220kV 变电站变压器运行和继电保护配置分析

高朝辉

（中广核新能源投资（深圳）有限公司内蒙古分公司，内蒙古 呼和浩特 010020）

当下，面对社会生产生活用电需求不断攀升的现状，在一定程度上增加了电网系统运行压力，需要通过合理布局设置变电站来满足电网供电需求，在缓解电网运行压力的同时，提高运行质量，这就对220kV 变电站的安全稳定运行提出了更高的要求。作为220kV 变电站核心设备的变压器，如果出现运行故障或异常，将直接影响变电站的可靠输出，所以，变电站运行检修人员对变压器的日常维护管理显得至关重要。

1 220kV 变电站变压器工作原理

对220kV 变电站变压器运行予以进一步分析，它的基本构成要素是双绕组变压器、三绕组变压器、自耦变压器，高低压每一相共同合用一相绕组，其中高压绕组中部分抽取一头即可作为地绕组出现变压器应用。注意保证电压高度与绕组匝数呈正向比，而产生的电流值与绕组匝数呈负向比。依据作用功能对变压器进行分类，可分为升压变压器和降压变压器，前者设置在电力系统的送电一端，后者设置在电力系统的受电一端，需要适当的调整变压器，使之电压值与电力系统的电压值相匹配，如此才能在完全不同的负荷状态下始终保证电压在合理范围内，避免出现高电压或低电压的情况，导致供电不稳定。依据接头切换形式对变压器进行分类，可分为负荷有载调压和无负荷无载调压，前者主要设置在受电一端的变压器站点之间。电压的互感器和电流的互感器的运行原理与变压器运行原理相同，主要是按照一定的标准比例，将高电压设备与母线电压转变为测量仪表与继电保护等，在规定的电压在符合之下电压互感器二次电压为100V，电流互感器的二次电流为1A 或5A。需要特别注意的是电流互感器实际应用的过程中可能出现异常情况，进而造成线路短路，威胁生命财产安全，所以在具体设置电流互感器的过程中需要加以注意。

2 变压器运行继电保护存在的缺陷

2.1 运行电压

220kV 变电站的实际运行环境复杂，一方面，是涉及电气设备及线路较多；另一方面，是存在诸多外界影响因素，这就使得变电站长期运行的过程中可能出现变压器输电质量不佳，甚至出现供电电压异常、引起电网电压波动的情况。如若未能及时发现并且有效处理，那么，将严重影响整个电网系统运行的安全性和稳定性。比如在外界因素影响下变压器瓦斯控制回路发生异常，可能造成重瓦斯保护信号异常动作，进而引发变压器误跳闸；比如，变电站出现线路短路，将直接影响变电站运行的稳定性，使之运行温度升高，同时油面降低，致使供电电压不稳定，也可能造成变压器内部故障。

2.2 运行环境中存在诸多干扰变压器继电保护可靠运行的外部因素

电力系统中220kV 变电站的主要作用是升高输入线路端的电压，在进行电能远距离传输时降低输送线路损耗，继电保护作为电力系统最重要的二次系统，对电力系统的稳定运行起着至关重要的作用。但是，在实际应用过程中，变压器继电保护容易受到某些因素的干扰，导致其未能充分发挥保护作用，致使供电电压的稳定性降低。具体而言，会干扰变电器继电保护的因素有：继电保护装置长期运行过程中受环境或自身元器件老化等因素的影响而出现故障，进而未能充分发挥保护作用；运行人员在进行设备巡视或其他工作时，近距离使用或携带移动通信工具，在其周围产生的强辐射电场或磁场耦合到继电保护电子回路中，感应出高频电压，进而产生电磁辐射干扰；电气设备操作过程中产生操作过电压，出现的高频电流导致产生高频干扰；电力系统出现直流系统接地故障，直流回路电压突变干扰继电保护运行；雷击、静电放电等现象的发生等。

3 变压器保护分类与作用

3.1 主保护

变压器主保护的根本目的是保证设备能够长期安全稳定运行，在故障发生时能够以最短的时限，有选择地切除被保护的设备和全线路的故障，进而使电网系统可以快速恢复稳定运行。变压器的主保护通常采用差动保护和瓦斯保护，差动保护可以在变压器发生引出线及内部绕组线圈的相间短路、电流互感器本体、绕组严重的层间短路等故障时瞬时动作切除故障，保护区为各侧电流互感器包围的区域，对于不同的差动保护功能，根据其使用的电流互感器不同保护区也不同，如自耦变压器保护的分侧差动保护，使用的电流互感器为高中压侧及中性点侧，所以，其保护范围为有电气联系的高中压侧绕组；瓦斯保护，属于非电量保护，当变压器发生油箱内部的相间短路、绕组与铁芯间短路、铁芯本体、油面下降或漏油、分接头接触不良等故障时，在故障点往往伴随有电弧的短路电流，造成油箱内局部过热并使变压器油分解、产生气体（瓦斯），严重时造成喷油、冲动瓦斯继电器，使其辅助触点闭合，瓦斯保护可灵敏反应动作，第一时间保护变压器本体的安全。

3.2 后备保护

变压器后备保护包括反应系统相间短路故障的（复合电压闭锁）（方向）过流保护、反应系统接地故障的零序（方向）过流保护（对于中性点不接地系统，配置间隙电压和间隙电流保护作为接地故障的后备保护）、过负荷保护等电气量保护以及油温高、压力释放、压力突变、绕组温高等瞬间作用发出信号的非电量保护。图1 为保护范围。

图1 保护范围

4 220kV 变电站变压器运行策略

4.1 选择质量高的变压器

目前，国内变压器市场型号多样、生产工艺不尽相同，相应的变压器的性能、质量也不尽相同。进一步了解变压器制作工艺水平，其硅钢片制作较为先进，制作工艺更精密，使得硅钢片越来越薄，更适用于变压器中，能够降低变压器空载损耗，使得变压器的节能效果提高。基于此，为了保证220kV 变电站变压器可以长时间安全、高效及低能耗地稳定运行，在变压器采购时，应当注意加强对技术方面的把关，通过详细了解变压器制作工艺水平及制作标准等方面，相对准确地判断变压器质量高低，进而根据电网结构及实际需要选择更适合的变压器。为了能够真正做到这一点，在具体选择变压器的过程中应当注意以下几点，即：（1）根据变压器相关技术标准，对变压器制作工艺技术予以了解和分析，尽可能地选择技术工艺更成熟的变压器生产厂家及品牌型号，避免后续应用的过程中出现这样或那样的问题；（2）从变压器设备生产、出厂试验、运输等环节进行全过程、全方位的质量监督把关，排除各环节可能存在的影响变压器原始性能、质量的因素。

4.2 强化现场安装、调试和验收管理

220kV 变电站变压器在现场安装、调试和验收过程中可能受人为因素、技术水平、安装工艺等方面的影响，由于作业人员行为不规范导致产生质量问题，比如，底座安装不固定、试验项目不全面、验收过程行动虚设等。为了避免变压器后续运行质量不佳，在进行变压器安装、调试和验收时，不仅要求作业人员专业水平较高，更要认真负责，细致、全面地做好安装、调试和验收工作，待变压器试验项目、调试参数、验收结论等方面符合相关规程规范要求的前提下，可立即投运。

4.3 提高巡视质量

220kV 变电站变压器长期运行的过程中还可能受环境因素、人为因素及设备本体因素等影响，导致其存在故障隐患或者异常情况，如若未能及时发现，并予以针对性的处理，那么可能造成变压器无法正常运行，影响供电。所以，要高度重视并且规范合理地展开变电站变压器巡视巡查工作，定期或者不定期地巡视检查变压器本体及附属连接线路等，判断是否存在变压器本体渗漏油、油温与油位变化、声音有无异常、冷却系统有无异常以及变压器压力释放阀、套管、器身等外观是否发生异常等，及时发现并分析问题产生的原因，针对性制定检修、维护等处理措施，保证变压器的稳定运行。

4.4 定期预防性试验

为了保护变压器运行安全，需要重视定期预防性试验，以便掌握变压器运行情况，确定是否存在潜在的故障隐患或安全风险，及时管控并消除不稳定因素，避免持续恶化导致异常或故障产生，导致变压器无法正常运行，甚至发生安全事故事件，对电网或人身造成严重后果。电气一次系统、电气二次系统等试验专业人员在试验过程中严格按照相关规程规范执行，从保证变压器安全稳定运行的角度出发，按照试验周期全面完成各项试验项目。

5 220kV 变电站变压器继电保护配置分析

220kV 及以上电压等级的电力设备应采用近后备方式，配置双重化保护，一般建议常规220kV 变电站变压器的继电保护按照如下方式配置。

5.1 主保护

主保护配置具体包括：（1）纵联差动保护，属于电气量保护，该保护只在保护区内短路时才动作，不存在与系统中相邻元件保护的选择性配合问题，因而可以快速切除整个保护区内任何一点的短路；（2）重瓦斯保护，属于非电气量保护，分为本体重瓦斯保护和有载调压重瓦斯保护，变压器发生内部故障时，瓦斯保护动作，瞬时跳开变压器各侧断路器。

5.2 复压过流保护

复压过流保护是作为变压器的后备保护，在变压器高、低压侧均配置。由于在进行变压器后备保护整定时，需要躲过变压器励磁涌流及低压侧负荷自启动电流，将导致整定的过流动作值过大，从而使得后备保护灵敏度降低，保护范围缩短，甚至不满足灵敏度要求。当电力系统出现故障时，常常伴随的现象是电流的增大和电压的降低，为了防止保护误动作，提高保护整定的灵敏度，需加入复压条件。变压器低压侧过流按照低压汇集母线相间故障有灵敏度并可靠躲过负荷电流整定，高压侧复压过流应对低压侧母线故障有足够灵敏度并躲过负荷电流。

5.3 零序过流保护及间隙保护

变压器中性点零序过流、间隙过流和零序过压，是保护设备本身引出线上的接地短路故障的，一般是作为变压器高压侧220kV 系统接地故障的后备保护。零序电流保护，是变压器中性点接地运行时的零序保护；而零序电压保护是变压器中性点不接地运行时的零序保护；间隙过流则是用于变压器中性点经放电间隙接地的运行方式中。变压器高压侧零序Ⅰ段按照本侧母线故障有灵敏度整定，与本侧出线零序电流保护配合，可选择是否带方向元件。零序Ⅱ段按与本侧出线零序保护最末一段配合整定。

间隙保护零序电压要大于在部分中性点接地的系统中发生单相接地时或中性点不接地变压器两相运行时可能出现的最大零序电压；要小于中性点直接接地系统中失去接地点时发生单相接地，开口三角绕组可能出现的最低电压。当取电压互感器开口三角时，3U0定值可正整定为180V；当采用自产零序电压时，3U0定值可整定为120V。

5.4 非电量保护

一般主要由瓦斯保护、压力释放、油温高、冷却器全停、油位异常保护组成，压力释放、油温高、冷却器全停、油位异常、轻瓦斯保护等保护功能一般动作发信号，不进行跳闸。

5.5 防干扰

变压器继电保护和自动装置的稳定运行，在一定程度上保证变压器始终处于可靠的运行状态。为了避免继电保护装置和自动装置受电磁辐射、高频电流、静电释放等因素的干扰，可通过降低相关设备的接地阻抗、应用智能化平台、实时状态监测等先进技术，充分考虑人员专业技能、周围环境因素和装置本体性能质量等关键因素，全面系统分析，保证电气设备不失配，继电保护和自动装置不误动、不据动、不越级。

6 结语

综上所述，220kV 变电站变压器运行可能受某些因素影响而增加运行电压或变压器继电保护干扰等问题。对此，一方面，需要优化变压器运行，比如，挑选高质量变压器、加强变压器安装检验、加强变压器运维；另一方面，优化变压器继电保护配置，比如，复压过流保护、零序过流保护等，提高变压器运行的安全性和稳定性。