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電力變壓器保護問題淺析
摘 要：介紹電力變壓器故障類型，并對變壓器覺的差動保護、非電量保護和后備保護展開探討，以期提高電力變壓器運行可靠性。
關鍵詞：電力變壓器;保護;可靠性
Abstract: power transformer fault type, and differential protection, non-power protection and backup protection of transformers feel started to explore in order to improve the operational reliability of power transformers.
Keywords: power transformer; protection; reliability
電力變壓器在長期的實際運行過程中也經受著各種考驗，一旦保護不足發(fā)生故障，將影響到整個電力系統(tǒng)的安全運行，嚴重時還可能會造成大面積停電，給整個國民經濟帶來嚴重的損失。因此，研究變壓器保護問題對于提高電力系統(tǒng)供電可靠性具有深遠的意義。
1 電力變壓器故障類型
電力變壓器故障有內部故障與外部故障之分，內部故障主要是油箱內發(fā)生故障，如各級之間相間短路、繞組線匝之間的匝間短路以及外殼接地故障等。外部故障是絕緣套管和引線上發(fā)生的故障，如絕緣套管因閃絡或破碎引起的接地短路、引線間故障引起內部故障等。從性質上劃分，電力變壓器內部故障包括電故障和熱故障兩類。電故障是在高電場強度作用下致使絕緣性能下降或者劣化引起的故障;熱故障是由于內部局部溫度升高導致性能下降，熱故障通常有輕度過熱、低溫過熱、中溫過熱和高溫過熱四種情況。從結構上劃分，電力變壓器故障又分為繞組故障、油質故障、鐵心故障和附件故障等。從回路上劃分，又分為油路故障、油質故障和電路故障等。這些故障，有可能是反映電故障、熱故障也可能同時存在熱故障和電故障。影響電力變壓器運行的因素很多，如運行環(huán)境、運行方式、繼電保護、負荷影響等。電力變壓器不僅造價高，而且運行責任重大，嚴重時造成重大的經濟損失。
2 幾種常見的變壓器保護
2.1 差動保護
差動保護是電力變壓器最沉常見保護之一，應用廣泛，其誤動與拒動需要引起一線工程師的足夠重視。差動保護誤動原因主要有幾方面：一是TA二次接線錯誤引起保護誤動作，二是保護定值計算不當導致運行保護誤動;三是設備選擇及運行管理方面出問題導致差動保護誤動作。
案例1：2012年2月，肇慶某廠一臺4000kVA三圈整流變壓器由于整定工程師對TA二次接線了解不足，平衡系數計算失誤導致保護出現誤動的情況。
案例2：2013年4月，肇慶某地高壓變電站主變差動保護出現誤動作，經現場檢測，發(fā)現三相互感均有一點接地，導致互感器與地形成回路，從而引發(fā)保護誤動作。
拐點電流、比率制、差動電流啟動值與速斷值、二次諧波制動系數、平衡系數等與主變縱差保護有關的保護定值密切相關，需要根據主變的額定容量、電流互感器二次接線方式以及繞組接法進行計算，在相關參數正確的情況下計算保護定值才能提高保護動作的準確性。在電力變壓器投運前要嚴格檢查輸入保護裝置的電流TA回路的極性和相序是否正確，同時要做一次帶負荷的測量來判斷送去電流回路的接線是否正確，減少案例2中因接地不當引起的誤動作。
2.2 非電量保護
非電量保護是在升壓、降壓和聯(lián)絡變壓器裝有實時反映變壓器中的油面升降、溫度、油箱壓力、冷卻系統(tǒng)工作情況、繞組溫度高低情況的故障動作或發(fā)信的保護。非電量受到外界環(huán)境的影響比較大，誤動次數也一直居高不下，誤動作導致除冷卻器外的其他器件全部直接跳閘。具體原因分析有：一是年久生銹破裂、水淋日曬風吹雨打使得接點防護不到位;二是解決繼電器距離非電量保護問題的二次電纜容易受到電磁場的影響感應出干擾信號引起誤動作;三是非電量采用光耦輸入的抗干擾能力比較差，容易引起誤動作;四是設計不合理或錯誤的接線安裝引起誤動作等。改進非電量保護應當從兩個方面著手，一是在運行方面加以改進，二是在配置方案方面加以改進。
在運行方面，做好主變瓦斯斷電器和壓力閥的外接防護措施，防風防水防日曬;采用具有一定動作功率的中介繼電器替代光耦輸入;采用屏蔽二次電纜，交流與直流線路分開，減少電磁干擾;在一、二次管理上劃清分界線，各司其職;變壓器非電流保護以投入信號為主，僅重瓦斯繼電器投入跳閘;選擇有效的方法進行抗干擾等。
在配置方案方面，遵循保證重瓦斯保護安全可靠的前提下，做如下方案：對于本體輕瓦斯投信號即可，不再設調壓輕瓦斯保護;繞組溫高、油溫高、油位異常只用于發(fā)信息即可;普通變電站冷卻器全停發(fā)信號，無人值班站才采用跳閘。
2.3 后備保護
后備保護指的是電力變壓器高壓側保護，是保護電力變壓器的最后一道屏障，往往同時還兼有其他側母線與出線的保護功能。最常見有零序電流保護和過流保護。電流系統(tǒng)運行不對稱時，就可能產生零序電流，過流保護指變壓器、各側設備、母線或者母線上的設備發(fā)生短路時引起的過渡保護動作。
案例3：肇慶某變壓站有三繞組變壓器2臺，均中性點接地運行。故障前2臺變壓器220 kV、110kV側都是并列運行，10 kV側解列運行。2013年7月#1變壓器10 kV斷路器母線側刀閘口出現三相短路引起電容器、斷路器發(fā)生保護動作，且10 kV未能及時切斷電弧，而#2變壓器未發(fā)生保護動作。由于故障一直都存在，短路電弧燒毀斷路器柜，進入二次回路和合閘回路引起火災起再引發(fā)母線各種故障，最后因全站未動作導致#2變壓器長時間經受短路電流而燒毀。故障由于并列運行低電壓定值為70v，致使故障時低電壓元件未及時動作，高、中壓后備保護功能喪失保護作用，最終造成重大事故的發(fā)生。
為避免重大事故再次發(fā)生，工程師要重視后備保護，首先要合理安排電網運行方式，對于110 kV以及下配電網應當以輻射狀網絡方式運行，并接入聯(lián)絡站。實行開環(huán)或線路變壓器組方式運行，使得電網結構合理，為安全運行提高基礎保障。其次要根據實際運行情況合理調整繼電保護的方案，過流保護設置兩段時限;最后，應當配置兩段直流母線，分別對兩人套保護進行供電。
3 結論
盡管電力技術發(fā)展給變壓器安全運行提供有力的支持，但經濟社會發(fā)展對供電可靠性提出更高的要求。電力系統(tǒng)擴容以及大型變壓器的廣泛應用給變壓器保護帶來更多的挑戰(zhàn)，需要電力工程技術人員深入一線，及時發(fā)現問題并采取有效的改進措施，保證電力系統(tǒng)的安全可靠性。
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