220kv变电站变压器运行及继电保护研究

任玉龙

摘要：目前，我国加快了现代化和城市化建设的脚步，人们的生活质量得到了明显的提高。在这样的形势之下，人们对电力系统的要求越来越高。在电网系统中220kV高压变电站十分关键，220kV变压器运行对整个电网系统具有支撑作用，其运行效率在很大程度上影响了电网系统运行稳定性与安全性。本文对此展开一系列的分析和描述，对220kV变电站变压器在运行过程当中存在的故障进行总结，并且有针对性的提出相应的保护措施。

关键词：220kV 变电站；变压器；继电保护

引言

近年来，伴随着我国经济的快速发展，各个地区、各个领域的电力需求也在大幅上涨，220kV变电站变压器运行环境越来越复杂，其运行状态关系着整个电网运行情况，一旦220kV变电站变压器发生故障，不仅会影响电网的供电，而且会给电力企业造成较大损失，给人们的日常生活造成诸多不便。我国电力系统正处于快速发展阶段，这对于继电保护提出了更高的要求。因此，加强对变电站变压器运行的继电保护措施，综合分析出其运行中存在的问题，并制定出科学合理的改善措施具有重要意义。

一、220kV变电站变压器的运行

（一）220kV变压器的运行原理

220kV变压器是变电站的核心设备。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。220kV变压器能够掌控电网输电的全部过程，实现不同级别电压的安全转换，利用比例的关系约束电压转换。所以220kV变压器在运行原理的约束下，规范变电过程，具备安全、稳定的特性。

（二）220kV变压器运行存在的问题

结合当前220kV变电站变压器运行的实际概况，可知其中不同干扰因素的存在，导致其发生了运行异常情况。具体表现在以下方面：

运行中的温度异常。部分220kV变电站变压器运行中发生了温度异常情况，导致变压器难以处于正常的运行状态，加大设备故障发生率的同时给电力生产计划的安全实施带来了阻碍作用。因此，220kV变电站变压器运行中应注重温度敏感应器的合理设置，实现对变压器运行中温度的实时检测，进而采取相应的保护措施进行处理。

运行中的电流速度异常。若变压器运行中的引线、接线部分出现问题时，会造成电流速断现象出现。因此，实践过程中应加强电流速断保护方式使用，确保220kV变电站变压器内部结构设置有效性。

运行中的气体保护异常。若变压器运行中的油未达到标准要求时，会出现气体异常信号。因此，需要将气体保护方式应用于220kV变电站变压器运行中，实现对变压器油箱故障发生时的运行信号保护，确保其使用安全性。

运行中的超负荷异常。当220kV变电站变压器运行中发生电流故障时，会导致变压器超负荷情况的发生。因此，实践过程中应注重过电流保护方式的合理运用，促使处于超负荷运行状态下的变压器电流得以自动跳闸，实现对过电流事故的有效预防。

运行中的过流继电异常。当220kV变电站变压器运行中发生短路故障时，应降低变压器的安全性能，影响着变电站生产效益。因此，技术人员应注重变压器运行中基于时间限制的跳闸控制方式灵活使用，促使变压器运行中的短路故障发生率得以降低。

二、220kV变压器运行中的继电保护

（一）变压器运行继电所存问题

1电压故障

在220kV变压器运行的过程中，会受到气体、温度、水分等因素影响。这些因素很大程度上会阻断变电站中变压器的输电，使得变压器输电电压不稳定。

变压器的气体状况异常时很容易使信号发生跳跃，从而导致变压器的油箱无法正常运行，严重影响220kV变压器的安全性和稳定性。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。当输电线路电力负荷过重时，220kV变压器会由于磁场、内部信号等原因造成电压异常，损坏变压器内部零部件，并且对变压器本身有极大损害。

2 继电干扰故障

220kV变压器在磁场作用下，进行高低压的变换，将由发电厂输出的电能进行变压，便于远距离输电分配到电力用户端。在实际应用中，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：其一，220kV变压器的断路器本身出现故障；其二，工作人员在靠近 220kV变压器的地方使用电话机，或者接触变电器外壳产生火花放电；其三，一次系统的干扰，比如雷击、大雨等对220kV变压器干扰。

当变压器受到电磁干扰时，这些电磁干扰会在整体上阻断整个输电线路，并且受到电磁干扰的设备和回路通过多种方式和电磁干扰源组成回路，严重影响220kV变压器的输电电压，造成严重故障。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），而电压干扰比较明显的是同一条电缆线路的传导耦合、电感耦合、电容耦合等，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。

（二）常见的保护形式

气体保护：在220kV变压器运行过程中，瞬时作用在控制信号上，使变压器发生跳闸的一种保护形式，其主要用于220kV變压器油箱故障或者油面降低的控制保护。

差动保护和电流速断保护：是220kV变压器继电保护最常见的一种形式，其对于变压器内部零部件故障或者出线端短路故障，通过瞬间跳闸方式实现控制保护。

过负荷保护：根据220kV变压器的运行情况，当变压器过负荷运行时，在220kV变压器输电线路中设置过电流保护，用于控制和避免过负荷引起的过电流事故。

温度信号保护和过流继电保护：温度信号保护是指结合220kV变压器的温度信号变化状态，检查变压器的异常情况和运行故障，报障变压器的安全、稳定运行；过流继电保护是220kV变压器电流速断保护和气体保护的一种后备保护形式，对过电流故障和变压器外部短路故障进行保护，实现带时限跳闸控制。

（三）变压器继电运行检测

1.继电保护装置检验

在对220kV变电站变压器运行时的继电运行措施进行检验时，应做好检查校验，抑制电流回路升流，检测变压器的继电保护装置以保证其安全性。首先，确定220kV变压器定值改变范围，调节接电线路，在检测校验继电器过程中，还要注意检验回路升压，完成这两个检验后，为了避免 220kV变压器出现继电失误，不能立即将插件拔掉，可等待一段时间后再拔掉。

2.定值区控制

220kV变压器使用微机保护时，可通过检查焊接点和机械特性，确定微机保护定值，有效控制定值区。对定值区数据进行标准化、规划化和一体化处理，提升220kV变压器的输电效率和输电能力，在实际应用中，可在接地网上固定大截面导线或者铜线，解决220kV变压器定值规范问题。

3.继电保护装置运行维护

为了确保220kV变压器始终处于安全、稳定的运行状态，应做好继电保护装置的运行维护，定期进行护理、维修、检测和观察，在工作时间，工作人员应尽量避免使用话机，采取有效维护措施，及时处理变压器外壳火花放电和短路故障。

（四）保护装置

1.变压器的运行保护

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。在对变压器进行运行保护时，应利用性能可靠的继电保护装置，并加强继电保护手段配合使用。从而保证继电保护行为的正常进行，提高变压器运行的稳定性和安全性。应严格遵循继电保护装置运行原则，优化继电保护装置性能，实现对电压器运行故障预防。然后应对继电保护装置行为进行规范，确定继电保护装置的保护范围，保持其良好的实践应用效果，并落实继电保护装置运行中的维护工作，提高变压器短路故障处理效率，确保其工作性能良好性。

2.变压器的状态保护

为保证变压器运行状态的稳定性，可以通过继电状态保护来消除各类风险，主要包括差动保护、过流继电保护以及气体保护等。加强差动保护方式使用。针对变电器运行中可能出現的运行故障，电力技术人员应在差动保护发生的作用下。加强变压器运行状况分析，了解其运行状态，实现变压器的有效保护；提高过电流保护方式利用效率。基于电流作用下变压器故障的产生，加大了变压器的运行风险，需要在过电流保护方式的支持下，加强故障处理，优化变压器的安全性能；重视气体保护方式使用。在气体保护方式的作用下，通过对变压器油箱的有效控制，并进行必要的调节，能够增强变压器运行稳定性。

3.变压器的抗干扰保护

（1）降低干扰源干扰。实践中可采用带屏蔽层的电缆线路，减少配线使用中对变压器产生的影响，发挥继电保护优势；

（2）降低二次回路干扰影响。当高频电流注入220kV变压器时，控制设备电压，降低变压器接地阻抗，调整输电线路，设计低阻抗接地网，降低大地和220kV变压器之间的电位差，减少二次回路干扰。通过对变电器运行中二次回路的严格把控，注重其使用中的耦合及切断，并设置屏蔽线缆，促使回路抗干扰能力逐渐提高；

（3）重视干扰源应对。设置变压器过程中应适当减小接地地租，将其电位控制在合理的范围内，通过母线将电缆线路产生的电磁干扰传回，屏蔽电缆线路干扰，提高继电保护装置配线抗干扰水平。

结束语：

电力市场改革步伐正在加快，这对电力基础设施性能的可靠性提出了更多的要求。在220kV 变压器的实际运行过程中，变压器经常受到各种因素的影响而出现运行上的故障，为了保障220kV 变压器运行的安全性与稳定性，就必须做好220kV 变压器的运行管理，采取科学合理的继电保护措施，及时排除变压器隐患。电力企业将220 kV变压器作为继电保护的主要对象，一方面保护变压器的安全；另一方面提高供配电的基本效率。

参考文献：

[1]马志学.变压器油中溶解气体分析使用的判断方法[J].科技信息，2007，（7）：76.

[2]刘水平.电力系统继电保护的组成及故障探讨[J].科技与生活，2011，（11）.

[3]郭志鹏.浅谈电力系统继电保护[J].黑龙江科技信息，2011，（15）.

[4]章坚民，朱炳铨，赵舫，等.基于IEC 61850的变电站子站系统建模与实现[J].电力系统自动化，2004，（21）.

[5]黄明辉，邵向潮，张弛，等.基于OPNET的智能变电站继电保护建模与仿真[J].电力自动化设备，2013，（5）.

[6]侯念国，孙红霞，孙华，等.220kV变压器的运行及继电保护措施分析[J].中国电力教育，2014，6：230-231.