220kV变压器的运行及继电保护措施分析

侯念国 孙红霞 孙华 刘泊辰

摘要：在电力系统中220kV高压变电站十分关键，其正常运行对于电力系统的安全意义重大。而电力系统继电保护装置的主要任务是及时发现并切除故障，并且可以及时报警，其重要性对电力系统的安全稳定运行也不言而喻。因此，开展220kV变压器的运行及继电保护措施的研究对我国变压器的运行十分有利。从继电保护和220kV变压器的基本概述入手对继电保护措施进行了探讨和研究，具有一定的指导意义。

关键词：变电站；220kV变压器；继电保护

作者简介：侯念国（1972-），男，山东淄博人，山东电力集团淄博供电公司，高级工程师；孙红霞（1973-），女，山东淄博人，山东电力集团淄博供电公司，技师。（山东 淄博 255000）

中图分类号：TM406 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）06-0230-02

变压器作为电力系统中十分重要的电气设备，其正常稳定运行对电力系统安全有很大的影响。因此，在实际变电站中应该采取合适的继电保护装置和措施保护变压器。

一、继电保护概述

电力系统继电保护的主要目的是分析电力系统故障、不正常运行状态并研究解决对策和反事故自动化保护措施，其基本任务是在电力系统处于故障或不正常工况时及时进行故障处理，分析故障发生的原因并在最短时间内自动切除故障。由于近年来电力行业发展迅速，继电保护装置的发展速度太慢，在很大程度上会造成严重的全系统长期大面积停电事故的发生，引发电力系统瘫痪。因此，考虑到电力系统全局，电力系统继电保护不仅应该可靠地切除系统中的故障部分，还应该分析切除故障后系统可能出现的工况，如不稳定运行等。电力系统继电保护可以在系统的正常运行被破坏时尽可能地限制影响范围，以减少经济损失。

二、220kV 变电站概述

1.变压器工作原理

变压器是变电站的主要设备。按照绕组类型，变压器可以分为双绕组变压器、三绕组变压器以及自耦变压器，其中自耦变压器每相的高低压共用一个绕组，在高压绕组中间抽出一个头作为低压绕组的出线。变压器两端电压高低与绕组匝数成正比，与电流则成反比。按照变压器的作用可将其分为两大类：升压变压器和降压变压器。为保证负荷不同时电压质量的合格，变压器电压应该与电力系统相适应，并且可以方便地进行不定期的分接头切换。

220kV的变电站中设有与变压器设备工作原理相似的电压及电流互感器。这些互感器可以按照相关规定，将一些高压设备及母线的运行电压或大电流以及母线负荷、短路电流等转换成低电压和小电流，以供测量仪表、继电保护以及控制设备等使用。需要注意的是，由于变电站系统中电流互感器两次的绕组总与负荷相连，接近短路故障状态，在实际运行中决不允许处于开路状态，以免对设备本身或变电站造成威胁和影响。

2.变压器运行继电存在的问题

作为变电站的主要设备，变压器通过电磁场调节电压，并通过切换分接头，调节输电线路中的负荷。在此过程中，变压器有可能会发生变电问题，引发电压不稳定或未达到固定值等问题，造成输电障碍。

（1）变压器运行电压异常。运行过程中的变电器会受到如温度、气体以及水分等很多因素的影响。这些因素很大程度上会阻断变电站中变压器的输电，从而使得输电电压异常。变压器的气体状况异常时很容易使信号发生跳跃，从而导致变压器的邮箱内部发生故障；变压器外部有短路发生时可能导致变压器温度升高，油面降低，电压不稳；而负荷过重时，变压器也会由于内部信号、磁场等的原因出现电压问题，并且对变压器本身有极大损害。

（2）变压器继电干扰异常。变电站的主要功能是通过磁场的作用进行高低压的变换，将由发电厂输出的电能进行变压，便于远距离输电，从而降低输电线路上的损耗，以实现电能的合理输送。一般来说，220kV以上变电站中变压器继电保护装置的电磁干扰来源主要有以下几个方面：

电力系统发生了短路故障；一次系统的干扰，比如雷击等；变压器的断路器本身发生了故障；工作时，工作人员接触设备外壳导致的火花放电以及话机的使用。

当变压器收到电磁干扰时这些电磁干扰会在整体上阻断整个输电线路，并且通过各种方式使得电磁干扰源和受到干扰的回路与设备连接起来，从而形成回路，对变压器的输电电压有着严重影响，使其发生严重故障。变压器的辐射干扰主要来源于两方面（高压开关场的干扰以及步话机幅射干扰），其中影响最大的高压开关场的电磁干扰包括通过同一电缆的各种耦合，如电容耦合、电感耦合及传导耦合等。它们会通过芯线相互间产生干扰电流，进而感应出干扰电压，并通过终端设备的共模干扰表现出来。由于在220kV以上的变电站中，变压器的继电保护和自动控制设备直接安装在开关场中，高压开关场的电磁干扰则成为主要的干扰因素。

3.220kV变电站变压器运行故障与保护形式分析

一般情况下，当变压器出现了以上所述的各种故障与异常情况时，应当在变压器中设置机电保护措施来发现、避免和切除故障，从而保障变压器的安全稳定运行。变压器设置保护装置的原则一般如下：

（1）气体保护：变压器的气体保护是指可以瞬时作用于变压器的运行控制信号上使其跳闸的跳闸式保护。变压器的气体保护主要对变压器油面降低以及变压器的油箱内部故障等问题进行控制保护。

（2）电流速断保护与差動保护：变电站中的变压器常用的一种保护形式就是电流速断保护与差动保护。这两种保护形式进行变压器保护时也是通过瞬间跳闸的方式实现的，一般用于对变压器出线端的短路，或变压器设备的内部故障进行控制与保护。

（3）过负荷保护：变电站中变压器采取的过负荷保护是依据变压器的运行状况，当其出现过负荷运行时，在其设备线路中设置过电流保护，对由于过负荷运行引起变压器中的过电流事故进行避免和控制。

（4）过流继电保护与温度信号保护：实际中，变压器运行时采取的保护形式还包括过流继电保护与温度信号保护两种。其中，过流继电保护作为变压器采取气体保护和电流速断保护的后备保护，其主要形式有带时限的跳闸控制、对变压器外部出现的短路及过电流故障进行保护；温度信号保护方式则是通过收集变压器的温度信号变化情况，检测控制变压器运行故障以及异常情况，进而保护变压器的运行安全。

三、220kV变电站变压器的继电保护措施分析

1.变压器运行状态措施

变压器运行时要对其整体运行状态进行全方位监控，以降低由于过负荷或外部短路所造成的输电风险，进而提高高压变电站的输电作效率，降低电力系统运行的经济成本。对变压器运行状态进行保护时，主要采取以上几种变压器故障的保护形式，如气体保护、电流速断保护与差动保护、过负荷保护和过流继电保护与温度信号保护。这些保护形式可以在很大程度上对变压器的运行状态进行检测和控制，从而保障其安全稳定运行。

2.变压器继电运行检测

（1）继电保护装置检验。对于变电站中的变压器，应当对其运行时的继电运行措施进行检查校验，将检验电流回路升流抑制，对变压器的继电保护装置进行检测。在变压器工作时，对变压器的继电器装置进行检测，首先确定改变定值的范围，接着改变接电线路。在进行变压器继电器检测校验的过程中，工作人员还需进行回路升压的校验，在这两次检验完成后工作人员应注意不能拔掉插件，以免出现变压器继电失误，从而引发故障。

（2）定值区的控制过程。在使用微机保护对变压器进行继电保护时会涉及到定值区的问题。一般情况下，通过机械特性和焊接点检查来分析微机保护的定值问题，从而对定值区进行控制。可以对定值区内的数值进行一体化、规划化以及标准化的处理，从而在很大程度上提高变电站变压器的输电能力和效率。实际中通常采用将大截面的铜线或者导线紧紧固定在接地网上的方式来解决变压器继电运行过程中定值规范的问题。

（3）保护装置的维护措施。为了确保变电站中的变压器在变电过程中的正常稳定运行，应当对变压器和继电保护装置进行定期的观察、检测、维修和护理。同时，工作人员还应当对电力系统本身发生的短路故障、变压器以及其他设备外壳产生的火花放电，以及话机的使用进行及时处理，以降低断路器本身发生故障的可能性。

3.变压器的抗干扰措施

为了保证220kV以上变电站变压器的继电保护设备和自动装置的正常运行，不仅要采取上述各种措施外，还应该保证继电保护的二次电子设备本身具有抗电磁干扰能力。设计和建设变电站时，应当将其抗干扰能力考虑在内，尽可能保证设备运行时，二次设备受到的电磁干扰低于其承受水平。可以采取以下几种措施降低干扰：

（1）在干擾源处降低干扰。主要措施为减小设备的接地阻抗，控制当高频电流注入时设备产生的电压，进而实现对输电线路整体调整与改观。与此同时，应当增加低阻抗的接地网的建设，使220kV变电站与地之间的电位差尽可能降低，达到减少二次回路干扰的目的。

（2）在二次回路上减低干扰。要降低整个变电站的电磁干扰水平，最关键和重要的是降低二次回路受到电磁干扰的影响，可以采用将一次和二次回路之间的耦合切断以及使用带屏蔽层的控制电缆的措施。也可以对开关场和控制室两端的接地采取合理的措施，以降低整体的二次回路受到干扰。通过屏蔽层在开关场和控制场的两端接地，可以降低暂态感应电压，屏蔽感应电流，并达到减少暂态电流产生的磁通的目的。

（3）在装置配线上提高抗干扰水平。在装置配线上提高抗干扰水平时，可以采取将继电保护盘端的开关场进线处的电容进行接地的措施，使得控制电缆引起的电磁干扰通过母线传回控制回路，进而屏蔽了控制电缆的干扰。除了以上提出的二次回路上抗干扰措施，微机保护盘上也可以进行抗干扰的实现，方法为展开阵对交流和直流电源的导线。

四、结论

220kV变压器作为高压电网的重要组成部分，其正常运行对电力系统的安全、稳定、可靠起着十分重要的作用。在实际工作中，应做好变压器运行维护工作，切实加强变压器的运行管理，发现隐患时及时排除，保障其安全可靠运行。

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（责任编辑：王祝萍）