度接

3、近于鐵芯的飽和磁通密度，因此，在過電壓或低頻率等異常運(yùn)行方式下,還會發(fā)生變壓器的過勵(lì)磁故障。針對電力變壓器的上述故障類型及不正常運(yùn)行狀態(tài)，應(yīng)對變壓器裝設(shè)相應(yīng)的繼電保護(hù)裝置。 三、電力系統(tǒng)變壓器繼電保護(hù)的配置方案 電力變壓器裝設(shè)相應(yīng)的繼電保護(hù)裝置的任務(wù)就是反應(yīng)針對變壓器故障或異常運(yùn)行狀態(tài)，通過斷路器切除故障變壓器，或發(fā)出信號告知運(yùn)行人員采取措施消除異常運(yùn)行狀態(tài)。同時(shí)，變壓器保護(hù)還應(yīng)能作相鄰電氣元件的后備保護(hù)，根據(jù)dl400-9l繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程)的規(guī)定，電力變壓器應(yīng)裝設(shè)如下保護(hù)： （1）瓦斯保護(hù)。瓦斯保護(hù)是反應(yīng)變壓器內(nèi)部氣體的數(shù)量和流動(dòng)的速度而動(dòng)作的 保護(hù)，保護(hù)變壓器油箱內(nèi)各種短路

4、故障，特別是繞組的相間短路和匝間短路。當(dāng)油箱內(nèi)故障產(chǎn)生輕微瓦斯或油面下降時(shí)，應(yīng)瞬時(shí)動(dòng)作于信號；當(dāng)油箱內(nèi)故障嚴(yán)重時(shí)，產(chǎn)生的氣體量非常大，氣體流和油流相互夾雜著沖向油枕上部，由于壓強(qiáng)的作用，繼電器內(nèi)部的油面降低，瓦斯保護(hù)啟動(dòng)，瞬時(shí)斷開變壓器各側(cè)的斷路器。繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程規(guī)定，0.4mva 及以上車間內(nèi)油浸式變壓器和0.8mva 及以上油浸式變壓器，均應(yīng)裝設(shè)瓦斯保護(hù)。瓦斯保護(hù)具有可靠、靈敏和速動(dòng)性，但只能反應(yīng)油箱內(nèi)部的故障，不能反應(yīng)引出線的故障。有時(shí)還會受到一些外界因素的影響，所以還需要設(shè)置其他后備保護(hù)。 （2）縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)或電流速斷保護(hù)。為反應(yīng)電力變壓器引出線、套管及內(nèi)部短路故障，對

5、于6.3mva以下廠用工作變壓器和并列運(yùn)行的變壓器，以及l(fā)omva以下廠用備用變壓器和單獨(dú)運(yùn)行的變壓器，當(dāng)后備保護(hù)時(shí)限大于0.5s時(shí)，應(yīng)裝設(shè) 電流速斷保護(hù)。對于6.3mva及以上并列運(yùn)行的變壓器或10mva及以上單獨(dú)運(yùn)行的變壓器，以及2mva及以上用電流速斷保護(hù)靈敏性不滿足要求的變壓器，應(yīng)裝設(shè)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)(以下簡稱差動(dòng)保護(hù))。對高壓側(cè)電壓為330kv及以上的變壓器，可裝設(shè)雙重差動(dòng)保護(hù)。對于發(fā)電機(jī)變壓器組，當(dāng)發(fā)電機(jī)與變壓器之間有斷路器時(shí),發(fā)電機(jī)裝設(shè)單獨(dú)的差動(dòng)保護(hù)。當(dāng)發(fā)電機(jī)與變壓器之間沒有斷路器時(shí)。100mva及以下發(fā)電機(jī)與變壓器組共用差動(dòng)保護(hù)；100mva以上發(fā)電機(jī)，除發(fā)電機(jī)變壓器組共用差動(dòng)保護(hù)

6、外，發(fā)電機(jī)還應(yīng)單獨(dú)裝設(shè)差動(dòng)保護(hù)；對200-300mva的發(fā)電機(jī)變壓器組亦可在變壓器上增設(shè)單獨(dú)的差動(dòng)保護(hù)，即采用雙重快速保護(hù)。 （3）過電流保護(hù)。電網(wǎng)中發(fā)生相間短路故障時(shí)，電流會突然增大，電壓突然下降，過流保護(hù)就是按線路選擇性的要求，整定電流繼電器的動(dòng)作電流的。過電流保護(hù)可作為瓦斯保護(hù)和差動(dòng)保護(hù)或電流速斷保護(hù)的后備保護(hù)，反應(yīng)變壓器外部相間短路。一般過電流保護(hù)宜用于降壓變壓器；復(fù)合電壓起動(dòng)的過電流保護(hù)，宜用于升壓變壓器、系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)變壓器和過電流保護(hù)不滿足靈敏性要求的降壓變壓器；負(fù)序電流和單相式低電壓起動(dòng)過電流保護(hù)，可用于63mva 及以上升壓變壓器；對于升壓變壓器、系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)變壓器，當(dāng)采用過電流保護(hù)不

7、能滿足靈敏性和選擇性要求時(shí)，可采用阻抗保護(hù)。 （4）過勵(lì)磁保護(hù)。目前的大型變壓器設(shè)計(jì)中，為了節(jié)省材料，降低造價(jià)，減少運(yùn)輸重量，鐵心的額定工作磁通密度都設(shè)計(jì)得較高，接近飽和磁密，因此在過 電壓情況下，很容易產(chǎn)生過勵(lì)磁。在過勵(lì)磁時(shí)，由于鐵心飽和，勵(lì)磁阻抗下降，勵(lì)磁電流增加的很快，當(dāng)工作磁密達(dá)到正常磁密的1.31.4倍時(shí)，勵(lì)磁電流可達(dá)到額定電流水平。其次由于勵(lì)磁電流是非正弦波，含有許多高次諧波分量，而鐵心和其他金屬構(gòu)件的渦流損耗與頻率的平方成正比，可引起鐵心、金屬構(gòu)件、絕緣材料的嚴(yán)重過熱，若過勵(lì)磁倍數(shù)較高，持續(xù)時(shí)間過長，可能使變壓器損壞。因此，高壓側(cè)為500kv 的變壓器宜裝設(shè)過勵(lì)磁保護(hù)。裝設(shè)變壓器

8、過勵(lì)磁保護(hù)的目的是為了檢測變壓器的過勵(lì)磁情況，及時(shí)發(fā)出信號或動(dòng)作于跳閘， 使變壓器的過勵(lì)磁不超過允許的限度，防止變壓器因過勵(lì)磁而損壞。 （5）壓力保護(hù)。壓力保護(hù)也是變壓器油箱內(nèi)部故障的主保護(hù)，當(dāng)變壓器內(nèi)部故障時(shí)，溫度升高，油膨脹壓力增高，彈簧帶動(dòng)繼電器觸點(diǎn)，使觸點(diǎn)閉合，作用于切除變壓器。 （6）溫度及油位保護(hù)。溫度保護(hù)包括油溫和繞組溫度保護(hù)，當(dāng)變壓器溫度升高到預(yù)先設(shè)定的溫度時(shí)， 溫度保護(hù)發(fā)生告警信號， 并投入啟動(dòng)變壓器的備用冷卻 器。油位保護(hù)反應(yīng)油箱內(nèi)油位異常的保護(hù)。運(yùn)行時(shí)，因變壓器漏油或其他原因使油位降低時(shí)動(dòng)作，發(fā)出告警信號。 （7）冷控失電保護(hù)。為提高傳輸能力，對于大型變壓器均配置有各種的

9、冷卻系統(tǒng)，如風(fēng)冷、強(qiáng)迫油循環(huán)。在運(yùn)行中，若冷控失電，變壓器的溫度將迅速升高。 若不及時(shí)處理，可能導(dǎo)致變壓器繞組絕緣損壞。 （8）變壓器的后備過流保護(hù)。變壓器后備保護(hù)作為變壓器自身的近后備和各側(cè)母線、線路的遠(yuǎn)后備，地位也十分重要。雙繞組變壓器，后備保護(hù)應(yīng)裝在主電源側(cè)。根據(jù)主接線情況。保護(hù)可帶一段或兩段時(shí)限，以較短的時(shí)限縮小故障影響范圍，跳母聯(lián)或分段斷路器；較長的時(shí)限斷開變壓器各側(cè)的斷路器。三繞組變壓器和自耦變壓器，后備保護(hù)要分別裝在主電源側(cè)和主負(fù)荷側(cè)。主電源側(cè)的保護(hù)帶兩段時(shí)限，以較短的時(shí)限斷開未裝保護(hù)側(cè)的斷路器，主負(fù)荷側(cè)的保護(hù)動(dòng)作于本側(cè)斷路器。當(dāng)上述方式不符合靈敏性要求時(shí)，可在各側(cè)裝設(shè)后備保護(hù)，各側(cè)保護(hù)應(yīng)根據(jù)選擇性的要求考慮加裝方向元件。 四、結(jié)束語 總之，電力變壓器是電力系統(tǒng)中輸配電的主要設(shè)備，如果發(fā)生故障將會給電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行及供電可靠性帶來嚴(yán)重的影響。因此，在電力系統(tǒng)中，為確保供電系統(tǒng)的安全正常運(yùn)行，避免事