電力變壓器保護(hù)問(wèn)題淺析
摘 要：介紹電力變壓器故障類型，并對(duì)變壓器覺(jué)的差動(dòng)保護(hù)、非電量保護(hù)和后備保護(hù)展開(kāi)探討，以期提高電力變壓器運(yùn)行可靠性。
關(guān)鍵詞：電力變壓器;保護(hù);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(zhǎng)期的實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中也經(jīng)受著各種考驗(yàn)，一旦保護(hù)不足發(fā)生故障，將影響到整個(gè)電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行，嚴(yán)重時(shí)還可能會(huì)造成大面積停電，給整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)帶來(lái)嚴(yán)重的損失。因此，研究變壓器保護(hù)問(wèn)題對(duì)于提高電力系統(tǒng)供電可靠性具有深遠(yuǎn)的意義。
1 電力變壓器故障類型
電力變壓器故障有內(nèi)部故障與外部故障之分，內(nèi)部故障主要是油箱內(nèi)發(fā)生故障，如各級(jí)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(luò)或破碎引起的接地短路、引線間故障引起內(nèi)部故障等。從性質(zhì)上劃分，電力變壓器內(nèi)部故障包括電故障和熱故障兩類。電故障是在高電場(chǎng)強(qiáng)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(nèi)部局部溫度升高導(dǎo)致性能下降，熱故障通常有輕度過(guò)熱、低溫過(guò)熱、中溫過(guò)熱和高溫過(guò)熱四種情況。從結(jié)構(gòu)上劃分，電力變壓器故障又分為繞組故障、油質(zhì)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(zhì)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(shí)存在熱故障和電故障。影響電力變壓器運(yùn)行的因素很多，如運(yùn)行環(huán)境、運(yùn)行方式、繼電保護(hù)、負(fù)荷影響等。電力變壓器不僅造價(jià)高，而且運(yùn)行責(zé)任重大，嚴(yán)重時(shí)造成重大的經(jīng)濟(jì)損失。
2 幾種常見(jiàn)的變壓器保護(hù)
2.1 差動(dòng)保護(hù)
差動(dòng)保護(hù)是電力變壓器最沉常見(jiàn)保護(hù)之一，應(yīng)用廣泛，其誤動(dòng)與拒動(dòng)需要引起一線工程師的足夠重視。差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)原因主要有幾方面：一是TA二次接線錯(cuò)誤引起保護(hù)誤動(dòng)作，二是保護(hù)定值計(jì)算不當(dāng)導(dǎo)致運(yùn)行保護(hù)誤動(dòng);三是設(shè)備選擇及運(yùn)行管理方面出問(wèn)題導(dǎo)致差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作。
案例1：2012年2月，肇慶某廠一臺(tái)4000kVA三圈整流變壓器由于整定工程師對(duì)TA二次接線了解不足，平衡系數(shù)計(jì)算失誤導(dǎo)致保護(hù)出現(xiàn)誤動(dòng)的情況。
案例2：2013年4月，肇慶某地高壓變電站主變差動(dòng)保護(hù)出現(xiàn)誤動(dòng)作，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)三相互感均有一點(diǎn)接地，導(dǎo)致互感器與地形成回路，從而引發(fā)保護(hù)誤動(dòng)作。
拐點(diǎn)電流、比率制、差動(dòng)電流啟動(dòng)值與速斷值、二次諧波制動(dòng)系數(shù)、平衡系數(shù)等與主變縱差保護(hù)有關(guān)的保護(hù)定值密切相關(guān)，需要根據(jù)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(jìn)行計(jì)算，在相關(guān)參數(shù)正確的情況下計(jì)算保護(hù)定值才能提高保護(hù)動(dòng)作的準(zhǔn)確性。在電力變壓器投運(yùn)前要嚴(yán)格檢查輸入保護(hù)裝置的電流TA回路的極性和相序是否正確，同時(shí)要做一次帶負(fù)荷的測(cè)量來(lái)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(dāng)引起的誤動(dòng)作。
2.2 非電量保護(hù)
非電量保護(hù)是在升壓、降壓和聯(lián)絡(luò)變壓器裝有實(shí)時(shí)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(dòng)作或發(fā)信的保護(hù)。非電量受到外界環(huán)境的影響比較大，誤動(dòng)次數(shù)也一直居高不下，誤動(dòng)作導(dǎo)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(fēng)吹雨打使得接點(diǎn)防護(hù)不到位;二是解決繼電器距離非電量保護(hù)問(wèn)題的二次電纜容易受到電磁場(chǎng)的影響感應(yīng)出干擾信號(hào)引起誤動(dòng)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(dòng)作;四是設(shè)計(jì)不合理或錯(cuò)誤的接線安裝引起誤動(dòng)作等。改進(jìn)非電量保護(hù)應(yīng)當(dāng)從兩個(gè)方面著手，一是在運(yùn)行方面加以改進(jìn)，二是在配置方案方面加以改進(jìn)。
在運(yùn)行方面，做好主變瓦斯斷電器和壓力閥的外接防護(hù)措施，防風(fēng)防水防日曬;采用具有一定動(dòng)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(kāi)，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(hù)以投入信號(hào)為主，僅重瓦斯繼電器投入跳閘;選擇有效的方法進(jìn)行抗干擾等。
在配置方案方面，遵循保證重瓦斯保護(hù)安全可靠的前提下，做如下方案：對(duì)于本體輕瓦斯投信號(hào)即可，不再設(shè)調(diào)壓輕瓦斯保護(hù);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(hào)，無(wú)人值班站才采用跳閘。
2.3 后備保護(hù)
后備保護(hù)指的是電力變壓器高壓側(cè)保護(hù)，是保護(hù)電力變壓器的最后一道屏障，往往同時(shí)還兼有其他側(cè)母線與出線的保護(hù)功能。最常見(jiàn)有零序電流保護(hù)和過(guò)流保護(hù)。電流系統(tǒng)運(yùn)行不對(duì)稱時(shí)，就可能產(chǎn)生零序電流，過(guò)流保護(hù)指變壓器、各側(cè)設(shè)備、母線或者母線上的設(shè)備發(fā)生短路時(shí)引起的過(guò)渡保護(hù)動(dòng)作。
案例3：肇慶某變壓站有三繞組變壓器2臺(tái)，均中性點(diǎn)接地運(yùn)行。故障前2臺(tái)變壓器220 kV、110kV側(cè)都是并列運(yùn)行，10 kV側(cè)解列運(yùn)行。2013年7月#1變壓器10 kV斷路器母線側(cè)刀閘口出現(xiàn)三相短路引起電容器、斷路器發(fā)生保護(hù)動(dòng)作，且10 kV未能及時(shí)切斷電弧，而#2變壓器未發(fā)生保護(hù)動(dòng)作。由于故障一直都存在，短路電弧燒毀斷路器柜，進(jìn)入二次回路和合閘回路引起火災(zāi)起再引發(fā)母線各種故障，最后因全站未動(dòng)作導(dǎo)致#2變壓器長(zhǎng)時(shí)間經(jīng)受短路電流而燒毀。故障由于并列運(yùn)行低電壓定值為70v，致使故障時(shí)低電壓元件未及時(shí)動(dòng)作，高、中壓后備保護(hù)功能喪失保護(hù)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(hù)，首先要合理安排電網(wǎng)運(yùn)行方式，對(duì)于110 kV以及下配電網(wǎng)應(yīng)當(dāng)以輻射狀網(wǎng)絡(luò)方式運(yùn)行，并接入聯(lián)絡(luò)站。實(shí)行開(kāi)環(huán)或線路變壓器組方式運(yùn)行，使得電網(wǎng)結(jié)構(gòu)合理，為安全運(yùn)行提高基礎(chǔ)保障。其次要根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況合理調(diào)整繼電保護(hù)的方案，過(guò)流保護(hù)設(shè)置兩段時(shí)限;最后，應(yīng)當(dāng)配置兩段直流母線，分別對(duì)兩人套保護(hù)進(jìn)行供電。
3 結(jié)論
盡管電力技術(shù)發(fā)展給變壓器安全運(yùn)行提供有力的支持，但經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展對(duì)供電可靠性提出更高的要求。電力系統(tǒng)擴(kuò)容以及大型變壓器的廣泛應(yīng)用給變壓器保護(hù)帶來(lái)更多的挑戰(zhàn)，需要電力工程技術(shù)人員深入一線，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并采取有效的改進(jìn)措施，保證電力系統(tǒng)的安全可靠性。
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