220kV变电站的故障分析和保护系统设计研究

220kV变电站的故障分析和保护系统设计研究

黄淦畴

东莞电力设计院有限公司 广东东莞 523000

摘要：当前，220kV变电站是电力系统中不可缺少的重要组成部分，其运行稳定性的高低，能够直接影响到整个电力系统的供电能力。但是在220kV变电站实际运行过程中，主变压器却会受到外界因素所干扰而出现一定的故障问题，这在某种程度上就会给变电站及电力系统的正常运行带来很大阻碍。因此，要想改善现状，当务之急，就是要全面做好变电站保护系统设计工作。本文针对诱发220kV变电站变压器发生故障的具体原因展开着重分析，并根据保护系统特点，提出相应的设计要点和故障防控策略，以供相关人士参考。

关键词：220kV变电站；故障分析；保护系统；设计要点；防控策略

前言

变压器是220kV变电站中最为关键的设备之一，其可以实现不同电压等级电力的有效交换，一旦在运行过程中，变压器出现故障问题，势必会降低电力交换效率和质量，导致整个变电站和供电系统无法正常运行。鉴于此，为了避免这种情况的发生，首要任务就是要对220kV变电站各保护系统进行合理设计。

1.诱发220kV变电站变压器故障发生的具体原因分析

1.1电流互感器主绝缘击穿原因

一般情况下，当变电站电流互感器的主绝缘出现被击穿的情况时，都会引发较大的主变压器故障发生。而主绝缘击穿原因有很多，如短路、接触不良以及绝缘层内部缺少缓冲层及相关屏蔽措施等都会引发该问题的发生。另外，大部分220kV变电站所采用的电流互感器设备都是以浇注式互感器为主，由于这类互感器设备的外材质是以环氧树脂浇注而成，具有一定的特殊性，所以其在使用过程中，为了避免受到外界因素所影响而出现击穿情况，就要采取一些特殊物质来填充内部，以便形成完整的缓冲层和屏蔽层，这能切实保障电流互感器绝缘安全。但若是互感器内部缺乏缓冲层和屏蔽层的合理设置，势必会增加其主绝缘击穿问题的发生概率，进而影响到整个变压器的正常运行。

1.2相间短路原因

相间短路也是诱发220 kV变电站主变压器发生故障的主要原因之一。当变压器中的电流互感器主绝缘被击穿后，若是仅仅出现单相

接地故障，不会对主变压器的正常运行造成不良影响。因为主变压器内部设计一般采用中性点非有效接地系统设计方式，这种设计方式在出现单相接地情况后，由于电流通过接地点的总和等于非故障相对地电容电流，再加上消弧线圈和补充电流都有其具体的运行方式和运行数据，所以即便故障发生之前和补偿之后的电容电流之间存有较大差异，但消弧线圈依然可以发挥出电弧自行熄灭的作用，并有效控制单相接地故障的发生。但若是在此期间开关柜中的电流互感器和线排所产生的接地电弧存在漂移情况，就会很容易导致单相接地发生相间短路故障，进而给主变压器的正常运行造成较大影响。另外，当固体绝缘设备的绝缘层被击穿时，每隔一段时间，放电通道就会出现阻性分量较大的电流，这种情况下，要想确保放电通道和消弧线圈相互间的电流可以平安过渡，就要尽量避免消弧线圈对绝缘击穿后的接地电流进行补偿。除此之外，当单相接地选线装置所发出的信号位置不合理时，就会诱发间歇电弧接地过电压的产生，并给主变压器绝缘相对薄弱的部位造成一定的击穿影响，进而使得主变压器出现较大的相间短路故障[1]。

2.220kV变电站继电保护系统设计要点分析

2.1电子式互感器装置设计

在220kV变电站继电保护系统中，电子式互感器是最为重要的保护设备之一，其由于整体结构设计较为简单，且大部分材质为绝缘材料，所以与传统电磁结构互感器相比，该设备的制造成本以及后期维护成本等都是相对偏低。另外，常规电磁结构互感器的一次系统一旦出现故障时，就会给二次系统的正常运行造成困扰。而电子式互感器则可有效弥补这一应用弊端，其具有较强的抗干扰优势以及安全性，在具体应用时，不仅相关的互感器测开路无明显的风险问题存在，而且还会充分保障相关技术人员的人身安全。除此之外，电子式互感器的使用寿命要远高于常规电子互感器，其不仅可以对那些特殊的光电子信号进行快速有效的处理，进而为继电保护装置提供更加强大的冲击与助力，而且反应速度十分明显，所以其在当前变电站中的应用范围也是越来越宽泛。

2.2交换机设备设计

该保护系统是实现220kV变电站智能化发展的关键所在。对其实施合理设计与应用，不仅可以满足220kV智能变电站建设需求，而且还能为扩大继电保护系统相关信息流打下良好的基础。因为传统保护系统大多将电缆作为传递信息的重要通道，这在某种程度上就会给电力系统的快速稳定运行带来一定的阻碍。因此，只有通过交换机的使用，利用以太网来替代传统电缆作为信息传递渠道，为220kV智能变电站保护系统中的技术信息流的共享与传输创造良好条件。另外，交换机还能全面提高配电网信息传递的效率与安全性，尤其随着相关技术的不断发展，交换机的环路设计也越来越完善。由于其内部网络运行的稳定性与安全性得到了较大程度的提升，所以这也促使保护系统中的信息流在输送与转移过程中更为快速、安全、可靠。

2.3智能终端设备设计

在220kV智能变电站中，带有继电保护结构的智能终端设备是不可缺少的重要组成要素，其设计的最终目的是对变电站开关量信息进行全面收集和记录，同时还要在此基础上向监控中心发出相应的控制指令，以便可以从根本上保证主变压器及其他变电站设备可以发挥出一定的计量与控制功能。另外，在断路器出现故障时，相关工作人员可以直接通过智能终端设备全面了解断路器运行状态。在这一环节中，不仅要看其跳合闸以及回路是否可以正常工作，而且还要准确判断机箱内温湿度值和断路器开关情况是否符合相应的规范标准要求，这样才能在减少故障发生的基础上，更好的发挥220kV智能变电站继电保护功能[2]。

3. 控制220 kV变电站主变压器故障发生的有效措施分析

首先，为了对浇注式电流互感器绝缘击穿故障予以有效控制与防范，进而从根本上保障220 kV变电站主变压器的正常运行，相关工作人员就要在变压器投运使用之前对其电流互感器开展局部放电试验，若发现电流互感器局部放电量处在50pC及以下范围内，则证明其运行状态良好。反之，若局部放电量高于50pC很多倍，则证明电流互感器存有较大的故障问题。其次，为了控制220 kV变电站主变压器发生相间短路故障，还要按照相关规定，在达到以下条件时合理投入消弧线圈：①10 kV系统单相接地电流大于30 A时，要及时投入消弧线圈；②当35 kV系统单相接地电流大于10 A时，也要立即投入消弧线圈，这能有效规避弧光接地问题的发生，从而控制主变压器不会产生相间短路故障。最后，为了进一步缩短电弧熄灭时间，减少相间短路故障发生频率，就要对主变压器内部设计方式进行全面的优化创新，尽可能将接地转移技术与中性点非有效接地系统设计方式进行有机结合，保证变压器的安全运行性能，有效避免相间短路问题的发生。

结束语：

综上所述，220kV变电站是当前电力系统运行过程中不可缺少的重要组成部分，为了使其得以持久稳定地运行，前提条件就是要对其主变压器容易出现的故障问题展开深入分析，并采取有效措施来防范和预防，同时还要加强各保护系统的设计，这能进一步提高220kV变电站的继电保护功能，实现其智能化发展目标。

参考文献

[1]张旭.220kV变电站保护系统设计关键技术[J].科教导刊：电子版,20

19,(05):101-102.

[2]林其驱.220kV智能变电站继电保护及自动化分析[J].建筑工程技术与设计,2018,(04):22-23.