摘要:變壓器為電網(wǎng)最主要的元件,變壓器故障對(duì)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行有著直接性的影響,因此保障變壓器后備保護(hù)可靠性意義重大。文章介紹了變壓器后備保護(hù),研究了提高變壓器高、低壓側(cè)后備保護(hù)可靠性的有效措施。
關(guān)鍵詞:變壓器;后備保護(hù);可靠性;電網(wǎng)運(yùn)行;電力系統(tǒng) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A
中圖分類號(hào):TM772 文章編號(hào):1009-2374(2016)32-0034-02 DOI:10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.32.016
變壓器設(shè)備的安全可靠運(yùn)行是保障電網(wǎng)正常運(yùn)行的關(guān)鍵因素之一,目前大多數(shù)電網(wǎng)均為超高壓、大容量系統(tǒng),因此變壓器也向大容量方向發(fā)展,在安裝數(shù)量上也隨著電網(wǎng)容量的增加而明顯增加。但是在變壓器的實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中,經(jīng)常出現(xiàn)高、低壓測(cè)后備保護(hù)靈敏度不足、斷路器拒動(dòng)或誤動(dòng)、母線故障等問(wèn)題,造成變壓器故障、燒毀甚至大面積電力系統(tǒng)故障、停電事故等嚴(yán)重后果,對(duì)此需采取有效的措施提高變壓器后備保護(hù)裝置的可靠性。
1 變壓器后備保護(hù)簡(jiǎn)介及常見問(wèn)題
1.1 變壓器后備保護(hù)
按照《3~110kV電網(wǎng)繼電保護(hù)裝置運(yùn)行整定規(guī)程》中的相關(guān)規(guī)范,3~110kV電網(wǎng)的繼電保護(hù)均應(yīng)遵循遠(yuǎn)后備原則,具體為在同故障點(diǎn)相鄰的斷路器位置安裝繼電保護(hù)裝置,目的是在變壓器斷路器設(shè)備本身發(fā)生拒動(dòng)故障時(shí)啟動(dòng)電源側(cè)的繼電保護(hù),從而保證及時(shí)將故障切除。輸電線路的保護(hù)通常分為3段,第一段和第二段是主保護(hù),第三段是后備保護(hù),其中后備保護(hù)又分有遠(yuǎn)后備與近后備兩種,在第三段保護(hù)中應(yīng)至少裝置有近保護(hù),當(dāng)?shù)谝欢魏偷诙蔚木嚯x保護(hù)出現(xiàn)誤動(dòng)或者拒動(dòng)現(xiàn)象時(shí)由第三段距離保護(hù)做出跳閘保護(hù)動(dòng)作。遠(yuǎn)后備保護(hù)范圍是變壓器低壓側(cè)的母線故障范圍,因此在裝置遠(yuǎn)后備保護(hù)時(shí)需要考慮變壓器阻抗值、接線組別等問(wèn)題。變壓器后備保護(hù)主要有以下五種類型:(1)復(fù)合電壓閉鎖過(guò)流:主要作為變壓器短路故障中的后備保護(hù),用于變壓器內(nèi)部以及相鄰元件的后備保護(hù)。部分元件經(jīng)常因?yàn)殪`敏度不足的問(wèn)題而未能在出現(xiàn)短路故障時(shí)及時(shí)閉合電路,因此需增加復(fù)合電壓閉鎖回路。若是發(fā)生不對(duì)稱故障時(shí),在滿足對(duì)稱性故障和負(fù)序電壓故障保護(hù)安裝位置的三相電壓低于定值時(shí)方可開放過(guò)電流啟動(dòng)保護(hù),這樣可以降低復(fù)合電壓閉鎖過(guò)流電流定值。(2)過(guò)電流保護(hù):變壓器高、低壓側(cè)過(guò)電流的多電流保護(hù)元件均是按照變壓器最大負(fù)荷電流設(shè)置的,但是并沒(méi)有針對(duì)短路進(jìn)行選擇性配合,動(dòng)作時(shí)間會(huì)超過(guò)出線路保護(hù)的最長(zhǎng)時(shí)間,當(dāng)達(dá)到最大負(fù)荷時(shí)需警惕電路過(guò)負(fù)荷。(3)瓦斯保護(hù):瓦斯保護(hù)為變壓器常用的后備方式之一,包括重瓦斯保護(hù)與輕瓦斯保護(hù)兩種,前者保護(hù)動(dòng)作為直接將斷路器斷開,后者則是在發(fā)生故障時(shí)發(fā)出相應(yīng)的警報(bào)信號(hào),從而提示有關(guān)工作人員。瓦斯保護(hù)主要適用在油浸式的變壓器中,其作用原理是根據(jù)檢測(cè)到的油箱氣體指數(shù)判定是否需要?jiǎng)幼鳎儔浩靼l(fā)生接地、內(nèi)部短路等故障時(shí),故障處電弧及電流會(huì)在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生大量熱能,變壓器油箱內(nèi)的油會(huì)在熱能作用下蒸發(fā)并分解為氣體,油枕受到氣體的沖擊之后就會(huì)觸發(fā)瓦斯保護(hù)裝置,進(jìn)而做出保護(hù)動(dòng)作。瓦斯保護(hù)不僅成本較低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,而且具有較高的靈敏度,因此對(duì)于匝數(shù)比較少的繞組端變壓器比較適合。但是瓦斯保護(hù)只能對(duì)變壓器內(nèi)部的故障做出保護(hù)反應(yīng),若是發(fā)生外部故障時(shí)瓦斯保護(hù)裝置并不能在較短的時(shí)間內(nèi)做出保護(hù),會(huì)導(dǎo)致故障時(shí)間持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、范圍擴(kuò)大。(4)差動(dòng)保護(hù):目前越來(lái)越多的變壓器使用差動(dòng)保護(hù)裝置,差動(dòng)保護(hù)能夠有效判別保護(hù)元件本身是否存在故障,若是元件本身發(fā)生故障會(huì)立即啟動(dòng)保護(hù)將故障切除,保障其他設(shè)備不會(huì)受到干擾。(5)接地保護(hù):在中性點(diǎn)直接接地電力系統(tǒng)的運(yùn)行中,經(jīng)常會(huì)發(fā)生接地故障,變壓器設(shè)備也是,因此會(huì)安裝相應(yīng)的接地保護(hù)裝置,可以同時(shí)發(fā)揮差動(dòng)保護(hù)、瓦斯保護(hù)的故障保護(hù)功能。
1.2 變壓器后備保護(hù)常見問(wèn)題
變壓器后備保護(hù)常見的故障問(wèn)題主要有誤動(dòng)和拒動(dòng)兩種,均是由后備保護(hù)裝置的靈敏度不足、可靠性降低等原因?qū)е?。?)誤動(dòng):誤動(dòng)指的是在變壓器發(fā)生故障時(shí)沒(méi)有及時(shí)有效地識(shí)別故障并做出相應(yīng)動(dòng)作或者是在變壓器設(shè)備并未出現(xiàn)故障時(shí)做出跳閘等保護(hù)動(dòng)作。引起后備保護(hù)誤動(dòng)的因素有很多種,例如直流偏磁、應(yīng)涌流以及勵(lì)磁涌流均會(huì)導(dǎo)致差動(dòng)保護(hù)拒動(dòng),變壓器零序阻抗、交流電壓回路斷線以及二次電壓回路多個(gè)中性點(diǎn)接地均會(huì)引起零序保護(hù)誤動(dòng)。(2)拒動(dòng):變壓器相鄰線路遠(yuǎn)端出現(xiàn)故障時(shí),若故障線路本身保護(hù)裝置發(fā)生斷路器拒動(dòng)且該側(cè)主變后備的保護(hù)靈敏度不足時(shí),會(huì)導(dǎo)致后備保護(hù)拒動(dòng)問(wèn)題,從而不能及時(shí)有效地將故障切除,最后會(huì)導(dǎo)致事故范圍不斷擴(kuò)大。變壓器內(nèi)部出現(xiàn)故障時(shí),比如在三繞組變壓器中,后備保護(hù)會(huì)按“跳母聯(lián)——跳本側(cè)——跳三側(cè)”的順序原則啟動(dòng)保護(hù),最終變壓器三側(cè)斷路器均需跳開,而若是變壓器只有一側(cè)發(fā)生故障時(shí),例如斷線、短路等問(wèn)題時(shí),應(yīng)只跳該側(cè)斷路器即可,另外兩側(cè)仍可以繼續(xù)正常運(yùn)行。如果變壓器閉鎖過(guò)流保護(hù)靈敏度較差,變壓器任意一側(cè)線路出現(xiàn)三相短路故障,且故障點(diǎn)處于變壓器線路遠(yuǎn)端,高壓側(cè)電壓值會(huì)比低壓側(cè)電壓元件的設(shè)定值高,導(dǎo)致低壓側(cè)電壓元件以及過(guò)流保護(hù)不能正常啟動(dòng),于是就出現(xiàn)了復(fù)合電壓元件無(wú)法動(dòng)作,主變壓器復(fù)壓過(guò)電流保護(hù)設(shè)備拒動(dòng)的現(xiàn)象。
2 提高變壓器后背保護(hù)可靠性的有效措施
2.1 延長(zhǎng)設(shè)備接地放電間隙過(guò)流的保護(hù)時(shí)間
在變電站運(yùn)行過(guò)程中,當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí),放電間隙過(guò)流保護(hù)經(jīng)常會(huì)使未采取接地措施的變壓器出現(xiàn)越級(jí)跳閘或者搶先動(dòng)作的現(xiàn)象,因此放電間隙過(guò)流保護(hù)不大理想。為了減少這類現(xiàn)象的發(fā)生,可將放電間隙的過(guò)流保護(hù)時(shí)間適當(dāng)?shù)匮娱L(zhǎng),確保放電間隙能夠在合理的時(shí)間點(diǎn)做出保護(hù),并且有充足的時(shí)間解除接地故障,從而改善因未采取接地措施的變壓器放電間隙發(fā)生搶先動(dòng)作的現(xiàn)象而引起其他故障。此外,新建的變電站不應(yīng)立即去除母線三相電壓互感器,而是應(yīng)將其同過(guò)電壓保護(hù)以及中性點(diǎn)零序過(guò)流保護(hù)相融合,進(jìn)一步完善變電站的配置方式,從而有效提升變壓器設(shè)備運(yùn)行的靈活性,最終達(dá)到有效保障、提高接地保護(hù)的可靠性和安全性。
2.2 提高設(shè)備負(fù)荷電壓元件靈敏度
當(dāng)外部相間短路時(shí)極易引起變壓器過(guò)流現(xiàn)象,造成變壓器故障,為了避免這一現(xiàn)象,需要在變壓器設(shè)備中裝置相間短路后備保護(hù),同時(shí)采取過(guò)電流保護(hù)。因?yàn)樨?fù)荷電壓閉鎖多電流保護(hù)設(shè)備有靈敏度高以及安全性優(yōu)等特點(diǎn),在變電站主變壓器后備保護(hù)中的應(yīng)用十分廣泛。為了提高后備保護(hù)的可靠性,還應(yīng)提高后備保護(hù)設(shè)備負(fù)荷元件的靈敏度,可同時(shí)安裝兩套復(fù)壓方向過(guò)流保護(hù),且兩套設(shè)備間完全相互獨(dú)立,分別從兩個(gè)不同的電流互感器中取電流,直流電流也同樣從兩個(gè)不同直流母線中取,這樣可以極大地提升后備保護(hù)的可靠性。此外,若是變壓器高壓側(cè)負(fù)荷電壓閉鎖過(guò)流裝置相對(duì)低壓母線一側(cè)的靈敏度低時(shí),可于低壓側(cè)位置添加一套不帶電壓閉鎖且定值較高的純過(guò)流保護(hù)設(shè)備。這樣一來(lái),高壓側(cè)與低壓側(cè)的兩套后備保護(hù)是完全相互獨(dú)立的,不僅能夠獨(dú)立運(yùn)行發(fā)揮保護(hù)作用,而且還不會(huì)相互干擾,減少了因低壓側(cè)過(guò)流保護(hù)出現(xiàn)拒動(dòng)現(xiàn)象而導(dǎo)致變壓器受損的現(xiàn)象。同時(shí),低壓側(cè)過(guò)流保護(hù)還可將一個(gè)時(shí)間段的跳總出口延長(zhǎng),即低壓側(cè)和高壓側(cè)分先后順序跳,這樣就能夠避免因低壓側(cè)斷路而導(dǎo)致失靈的情況,并且低壓側(cè)與高壓側(cè)兩者復(fù)合電壓閉鎖應(yīng)采取并聯(lián)方式連接,提升高壓側(cè)復(fù)合電壓閉鎖裝置與低壓側(cè)斷路的靈敏度。
2.3 于靠近斷路器位置安裝電流互感器
靠近斷路器的母線側(cè)位置是變壓器低壓側(cè)的差動(dòng)保護(hù)裝置最為理想的安裝位置,因?yàn)閷㈦娏骰ジ衅靼惭b在靠近斷路器的一側(cè)能夠在斷路器發(fā)生故障時(shí)立即啟動(dòng)差動(dòng)保護(hù),及時(shí)、快速、有效地切除故障。此外,若是電流互感器無(wú)法僅靠母線側(cè)位置安裝,則應(yīng)保證安裝位置同斷路器緊密相鄰,尤其是相間過(guò)流電流互感器,應(yīng)盡量靠近變壓器位置安裝,確保變壓器引線和套管均在保護(hù)裝置的保護(hù)范圍之內(nèi),從而保證在變壓器發(fā)生故障時(shí),電流互感器能夠在第一時(shí)間啟動(dòng)保護(hù),及時(shí)切除故障。
2.4 優(yōu)化保護(hù)裝置的配置方案
部分后備保護(hù)拒動(dòng)或者誤動(dòng)問(wèn)題是由于配置不合理引起的,因此可通過(guò)優(yōu)化保護(hù)裝置的配置方案來(lái)達(dá)到提高后備保護(hù)可靠性的目的。(1)在變壓器尤其是大型變壓器正式投入運(yùn)行使用之前應(yīng)先進(jìn)行空載合閘試驗(yàn),通過(guò)試驗(yàn)選取合適的變壓器后備保護(hù)方式,并合理設(shè)計(jì)后備保護(hù)裝置方案;(2)在選取后備保護(hù)裝置時(shí)需綜合考慮實(shí)際保護(hù)范圍、設(shè)備性能等多種因素,并在裝置后進(jìn)行數(shù)次電磁試驗(yàn),確保裝置正確且不會(huì)受到電磁干擾;(3)因?yàn)樽儔浩鞯慕Y(jié)構(gòu)是比較復(fù)雜的,在運(yùn)行的過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)異常狀態(tài)、內(nèi)外部故障,需要安裝的后備保護(hù)多達(dá)幾十種,但是在變壓器實(shí)際工作中某些故障類型發(fā)生的概率是極小的,因此各類型保護(hù)裝置的靈敏度也存在一定的差異。對(duì)此在選取保護(hù)方式和設(shè)計(jì)配置方案時(shí)應(yīng)遵循四個(gè)原則:(1)各項(xiàng)保護(hù)裝置的功能完備,目的是保證能夠?qū)ψ儔浩鞯漠惓顟B(tài)和故障及時(shí)做出有效的保護(hù)措施;(2)充分考慮變壓器的容量等參數(shù)確定單套配置還是組合配置;(3)應(yīng)選取性能優(yōu)良、運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)豐富成熟、技術(shù)達(dá)標(biāo)的保護(hù)裝置以及保護(hù)原理;(4)合理進(jìn)行組屏,對(duì)于容量大的變壓器最好選用兩套保護(hù)系統(tǒng),并分屏裝置,采取分屏設(shè)置可實(shí)現(xiàn)在保障變壓器繼續(xù)運(yùn)行的條件下進(jìn)行系統(tǒng)的調(diào)試與檢修。
3 結(jié)語(yǔ)
變壓器后備保護(hù)在電力系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中有著不可忽視的作用,其可靠性高低直接關(guān)系著電力系統(tǒng)能否正常、穩(wěn)定、安全運(yùn)行,因此提高變壓器后備保護(hù)靈敏度、可靠性具有十分重要的意義。受到多種因素的影響,變壓器后備保護(hù)在實(shí)際運(yùn)行中經(jīng)常出現(xiàn)誤動(dòng)、拒動(dòng)的問(wèn)題,不僅會(huì)延誤故障的切除,還會(huì)延長(zhǎng)故障持續(xù)的時(shí)間、擴(kuò)大故障的影響范圍,造成嚴(yán)重的后果。對(duì)此需要采取有效措施提升后備保護(hù)裝置的可靠性:(1)應(yīng)延長(zhǎng)設(shè)備接地放電間隙過(guò)流的保護(hù)時(shí)間;(2)要提高設(shè)備負(fù)荷電壓元件靈敏度;(3)應(yīng)于靠近斷路器位置安裝電流互感器;(4)應(yīng)優(yōu)化保護(hù)裝置的配置方案,通過(guò)有效的措施降低后備保護(hù)裝置誤動(dòng)或者拒動(dòng)的現(xiàn)象,保障電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性以及安全性。
參考文獻(xiàn)
[1] 吳水蘭,宋小會(huì),劉洋,等.變壓器高、低壓側(cè)后備保護(hù)的配合問(wèn)題分析[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制,2014,(1).
[2] 楊劍梅,楊雪梅,高輝.變壓器后備保護(hù)選擇性與靈敏性配合問(wèn)題的分析[J].電氣技術(shù),2015,(3).
[3] 董雪.提高變電站主變壓器后備保護(hù)可靠性的問(wèn)題探討[J].通訊世界,2015,(8).
作者簡(jiǎn)介:宋勝菏(1971-),女,山東德州人,國(guó)網(wǎng)山東省電力公司德州供電公司高級(jí)工程師,高級(jí)企業(yè)培訓(xùn)師,研究方向:電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化。
(責(zé)任編輯:蔣建華)