浅谈变电站500kV变压器保护配置与运行分析

浅谈变电站500kV变压器保护配置与运行分析

李惠芳

（内蒙古电力（集团）有限责任公司包头供电局内蒙古包头014030）

摘要：对变电站500KV变压器不同运行状态进行检测，通过对变压器保护配置与运行情况进行分析，将有利于供电公司工作人员准确对变压器故障进行判断，从而找出原因，并采取有效措施解决。本论文主要从500KV变压器正常运行着手分析，分析了500KV变压器保护的特征与配置，并对保护装置的运行进行分析。

关键词：500KV变压器保护；配置；运行；维护

1强化500KV变电站主变压器运行维护的重要性

500KV变电站主变压器是整个电力系统传输中非常重要的组成部分，主变压器的稳定运行直接关系着电力系统的安全性和稳定性。主变压器一旦出现问题将对电力系统的安全运行产生直接的影响，有可能导致整个电力系统的瘫痪和不可修复的破坏并带来巨大的经济损失，它在电力系统中的核心地位不容置疑。而主变压器在外界恶劣的环境条件和高负荷的工作条件下，出现运行故障的概率在实际运行中是比较高的，尤其是主变压器制造的线材绝缘在高负荷、长时间的工作运行中，不可避免会出现不同程度的老化和断裂。另外，一些自然灾害等不可抗力的因素也会造成主变压器使用中的各种故障。这时候，就需要变压器的保护装置发挥作用，及时切除故障点，有效地保护电力设备不被损坏，保证无故障设备的继续运行。

2500KV变电站主变压器的常见保护配置

500kV主变压器一般配置双套电气量保护及一套非电气量保护，其中电气量保护又由主保护和后备保护组成，主保护一般配置变压器差动保护，后备保护分为高后备、中后备和低后备，高后备、中后备一般由阻抗保护及零序保护组成，低后备由复合电压闭锁过电流组成，非电气量保护主要有重瓦斯、轻瓦斯、风冷全停跳闸、压力释放、油温高报警、油位异常等。而且500kV变压器还必须配置其他变压器所没有的一种特殊保护，就是过励磁保护。下面我们就以上几种保护做简要介绍。

2.1变压器的差动保护

变压器的差动保护是按循环电流原理装设的。主要用来保护变压器绕组和引出线多相短路、大接地电流系统侧绕组和引出线的单相接地短路及各种相间短路故障，同时也可以用来保护变压器内部绕组的匝间短路故障。变压器的二次电流和一次电流的大小和相位的变化是可以监测的，在500kV变压器的三侧均装设电流互感器，其二次侧按循环电流法接线，在继电器线圈中流过的电流是两侧电流互感器的二次电流差，从理论上讲，正常运行及外部故障时，差动回路电流为零。实际上由于两侧电流互感器的特性不可能完全一致等原因，在正常运行和外部短路时，差动回路中仍有不平衡电流Iumb流过，此时流过继电器的电流IK为Ik=I1-I2=Iumb要求不平衡电流应尽量的小，以确保继电器不会误动。当变压器内部发生相间短路故障时，在差动回路中由于I2改变了方向或等于零（无电源侧），这是流过继电器的电流为I1与I2之和，即Ik=I1+I2=Iumb能使继电器可靠动作。变压器差动保护的范围是三侧电流互感器之间的所有一次设备。

2.2变压器的阻抗保护

阻抗保护通常用于330-500kV大型联络变压器，其方向指向变压器，作为变压器引线、母线及相邻线路相间故障的后备保护。可实现偏移阻抗、全阻抗或方向阻抗特性。保护可以配置成多段多时限，每段的每个时限都独立为一个保护。低阻抗保护采用线电压及相电流之差的0°接线方式，当三相电流中任一相电流大于启动电流整定值时，开放阻抗保护。为防止TV断线时误动作，增设TV断线闭锁判据。低阻抗保护不设振荡闭锁判据，因为其动作阻抗圆很小，且为了选择性它本身已有0.5s或1s延时，足以躲开振荡。阻抗保护的。

2.3变压器的零序保护

在大短路电流接地系统中发生接地故障后，就有零序电流、零序电压和零序功率出现，利用这些电气量构成保护接地短路的继电保护装置统称为零序保护。变压器零序方向过流保护是在大电流接地系统中，防御变压器相邻元件（母线）接地时的零序电流保护，其方向是指向本侧母线，作为母线接地故障的后备，保护设有两级时限，一时限跳开母联或分段开关，二时限跳开变压器本侧开关。

2.4变压器的过励磁保护

过励磁保护是用来防止变压器突然甩负荷或因为励磁系统引起过电压造成磁通密度剧增，引起铁芯及其他全金属部分过热的保护。当变压器运行电压超过额定电压的10％时，就会使变压器铁芯饱和，而因饱和产生的漏磁将使箱壳等金属构件涡流损耗增加，铁损增大，造成铁芯温度升高，同时还会使漏磁通增强，使靠近铁芯的绕组导线、油箱壁和其他金属构件产生涡流损耗，使变压器过热，绝缘老化，影响变压器寿命，严重时造成局部业形和损伤周围的绝缘介质．有时甚至烧毁变压器。变压器工作磁密B与电压、频率之比U/F成正比，即电压升高或频率下降都会使工作磁密增加。现代500kV大型变压器，额定工作磁密BN=17000～18000高斯，饱和工作磁密BS=19000～20000高斯，两者相差不大。但当U/f增加时，工作磁密B增加，使变压器励磁电流增加，特别是在铁芯饱和之后，励磁电流要急剧增大，造成变压器过励磁，所以，500kV大型变压器必须加装过励磁保护。

2.5变压器低压侧的复压闭锁过电流保护

500kV变压器低压侧一般只用于装设站用设备及无功补偿装置，因此保护配置比较简单。复压闭锁过电流保护，它是由一个负序电压继电器和一个接在相间电压上的低电压继电器共同组成的电压复合元件，两个继电器只要有一个动作，同时过电流继电器也动作，整套装置即能启动。功能是作为馈线及变压器主保护的后备保护，其功能是解决系统在最大或最小运行方式下线路终端两相短路（负序闭锁）或三相短路（低电压闭锁）时，故障电流达不到速断整定值，过流延时时间又太长的矛盾引入复合电压回路，来降低过流的动作值。

2.6变压器的瓦斯保护

变压器的瓦斯保护用于反映变压器油箱内部各种短路故障和油面降低等异常。瓦斯保护一般分为轻瓦斯和重瓦斯两类。轻瓦斯一般作用于信号，当变压器内部过热，或局部放电，使变压器油油温上升，产生一定的气体，汇集于继电器内，达到了一定量后触动继电器，发出信号。而重瓦斯是当变压器内部发生严重短路故障后，由于电弧作用将使绝缘材料分解并产生大量的气体，从油箱向油枕流动使油流冲向继电器的档板，动作于跳闸。瓦斯保护是变压器的主要保护，它可以反映油箱内的一切故障。包括：油箱内的多相短路、绕组匝间短路、绕组与铁芯或与外壳间的短路、铁芯故障、油面下降或漏油、分接开关接触不良或导线焊接不良等。瓦斯保护动作迅速、灵敏可靠而且结构简单。但是它不能反映油箱外部电路（如引出线上）的故障，所以不能作为保护变压器内部故障的唯一保护装置。

3各种保护装置分析

3.1差动保护

具有差动保护功能，与通用变压器差动保护原理类似，通常有比率差动、二次谐波制动以及无制动电流速断几种形式。中间变流器采用软件式对变压器变比与接线组进行修正，无需另外装设中间变流器。动作时间快，能够集变压器主保护与辅助功能为一体，对负荷电流、差流等进行实时显示，同时能够实现自检。

3.2差流继电器与电流速断

差流继电器是传统的差动继电器，具有比率制动功能，简单的整定检验，可以选择比率制动曲线抽头，依据曲线选定动作值。因为4C21是传统式继电器，所有动作比较慢，进行故障切除的时间比较长，在小电流下动作的灵敏度较差，继电器电磁线圈较多，CT负担比较重。

3.3高阻抗差动继电器DAD3

DAD3为集成电路型小电流继电器，具有动作快速，输入滤波器能有效滤除直流分量及消除谐波分量影响，CT二次断线报警等特点。交流输入为高压侧、中压侧及公共绕组套管电流，交流回路与主保护不同。

3.4THR距离保护装置

THR距离保护装置能够实现变压器方向过流，THR型号比较常见的是4PE2，这一型号保护装置具有以下功效：具有相间故障选择功效；对4段阻抗值具有保护作用；选择接地故障功能；THR距离保护装置分两段出口，作为变压器后备保护，，具有可供选择圆形特征和变形特征。

3.5GTT过励磁保护继电器

在空载合闸瞬间主变压器所产生的冲击振荡可以用GTT过励磁保护继电器进行保护，遵循v/f原理构成的继电器借助电压与频率比值的高低对过励磁进行判断，从1.0至1.25之间定值可进行调节，同时，结合变压器厂家提供的特性曲线作为整定标准。

4保护装置运行中的问题及改进

4.1两套THR保护装置电流回路设计原设计将进口保护放置在电流回路前端，国产保护放最后。其本意是在运行中国产保护有动作时，在主变接口屏将电流回路短接，不影响进口保护正常运行。但根据THR装置原理要求，内部必需形成具有中性点（Nentral）的电流回路，用作零序电流启动用，所以交流电流回路经THR装置后实际无电流输出。因此应将国产保护放置在电流回路前端，进口保护放末尾。回路修改后如果国产保护动作，只能将其对应电流回路采用跨接的方法，而不能采用短接方法，否则进口保护将无法正常工作。

4.2TR212、TR213跳闸继电器的运用

在继电器的应用中，TR212为瞬动触点继电器，而TR213为动作自保持继电器，此外有电动复归线圈。这类继电器能够提高动作速度，提升断弧性能的可靠度，动作线圈的线径较粗，减少匝数，励磁时电流较大，增加线圈电动力，提升动作的可靠性，触点间隙变大，可以有效断弧。进行调试过程中，要注意测试方法，用冲击电压进行动作可靠性测定，不能以逐渐升压方法来进行动作电压值的测定，当通电时间较长会造成线圈过热。如果温度过高则会烧坏线圈。TR213继电器与国产继电器构造类似，是为永久性故障而设置的跳闸出口继电器，不同的是动作速度以及触点容量，是按跳闸继电器要求进行设计的。

4.3主变失灵保护启动回路的相关问题

主变失灵保护动作时，会造成母线所接所有元件跳闸，产生重大影响。据相关统计数据表明，失灵保护误动的情况比较多，特别是失灵保护引起的误启动。当启动回路时，要保证双重闭锁，以免造成误启动；进行短路切除后不能立即复归保护，也不能启动失灵保护。失灵保护启动回路的以保护启动作为启动原则，然而当断路器没有断开，原启动回路采用断路器位置继电器触点串保护出口继电器触点组成，依据相关经验，断路器辅助触点不很可靠，改为相电流判别元件启动则更加稳固。

5结语

综上所述，通过对变电站500kV变压器保护配置与运行进行介绍与分析，主要分析了500KV变压器保护的特点以及配置，对各种保护装置进行分析，同时，就变压器保护装置运行中存在的问题以及改进对策进行研究，通过深入了解各类保护装置的性能，结合保护装置运行原理，就做好设备调试、维护工作提出了可行性建议，以此来推进500KV变压器保护配置与运行的顺畅。

参考文献：

[1]唐凯骏.500kV变电站主变压器运行及维护措施研究[J].通讯世界，2015（9）：179.