110kV主变压器保护继电保护分析

张迈 陈鹏 冯驿棋 曹松伟 刘阳

（1.国网南通供电公司 江苏省南通市 226000 2.国网江苏省电力有限公司检修分公司 江苏省南通市 226000）

电力系统出现故障后，继电保护和自动化装置就会立即发出相应的预警信号[1]，并实时的、智能化的切除相关的电力保护设备运行系统，当电力故障情况不太严重时，继电保护系统就会对电力故障及时的修复，保证电网稳定运行和电力系统正常供电。当然，电力系统在实际运行期间，会受到各种外界环境因素以及认为因素的影响，加上相关工作人员操作不规范，会直接导致机电保护和自动化装置受到不同程度的损害，降低其使用寿命。因此，电力企业以及有关部门应该不断学习电力运行的相关知识，加强技术管理，解决相关电力故障问题，从而促进电力系统的安全性和可靠性。

1 110kV变电站主变压器与继电保护系统分析概述

1.1 变电站主变压器的优缺点以及主要特点

1.1.1 110kV 变电站主变压器的优缺点概述

（1）主要优点。110kV 变电站主变压器，可以为相关电力工作人员提供安全可靠的数据信息，当电力系统出现运行问题时，它们还可以及时的发出报警信号并对系统故障的情况进行相应的记录。另外，变电站中的主变压设备还结合先进的互联网技术，对电力系统的运行速度和强度进行协调和控制，并和GPS功能充分配合，实施电力系统自动化处理。

（2）主要缺点。110kV 变电站的主要问题为“五防闭锁”，“五防闭锁”主要是防止带负荷分、合隔离开关；防止误分、误合断路器、负荷开关、接触器；防止接地开关处于闭合位置时关合断路器、负荷开关；防止在带电时误合接地开关；防止误入带电室。简单的说就是对于那些自动控制系统的封闭隔离开关等实用性功能，很多综合性能较好的电力系统还没有达到相关技术标准，例如，隔离开关的机械转动运行情况会直接影响自动化变电站的组织效率，为后期变电保护工作的开展带来了一定的难度，这样就不利于闭锁生产电能的管理工作，相关产品在研究与开发领域得不到有效的技术创新和切实的技术应用，严重时可能会发生安全意外事故，进而威胁工作人员的生命财产安全[2]。

1.1.2 110kV 电力变压器的主要特点

（1）铁心主要由晶粒取向、低损耗。冷轧以及高导磁率的硅钢片组成，厚度应≤0.35mm，45.5°全斜阶梯接缝形重叠，进而满足变压器电能损耗低、噪声低等要求，铁心的周围表面应该涂抹适当的防锈漆，进而防止潮湿、防止生成铁锈。

（2）高压线圈应该采用纠结式连续模式。相关设计人员应该在线圈的首端部位设置加强段，从内部结构上改善冲击电压的分布；中低压线圈应为连续式或者螺旋式，利用半硬的铜线绕制组成，在绕制过程中，线圈应该拉近设置，并保证线压沿着圆周的方向慢慢变紧，以此来提高线路能够承受过大的辐向作用力。应该说明的是，高低压线圈均应采用导向冷却方式，进而确保线圈呢能够及时散热，同时安全分布时应科学合理，避免漏磁情况，提高线圈的抗短路能力。

（3）变压器的引线应进行冷压技术连接。各部分连接应该紧凑且机器设备装配完整，线圈的接口处应使用绝缘性能较高的绝缘保护部件，采用变压法来提高变压器身的干燥程度，加强变压器的绝缘保护。

（4）油箱结构设计方面。禁止设计出十字接头焊接的方案，可以选择自动埋弧焊和CO2气体焊接保护，从而减少油箱焊接漏油现象，其中，焊缝检测应该采用超声波探伤检测技术。

（5）选用全密封结构进行储油柜的安装与管理。采用此种管理模式就可以保证变压器内部运行的油不会受到外界空气、水分的干扰，有效的减少其他环境因素进入油箱内而降低变压器的绝缘性下降[3]。

（6）采用有效的定位结构对主变压器进行保护。利用此种保护模式确保其在运行过程中不会在运输和负载运行导致器身发生移动。除此之外，总装应该采用真空注油工序流程，把变压器内的潮气全部排除进而使得绝缘内部的有关气体可以彻底溢出，达到变压器内的油彻底绝缘隔离。

1.2 电力系统继电保护系统的概述

继电保护系统主要是指当电力系统发生故障或者出现其他异常，在时间最短的情况下运用最小的区域范围内，智能、自动的把故障设备的危险点切除，并向电力系统发出一系列的预警信号，从而减少或者避免电力设备发生损耗对供电地区产生不利的影响。

1.2.1 基本工作原理和主要构成部分

电力系统的继电保护装置主要是通过电力系统保护的重要元件，避免发生短路故障或者发生异常情况时电气量出现异常变化，包括电流、电压以及功率产生异常状态。110kV 继电保护装置以及供电网的运行设备由两套交、直流输入、输出回路相互独立，并分别控制不同断路器的继电保护装置进行保护管理。当任一套继电保护系统装置或者某一组断路器拒绝操作运行时，就可以由另一套继电保护系统切除故障。继电保护系统动作的工作原理，还会涉及到其他物理变量，在通常情况下，不管反应哪种物理量，继电保护装置系统都由测量部分（和定值调整部分）、逻辑部分以及执行部分三部分组成。

1.2.2 继电保护装置的主要工作任务

（1）当电力系统的重要元件出现短路故障问题时，继电保护装置应立刻将故障元件的主要断路器进行跳闸切电处理，从而保证故障元件能够和电力系统有效隔离并断开，最后减轻相关人员对电力元件设备的损耗情况，降低对供电系统运行的风险干扰因素，确保供电配网的稳定运行。

（2）当反应电气设备无法正常运行时，继电保护装置会结合设备的实际故障情况和设备运行维护管理条件的不同，发出相应的预警信号，以便于值班人员有针对性的解决处理，或者相关保护装置系统自动的对故障问题进行分析、调整，并将继续运行引发事故的电气设备关键部门进行彻底切除，在反应不正常情况下，继电保护装置可以带有延时动作。

2 110kV变压器继电保护系统的主要问题

2.1 开关拒合出现问题

110kV 继电保护系统的常用保护装备为电流保护装置和电流速断保护装置。而供输电地区是否能够保障供电系统运行通畅的主要因素是开关性能完整，在时间不断流逝以及开关部分零件出现老化的情况下，加之负电荷容量的迅猛增长，110 开关相继发生了无法拒合的故障现象，导致此种现象发生的主要原因有两种，一是由于开关在焊接过程中，关键节点没有连接好，致使在某一角度卡主而不能达到原来的设定状态，在检测维修过程中，工作人员疏忽大意，没有发现此类问题，导致问题持续存在；二是110 开关的设计不合理，存在严重的短路问题，最终造成开关拒合情况出现，维修部门的人员应加强故障排查，尽量减少此类故障发生的概率。

2.2 主变差动出现问题

主变差动故障是110 变电站在运行期间经常出现的问题之一，以某企业的110kV 变电站为例，该企业拥有两台40005kVA 容量的主变机器设备，并采用国电南瑞DSA 系列变电站成套保护装置，在设备维修检查过程中，发现110kV 其中一台主变差动保护装置设备显示“比率差动动作”，另一台主变差动保护装置及相关附属设备没有发现异常情况，高低压测电流互感器的外观正常没有出现破损迹象，保护装置的开关端子排二次电流接线处烧焦凝结并炭化。对于主变差动故障的原因有很多种：

（1）差动保护装置的零部件出现故障，老化现象严重无法正常运转；

（2）装置内部结构出现问题；

（3）主变气体继电器误动；

（4）电流互感器出现故障；

（5）在二次电流回路过程中，发生断线、接地或者相关短路故障。

维修检测部门应该开展全面的系统检测和检查工作，排除主变本身故障风险，并应用先进的设备处理技术，提升其使用性能。

2.3 低压侧近区出现问题

大量的电流冲击变压器造成变压器的运行效果降低最后导致低压侧近区出现故障。例如，在主变低压侧母线出现异常状况时，会对主变区域冲击非常大。因为在主变差动保护装置的保护范围之内，只能凭借主变低压侧后备保护动作进行切除，根据实际的配合情况，最起码需要1s才能进行切除，当低压区侧出线出口发生短路故障时，可能由于短路电流相对较大，导致电流互感器严重饱和，该线路保护拒动。

3 加强110kV变压器继电保护的安全措施

3.1 制定科学的开关拒合方案

供电企业以及相关维修部门应该在周密分析的基础之后制定几套维修方案来解决开关闭合问题。例如，在对继电器进行连接时，应该适当延时开关闭合连接点，并进行调试，从而避免开关拒合出现问题；如果110kV 在刚启动时，受到供电负荷的冲击性较小，这样可能造成部分继电保护装置无法运转，进而无法满足大量电流负荷的生产需求，此时可以对开关进行性能调节。

3.2 进行差动整值计算来改善主变差动故障

在遇到主变差动故障时，首先，应避免主变压器最大负荷情况下平衡电流进而计算差动定值，统筹情况下，主变压器按照高压侧二次额定电流的6-21 倍正定设置，根据相关计算，确定主变差动保护无误，排除整定值引起误动的概率；其次，应对保护装置进行全面检查，再检查直流回路，校验直流回路的检测参数是否与出厂时保持一致；最后，检查主变外观是否出现渗油漏油情况，呼吸器、防爆管以及压力释放阀是否异常。除此之外，还应该聘请专业的技术人才对电流互感器、二次回路线路进行检查，排除相关安全隐患。

3.3 通过速断来解决低压侧近区问题

应设置具备限流断速功能的过流保护设备来尽量减少低压出线速断、高压侧闭锁过流造成低侧母线敏感度较高的情况。值得注意的是，低压过流应分为限时速断以及过电流段两个部分，限时速断用来控制速断现象，过电流主要控制速断现象在低压侧近区出现问题时，保护相关断路器设备，做到线路问题能够及时的被解决。

3.4 加强闭锁操作管理

相关企业应该在110kV 电站上配备具有闭锁功能的综合控制系统，从而帮助工作人员对设备内部问题进行准确的判断和预测，当出现故障时，及时的向值班人员发出预警信号，降低人工出现失误的状况，另外，控制系统的闭锁功能还可以有效解决电容器跳闸现象，假设电容器的开关在5 分钟之内总是跳闸，就会引起安全意外事故，而控制设备的闭锁功能可以较好的解决这一问题，在进行一系列的修复之后，将开关按钮恢复原位，帮助工作人员排除设备各种运行风险。

3.5 加强设备的维护、更新与改造工作

首先，在对110kV 变电站进行维修检测过程中，维修人员应该严格遵守企业的维修规章制度，明确自身的工作职责，做好电气设备的日常检查和处理，对于在日常生活中的故障问题，相关人员应科学的制定解决方案，降低设备出现故障的概率，延长设备使用周期，减少企业的生产运营成本；其次，应加强设备的维护管理，企业应该聘请专业的维修技术人员对变电站的设备运行状态进行检查，并对重要设备的零部件进行基础和深入的维护管理，加强日常保养工作，提升机械设备的整体使用功能；最后，企业应该投入一定的建设资金来营造一个良好的设备运营环境，同时也为工作人员制造一个好的工作环境，管理部门还应该不断借鉴学习国内外先进的电气设备管理技术，引进高效的生产设备，扩大企业的减少规模。

4 结束语

总而言之，110kV 主变压器继电保护是一个漫长而又艰巨的任务。相关部门的管理人员应该不断树立自主创新意识，加强设备的技术管理，提升员工的综合素养，在不断与时俱进的基础上，因地制宜，统筹规划，最后促进社会的可持续发展。