变压器间隙保护在电力系统中的应用与分析

变压器间隙保护在电力系统中的应用与分析

贺得珺   郭光建

国网甘肃省电力公司白银供电公司  甘肃白银   730900

 摘要：本文旨在探讨变压器间隙保护在电力系统中的重要性以及其应用与分析。文章将介绍变压器的基本原理和功能，深入探讨变压器间隙保护的原理、类型。分析变压器间隙保护在电力系统中的实际应用，包括其在防止短路、绝缘故障和电压波动等方面的重要作用。通过分析实际案例，本文将评估变压器间隙保护的效益以及其对电力系统的贡献。并为电力行业工作者提供有关变压器间隙保护的深入洞察，以便技术人员更好地理解和应用这一关键技术。

关键词：变压器间隙保护；电力系统；可靠性；安全性；短路保护

一、引言

电力系统作为现代社会不可或缺的基础设施之一，为各行各业提供了稳定而持续的电能供应。在电力系统中，变压器作为能量转换和传递的核心元件扮演着关键的角色。它们用于升压、降压和分配电能，确保了电能在长距离传输和终端用户之间的高效转换。所以，变压器的可靠性和安全性对电力系统的稳定运行至关重要。但是，随着电力需求的不断增加和系统负载的增加，变压器在其寿命期内可能会受到多种内部和外部因素的影响，这些因素可能导致故障或损坏。为了确保变压器的安全运行，变压器保护成为了一个至关重要的考虑因素。在这一背景下，变压器间隙保护作为一种有效的技术工具，旨在检测并应对潜在的故障情况，以维护系统的可靠性和可用性。[1]

二、变压器基本原理与功能

电力系统中的变压器是一种关键性设备，其主要功能是实现电能的转换和分配。变压器通过变换电压水平，既提高电压（升压）也降低电压（降压），从而有效地传递电能。这种能力使得电能能够在长距离的输电线路中以高电压传输，从而减小了输电损耗，在终端用户处以适当的电压水平供应电能。

变压器的基本构造包括主要的磁性元件，通常由铁芯包围的一对线圈组成：初级线圈和次级线圈。当电流通过初级线圈流过时，产生的磁场穿过铁芯并感应到次级线圈，导致次级线圈中的电流流动。这个现象遵循著名的电磁感应定律，根据变压器的线圈匝数比例，电压在初级和次级线圈之间发生变化。所以，变压器的电压变换比取决于线圈匝数的比值，这是控制电压转换的关键因素。

除了电压转换，变压器还具有隔离电路的重要功能。通过变压器的使用，电能可以从一个电路传递到另一个电路，并保持电气隔离，从而提供了安全性和保护性。这一特性对于保护电力系统中的设备和人员非常关键。

三、变压器间隙保护原理

变压器在电力系统中的关键性使其容易受到各种内部和外部因素的影响，这可能导致故障或损坏。变压器间隙保护作为一种重要的保护机制，旨在检测这些潜在的问题并采取适当的措施以确保变压器的安全运行。[2]

间隙保护是指为变压器中性点间隙接地保护成套装置。主要用于110KV和220KV变压器中性点过电压保护。间隙保护用两根尖端电极，一根接在设备电压端，一根与接地网连接，两根金属棒尖端相对，但是中间有间隙，当过电压进入设备时，该间隙先被过电压击穿导通，从而避免设备被过电压击穿。

随着对电力中性点保护研究的深入，避雷器和间隙并联保护的保护方式在电力系统和工矿企业中越来越普及。110KV和220KV变压器中性点过电压保护主要采用有间隙保护、避雷器保护、间隙与避雷器并联保护三种方式。

四、变压器间隙保护的应用

变压器在电力系统中扮演着至关重要的角色，因此其可靠性和安全性的保障是电力系统运行的核心任务之一。在变压器的运行中，中性点接地问题尤为重要，尤其在110kV和220kV有效接地系统中，以及当存在局部不接地情况时，需要特别的关注。为了解决这些问题，变压器间隙保护技术，包括间隙放电和间隙零序保护，被广泛应用。

中性点间隙接地零序过流保护在变压器的保护中扮演着关键的角色。该保护措施基于电流监测原理，通过测量间隙接地回路零序电流，可以快速检测到中性点接地问题。动作电流通常取自间隙接地回路零序电流互感器的二次电流，根据运行经验通常取为100A。在出现中性点接地问题时，保护动作将在0.3秒内切断变压器高压侧的开关，迅速隔离故障。

另一方面，中性点间隙接地零序过电压保护是针对系统失去中性点直接接地而又发生单相接地的情况而设计的[3]。该保护机制基于电压监测原理，测量变压器开口三角形绕组的电压。在系统失去中性点直接接地的情况下，当单相接地发生时，电压将升高。根据实际测量，保护动作电压通常整定为180V，时间设置在0.3到0.5秒之间，以确保避免暂态过电压的影响。一旦动作，它将切断变压器高压侧的开关，以保护系统免受潜在的损害。

在实际运行中，这两种间隙保护机制的应用帮助确保变压器的安全性和可靠性，同时保护电力系统不受局部不接地或低压侧问题的影响。这些保护机制在电力系统中的应用，充分体现了电力工程领域的创新和技术进步。通过合理的保护设计，电力系统能够更好地应对各种潜在故障和问题，提高系统的可用性和稳定性。

五、案例分析

5.1 案例一

在我国的一个大型变电站中，一次供电变压器中性点接地，其中性点形成了一个接地环路。在实际操作中，由于某种原因，可能出现了中性点不接地的情况，但这一变压器在低压侧仍然需要供电电源或电动机负载。此时，中性点间隙接地零序过流保护的作用就凸显出来。保护系统通过监测变压器中性点回路中的零序电流，以检测接地故障，并在检测到过流情况时，及时切断变压器的低压侧开关，以避免电流继续流向故障点，确保系统的安全运行。

5.2 案例二

在另一个我国南方的电力系统中，一次供电变压器的中性点接地形成了一个接地环路。在这种情况下，中性点间隙接地零序过电压保护的作用显而易见。当系统失去中性点的直接接地，并发生单相接地时，这种保护将监测电压的零序成分。一旦检测到零序电压超过保护设定值，保护系统将及时跳闸，切断电源，以防止电流继续流向故障点，避免电气设备受到损害。

这两种保护技术的整定值和动作时间需要根据具体系统的特点来确定，以确保对故障情况的灵敏检测，并避免误动作。在国内电力系统中，这些保护技术的应用已经取得了良好的效果，保障了电力系统的可靠性和安全性。

六、未来展望

在未来随着电力需求的不断增长和电力系统的不断发展，变压器间隙保护技术将继续发挥关键作用，也将迎来新的挑战和机遇。

第一，随着电力系统的智能化和自动化程度的提高，变压器间隙保护技术将变得更加智能和自适应。

第二，环保和可持续性的重要性将在未来进一步凸显。在电力系统中，减少能源浪费和环境影响将成为主要目标。未来的变压器间隙保护系统将更多地关注能源效率，通过优化电能转换和分配，降低损耗，并支持可再生能源的集成。

第三，随着电力系统的不断扩展和互联，网络安全将成为一个重要的议题。变压器间隙保护系统需要不仅仅关注电气参数，还需要考虑网络通信和数据安全。未来的发展将包括更多的网络集成和先进的加密技术，以确保系统的完整性和可用性。

最后，国际合作将继续在未来推动变压器间隙保护技术的发展。经验和知识的共享将有助于提高技术水平，并加速创新。未来，可以期待更多的国际标准和最佳实践的制定，以确保全球电力系统的互操作性和可持续性。

七、结论

变压器间隙保护技术在电力系统中的应用与分析揭示了其在维护系统的可靠性和安全性方面的关键作用。通过深入研究其原理和应用，证实了其在短路保护、绝缘故障检测和电压波动抑制等领域的实际效益。通过案例分析，展示了该技术在国内电力系统中的成功应用，强调了其快速响应和自动化特性。未来，随着技术的进一步发展，变压器间隙保护技术将继续发挥关键作用，面临新的挑战和机遇，支持电力系统的可持续发展。

参考文献：

[1]杨帛润,邵梦宇.110kV变压器中性点间隙保护的配置与整定[J].化工自动化及仪表,2020,47(05):413-415+439.

[2]孙金伯.有关主变压器中性点间隙保护的几个问题[J].电世界,2019,60(08):16-19.

[3]罗平.变压器零序保护和间隙保护的配合[J].科技创新与应用,2016(09):43-44.