对电力系统变压器保护配置的探讨

对电力系统变压器保护配置的探讨【摘要】电力变压器能否安全运行，直接关系到电力系统能否连续稳定地工作。由于电力变压器的重要性及其本身的贵重价值，一旦发生故障而遭到破坏，影响范围大，破坏系统的正常运行，将造成严重后果。因此对变压器进行保护配置的设置显得尤为重要，本文作者就围绕着电力系统变压器保护配置问题，首先分析了电力变压器可能发生的故障及保护的基本要求，在此基础上介绍了变压器保护配置使用问题，最后简单介绍了配电变压器的防雷保护等。【关键词】电力系统；变压器；保护配置中图分类号：F407.61文献标识码：A文章编号：引言电力变压器是发电厂和变电所的重要元件之一，主要参数有额定容量、额定电压、额定变比、额定频率、阻抗电压百分数等，变压器一旦发生故障将直接威胁电网系统的安全运行。变压器内部故障有绕组绝缘老化引起的相间短路、接地短路、匝问短路，运行温度过高引起的铁芯烧损，漏油引起的油面降低等；外部故障有因套管和引出线上发生相间短路和接地短路引起的过电流、中性点过电压，超变压器额定容量引起的过负荷，过压或低频运行引起的过励磁等。为了保证变压器的安全运行，就必须依据其参数配置相应的保护装置。1电力变压器可能发生的故障分析变压器的内部故障可以分为油箱内故障和油箱外故障两种情况。油箱内的故障包括绕组的相间短路、接地短路、匝间短路以及铁心的烧损等，对变压器来讲，这些故障都是十分危险的，因为油箱内故障时产生的电弧，将引起绝缘物质的剧烈气化，从而可能引起爆炸，因此，这些故障应该尽快加以切除。油箱外的故障，主要是套管和引出线上发生相间短路和接地短路。上述接地短路均系对中性点直接接地电力网的一侧而言。变压器的不正常运行状态主要有：由于变压器外部相间短路引起的过电流和外部接地短路引起的过电流和中性点过电压；由于负荷超过额定容量引起的过负荷以及由于漏油等原因而引起的油面降低。此外，对大容量变压器，由于其额定工作时的磁通密度相当接近于铁心的饱和磁通密度，因此在过电压或低频率等异常运行方式下，还会发生变压器的过励磁故障。2对变压器保护的基本要求对变压器保护的基本要求有三方面：(1)在变压器发生故障时应将它与所有的电源断开。(2)在母线或其它与变压器相连的元件发生故障，而故障元件由于某种原因(保护拒动或断路器失灵等)其本身断路器未能断开情况下，应使变压器与故障部分分开。(3)当变压器过负荷、油面降低、油温过高时，应发出报警信号。对于变压器本身和各侧引线、套管的故障，为了限制故障扩大，通常采用电流速断、差动及重瓦斯保护，快速将变压器的电源切断。对于与变压器连接的母线或接于此母线的引出线路故障，而其相应保护不能切除故障时，应通过较短时限的过电流保护，将与故障有联系的变压器的断路器断开，以停止故障电流流过变压器。过负荷引起的过电流，一般是短时的(如电动机自起动、电气火车和起重机引起的过负荷冲击等)，对于较长时问的过负荷(如断开并联运行的变压器)，运行人员有充足的时间处理(可切除不重要的用户或过负荷的变压器)，因此不必装设断开变压器的保护，而仪装设过负荷信号，提请运行人员采取相应措施即可。对于变压器内部产生的轻微瓦斯和油面降低，应利用瓦斯继电器轻瓦斯动作触点给出信号：而对于变压器本体温度过高，应利用温度继电器触点给出报警信号。3变压器保护配置使用分析3.1瓦斯保护瓦斯保护也是变压器的主保护。其工作原理为：当变压器油箱内部发生故障时，故障点电流和电弧的作用使变压器油因局部受热而分解产生气体，并从油箱流向油枕的上部，使瓦斯继电器动作。轻瓦斯保护动作时发信号，重瓦斯保护动作时瞬时跳开变压器各侧断路器。保护原理接线见图1。图1变压器瓦斯保护原理接线图图1中，上面的触点表示轻瓦斯保护，动作后经延时发报警信号，下面的触点表示重瓦斯保护，动作后启动变压器的总出口继电器，使断路器跳闸。继电器4为具有电流自保持线圈的出口中间继电器，QP为切换片，在保护试验时由跳闸回路切换到信号回路，防止保护误动跳闸。瓦斯继电器是构成瓦斯保护的主要器件，它安装在变压器油箱与油枕之间的连接管道上，油箱内产生的气体必须通过瓦斯继电器才能流向油枕，为利于气体流通，安装时应使油箱顶盖沿瓦斯继电器的方向与水平面有l15的升高坡度，通往继电器的连接管与水平面有24的升高坡度。3.2纵差动保护或电流速断保护对变压器绕组、套管及引出线上的故障，应根据容量的不同，装设纵差动保护或电流速断保护。纵差动保护适用于并列运行的变压器，容量为6300kVA以上时；单独运行的变压器，容量为10000kVA以上时；发电厂厂用工作变压器和工业企业中的重要变压器，容量为6300kVA以上时。电流速断保护用于10000kVA以下的变压器，且其过电流保护的时限大于05s时。对2000以上的变压器，当电流速断保护的灵敏性不能满足要求时，也应装设纵差动保护。上述各保护动作后，均应跳开变压器各电源侧的断路器。3.3外部相问短路时应采用的保护对于外部相间短路引起的变压器过电流，应采用下列保护：过电流保护，一般用于降压变压器，保护装置的整定值应考虑事故状态下可能出现的过负荷电流；复合电压起动的过电流保护，一般用于升压变压器及过电流保护灵敏性不满足要求的降压变压器上；负序电流及单相式低电压起动的过电流保护，一般用于大容量升压变压器和系统联络变压器；阻抗保护，对于升压变压器和系统联络变压器，当采用上述的保护不能满足灵敏性和选择性要求时，可采用阻抗保护。3.4外部接地短路时，应采用的保护对中性点直接接地电力网内，由外部接地短路引起过电流时，如变压器中性点接地运行，应装设零序电流保护。对自耦变压器和高、中压侧中性点都直接接地的三饶组变压器，当有选择性要求时，应增设零序方向元件。当电力网中部分变压器中性点接地运行，为防止发生接地短路时，中性点接地的变压器跳开后，中性点不接地的变压器(低压侧有电源)仍带接地故障继续运行，应根据具体情况，装设专用的保护装置，如零序过电压保护，中性点装放电间隙加零序电流保护等。3.5过负荷保护对400kVA以上的变压器，当数台并列运行，或单独运行并作为其他负荷的备用电源时，应根据可能过负荷的情况，装设过负荷保护。过负荷保护接于一相电流上，并延时作用于信号。对于无经常值班人员的变电所，必要时过负荷保护可动作于自动减负荷或跳闸。3.6过励磁保护根据变压器电压表达式U=444fNBSl0-8，可以得出变压器的工作磁密：B=108444NSUf=1KUf式中；f为频率，Hz；N为绕组匝数；S为铁芯截面积，m2；K为对于给定变压器，K为一常数，K=l0-8444NS。4关于配电变压器的防雷保护问题配变的防雷保护，采用装设无间隙金属氧化物避留器作为过电压保护，以防止由高低压线路但入的高压留电波所引起的变压器内部绝缘击穿，造成短路，杜绝发生留击破坏事故。采用避雷器保护配变时，一是要通过正常渠道采购合格产品，安装投运前经过严格的试验达到运行要求再投运;二是对运行中的设备定期进行预防性试验，对于泄漏电流值超过标准值的不合格产品及时加以更换;三是定期进行变压器接地电阻检测，对100KVA及以上的配电变压器要求接地电阻必须在4以内，对100KVA以下的配电变压器，要求接地电阻必须在10以内。如果测试值不在规定范围内，应采取延伸接地线，增加接地体及物理、化学等措施使其达到规定值，每年的4月份和7月份进行两次接地电阻的复测，防止焊接点脱焊、环境及其它因素导致接地电阻超标。如果变压器接地电阻超标，雷击时留电流不能流入大地，反而通过接地线将留电压加在配电变压器低压侧再反向升压为高电压，将配变烧毁;四是安装位置选择应适当，高压避留器安装在靠配变高压套管最近的引线处，尽量减小雷电直接侵入配变的机会，低压避雷器装在靠配变最近的低压套管处，以保证曾电波侵入配变前的正确动作，按电气设备安装规范标准要求安装，防止盲目安装而失去保护的意义。结束语近年来，变电站电力变压器继电保护装置已经从电磁型、晶体管型、集成电路型彻底更换成了微机保护，比如广泛应用的RCS-978、HRS-137D、WBH-800等变压器成套保护装置，随着计算机技术的飞速发展，新的保护原理将不断被应用到微机保护中。最有吸引力的研究是将具有不同特性的智能技术结合起来，如模糊神经网络、小波神经网络、模糊专家系统等应用到继电保护中。通信技