一.前言
繼電保護是電力系統安全正常運行的重要保障,而繼電保護裝置就是能反映被保護設備的故障或不正常運行狀態,并使斷路器跳閘或發出信號的一種自動裝置,當被保護設備發生故障時,它能自動迅速有選擇地動作于斷路器,從而將故障設備從電網中切除,保證無故障設備迅速恢復正常運行,并使故障設備免于繼續遭受破壞。因此,必須根據變壓器的容量及重要性進行預防性試驗數據檢測以及裝設性能良好、動作可靠的保護裝置。
二.變壓器的故障
變壓器的故障由油箱內部和油箱外部故障2種組成。內部故障主要包括:相間短路,繞組匝間短路,單相接地故障等。此外,變壓器還有可能出現異常運行狀態。例如漏油造成的油位下降;由于外部短路引起的過電流或長時間過負荷,使變壓器繞組過熱,繞組絕緣加速老化,甚至引起內部故障,縮短變壓器的使用壽命。因此,對此類異常運行也應該采取措施加以消除。
三.變壓器的繼電保護
(1)瓦斯保護
變壓器是利用變壓器油做絕緣和冷卻介質的。當變壓器內部發生故障時,短路電流所產生的電弧將使變壓器油和其他絕緣物分解,產生大量的氣體;利用這些氣體形成動作,以反映氣體產生的量或油面下降狀況的保護裝置——瓦斯保護。瓦斯保護的主要元件是瓦斯繼電器。可使氣流易于進入油枕,并能防止氣泡積聚在變壓器的頂蓋內[1]。瓦斯保護可以有效的反映變壓器內部故障,因為它具有靈敏度高、動作迅速接線簡單的特點,特別是變壓器內匝間短路的匝數很少時,故障回路的電流雖然很大,但反映在外部電源的電流變化卻很少。這時差動保護有可能不動作,而瓦斯保護卻能可靠地動作。運行經驗也證明了變壓器油箱內的故障大部分是由瓦斯保護反映和動作切除的。
(2)氣體成分分析
當氣體瓦斯繼電器動作而且器內出現氣體時,就要分析其氣體成分。油紙絕緣材料會在電或熱的作用下分解,產生各種氣體,其中對判斷故障有價值的氣體是甲烷、乙烷、乙烯、乙烴、氫、一氧化碳、二氧化碳。在正常運行溫度下,與固體絕緣的正常老化過程中,產生的氣體主要是一氧化碳和二氧化碳。在溫度高于1000℃時,例如電弧弧道溫度(3000 ℃以上)的作用下,油分解產物中含有較多的一氧化碳和二氧化碳,表1為不同類型故障產生的主要和次要氣體。
有時設備內并不存在故障,而由于其他原因,在油中也會出現上述氣體,要注意這些可能引起誤判斷的氣體來源。但根據現有統計資料,固體絕緣的正常老化過程與故障情況裂化分解,表現在油中一氧化碳的含量上,一般情況下沒有嚴格的界限。二氧化碳含量的規律更不明顯。所以在考察這兩種氣體含量時更應該注意結合具體變壓器的結構特點,運行溫度,負荷情況,運行歷史等情況加以分析。
(3)直流電阻測量
變壓器發生了差動保護動作的故障,而外部可視的部分沒有明顯的故障點,就要查變壓器內部的線圈繞組的直流電阻。直流電阻測量的結果往往受溫度的影響,而變壓器繞組的溫度又難以測準,因此,測量結果應以三相電阻是否平衡,歷次變化規律是否一致進行比較判斷,絕對值難于作為判斷依據。所以測得電阻值與歷史資料比較時應換算到同一溫度下進行,此時應保證變壓器繞組溫度的測量準確性,然后對照預防性試驗規程滿足下面3點[3] :
(1) 1.6MVA以上變壓器,各相繞組電阻相互間的差別不應大于三相平均值的2%;無中性點引出的繞組,繞組線間差別不應大于三相平均值的1%。
(2) 1.6MVA以下變壓器,各相繞組電阻相互間的差別不應大于三相平均值的4%;繞組線間差別不應大于三相平均值的2%。
(3)與以前相同部位測得值比較,其變化不應大于2%。由于變壓器因外部短路引起的過電流,作為變壓器本身故障的后備保護,變壓器均裝設過電流保護,對于單側電源的變壓器,過電流保護的電流互感器安裝在電源側,這樣當變壓器內部故障且差動(或速斷)等快速動作的保護舉動時,則由過電流保護經過整定時限動作于變壓器兩側的斷路器。繼電保護裝置主要是通過縮小事故范圍或預防事故的發生來提高電力系統運行的可靠性,最大限度的保證向用戶安全連續供電,它是電力系統安全運行不可缺少的重要組成。
(4)差動保護
變壓器繞組內部和引出線上發生各種相間短路,變壓器單相匝間短路繞組脫股的主要保護我們就可以利用差動保護來實現。為補償兩側電流相位不同引起的不平衡電流,需要采用相位補償的方法,將Y側的TA按Y/d5接線, △側的TA′按Y/Y012接線。這種接線方式,可以使回路中的電流為零,如圖1所示。TA流入差流回路的電流IAY = IBY′- IAY′,不考慮互感器角誤差的情況下, IBY′, IAY′分別與IBy , IAy同相位, IBy - IAy的相量指向5點,為Y/d5接線。TA′流入差流回路的電流Iad與Ia 同相位, 指向11點,故Iad與IAY反向,若其值相等,則流入差流回路的電流為零。從理論上講,正常及外部故障時,差回路中的電流為零。而當兩側電流互感器之間的電氣設備發生故障,差回路的電流很大,以致使得差動繼電器動作跳開相關開關,保護設備保護系統的正常運行。
四.結 語
隨著科學技術的不斷進步,繼電保護技術日益呈現出向微機化,網絡化,智能化,保護、控制、測量和數據通信一體化發展的趨勢。將把電力工業的自動化程度推向一個更高的水平。
參考文獻:
[1]卓樂友.電力工程電氣設計手冊[M].北京:中國電力出版社,2004.
[2]湖南電力試驗研究所.高壓電氣設備試驗方法導則第二分冊[Z].湖南電力試驗研究所內部資料,1994.
[3]電力工業部.電力設備預防性試驗規程[M].北京:中國電力出版社,1997.80
