探讨水电站中变压器继电保护的应用杨万伟

探讨水电站中变压器继电保护的应用杨万伟

杨万伟

（国电四川发电有限公司南桠河水电分公司四川雅安625400）

摘要：在水电站的生产运行中,变压器继电保护是比较常见的设备装置,应用十分广泛,所处地位也是比较重要的。本文针对水电站中变压器继电保护进行了分析与探讨，以供参考。

关键词：水电站；变压器；继电保护；应用

1变压器继电保护基本内容

1.1电气量保护

在水电站发电工作中某一环节出现问题时，该系统继电保护设备的保护对象也会有主次之分，电气量的保护毫无疑问是变压器继电保护工作中的首要内容。由于水电站在发生系统故障时一般在电力系统方面也会产生相关的影响，电力系统发生故障时，继电保护系统会针对不同种情况进行对发电设备的保护工作。

1.2非电气量保护

顾名思义，非电气量保护正是与电气量保护截然不同的变压器继电保护内容。如上文所言，电气量保护的主要内容是在水电站发电工程中电力系统产生故障时进行的系统保护。而非电气量保护的主要内容在于发电过程中对其他影响因素对水电站正常工作造成影响时进行相关控制与处理，具体而言，在变压器的工作过程中，温度的变化控制就属于非电气量的保护。在发电系统出现故障时通常会伴随着温度的变化，对温度变化的信息反馈以及控制是非电气保护中的一个重要环节。另一方面，非电气保护的另一重点是对变压器在工作中压力的控制，非电气保护主要在于对相关保护、控制、逻辑部分的信息反馈以及对变压器压力在一定范围内的控制。

2水电站变压器继电保护原理及方式

2.1变压器继电保护原理

变压器是电力系统中使用相当普遍和十分重要的电气设备，故障后将给系统运行带来严重后果。为了保证变压器安全运行和防止扩大事故，按照变压器可能发生的故障，装设灵敏、快速、可靠和选择性好的保护装置是十分必要的。根据继电保护配置原则，变压器应装设主保护和后备保护。当主保护或有关断路器拒动时，后备保护装置应为被保护设备或相邻设备提供后备保护作用。后备保护的保护区比主保护大，动作速度较慢，一般以过电流保护为主，配以其他电气量作为辅助判据。

2.2变压器主保护

变压器差动保护是变压器的主保护。差动原理用于变压器保护违反了差动保护只适用于被保护设备仅为线性电路的基本原理，使空载合闸励磁涌流与内部故障难以区分。因此变压器保护的发展史也就成为了一部变压器励磁涌流鉴别技术发展史。随着超高压输电线路长度的增加、静止无功补偿容量的增大以及变压器硅钢片材料的改进，励磁涌流的识别问题变得更为突出。目前普遍采用的是比例制动方式和标积制动方式的差动保护来防止外部短路时不平衡电流所造成的误动，两种制动方式在原理上是完全统一的。对于防止励磁涌流导致误动的问题，目前应用较多的方案是电流波形特征识别法。该方法以励磁涌流和内部故障电流波形特征的差异为依据，主要有二次谐波制动原理和间断角原理差动保护。

2.3变压器后备保护

2.3.1变压器相间短路后备保护

①过流保护。用于降压变压器，动作电流应考虑电动机自启动和变压器可能出现最大过负荷时不误动。②复压闭锁过流保护。复合电压闭锁元件是利用正序低电压和负序过电压反映系统故障防止保护误动作的对称序电压测量元件。为反映因变压器外部故障而引起的变压器绕组过电流，以及在变压器内部故障时，作为差动保护和瓦斯保护的后备，采用过电流保护。同时为了提高过电流保护的灵敏度，尽可能的降低启动电流，采用复合电压启动过电流保护。这样处理后，过电流保护的启动定值就可以不考虑各种原因引起的过负荷而整定得小些，从而提高过电流保护的灵敏度。

2.3.2变压器接地短路后备保护

变压器高压（110kV及以上）侧单相接地短路应装设后备保护，作为变压器高压绕组和相邻元件接地故障主保护的后备。220kV及以上的大型变压器，高压绕组均为分级绝缘，其中性点绝缘水平有2种类型：一类绝缘水平很低，其中性点必须直接接地运行；另一类绝缘水平较高，中性点可直接接地，也可在系统中不失去接地点的情况下不接地运行。当系统发生接地短路时，变压器中性点就将承受中性点对地电压、为了限制系统接地故障的短路容量和零序电流的水平，也为了接地保护本身的需要，有必要将220kV变压器的部分中性点不接地运行。

3变压器继电保护的实际应用

3.1互感设备接地点的确定

对于接地点的确定是一个值得高度关注的问题，互感设备（电流与电压之间）的二次侧中，应当保证有一个或者一个以上与大地连接。通俗来说就是指，在系统正常建立之后，回路之间的元件进行正常连接以后，电流与电压的互感设备进行正常工作时，必须保证端子接地。

3.2相关设备的控制与保护

3.2.1对屏上设备进行保护

屏上设备的保护一直是水电站变压器继电保护中的一项重要应用，它对于发电站整体工作的有效运转以及在出现故障时的系统保护都有着重要作用。在系统运转出现问题时，为了防止出现故障的部分对整体系统造成更大程度的影响和破坏，通常会对需要保护的设备与大地相连的一段连接好，在进行相关的设备保护措施。在屏上设备电流回路通过实验端的连接，在对闸口连接片短路回路嵌入整体线圈回路中。在对相关保护设备进行安装后，应对其回路基本原理进行检查，并确定安装过程中的操作是否正确，以确保在系统出现故障时对屏上设备的保护的保护能够达到预期的效果。

3.2.2变压器瓦斯的安全防护

变压器瓦斯的保护是变压器继电保护在水力发电中使用较为广泛的一个案例，在对瓦斯进行保护设备的安装时应当注意箭头的指向是否正确，瓦斯加油前信号位置的转化等都是值得注意的问题。

3.2.3电缆的相关控制

电流互感设备中的控制电缆控制是继电保护设备在水力发电中的一项具体应用实例，控制线缆能够根据电流互感设备中的误差曲线进行控制电缆截面的具体选择。影响电缆截面选择的因素较多，在电力系统的基本电流回路中电压的升降会造成电缆截面的选择不同。另一方面，根据具体情况以及使用要求的不同，电缆截面的选择要求能够满足相关设备的工作使用需求，例如在控制系统中因为对电缆的机械强度要求较高，因此在对电缆截面进行选择时就要根据使用需求来进行选择。在信号控制系统中，对于系统回路中电压负荷能力要求较低，因此在选择时又可以考虑进行截面较小电缆类型进行选择。除此以外，由于水力发电工作环境周围可能存在高压线或因为地域特殊性具有的较高磁场，这些情况都会对发电工作系统造成一定程度的影响，因此在进行电缆截面选择时也应当将诸如此类的情况考虑进去。

结语

变压器继电保护在水电站的工作中起到的作用是毋庸置疑的，本文就水电站中变压器继电保的应用进行了分析。相关工作人员应当对此采取高度的重视，对于变压器继电保护在水电站中的实际应用进行相关的探索与研究，使继电保护在水利工程中的应用有进一步的发展，同时对于出现的问题加以重视并采取有效的措施解决，从而保证水力发电工作正常进行。

参考文献

[1]冉锋.浅谈小水电站机组综合自动化系统改造[J].科技资讯，2011.

[2]王喜志.水电站发电机及变压器继电保护的设计原则与配置方案[J].自动化应用，2014.

作者简介

杨万伟（1982.06-），男，四川成都人，华北水利水电学院，工学学士，工程师，单位：国电四川发电有限公司南桠河水电分公司，研究方向：发电厂继电保护