論電力變壓器后備保護(hù)配合研究

楊林濤，尹莉欣

(國網(wǎng)山西省電力公司，太原 030001)

論電力變壓器后備保護(hù)配合研究

楊林濤，尹莉欣

(國網(wǎng)山西省電力公司，太原 030001)

電力變壓器是供電網(wǎng)絡(luò)中不可缺少的重要設(shè)備,聯(lián)絡(luò)著輸電線路與配電網(wǎng)絡(luò)，在發(fā)電、輸電、配電環(huán)節(jié)中起著提高電壓以便于遠(yuǎn)距離輸送以及降低電壓給負(fù)荷供電的關(guān)鍵作用。其可靠、穩(wěn)定性、安全性和穩(wěn)定性直接決定著整個(gè)電網(wǎng)的安全性和穩(wěn)定性。 因此需要根據(jù)變壓器的容量，電壓等級、負(fù)荷性質(zhì)等因素選擇適合的保護(hù)配置，在分析變壓器后備保護(hù)不能可靠動的原因的基礎(chǔ)上，提出了后備保護(hù)所應(yīng)改善的方向,并提出了其在后備保護(hù)中的整定方案。

后備保護(hù)；三段式；靈敏度；復(fù)壓閉鎖

自“十一五”以來，我國電力需求增長迅速，電力供應(yīng)日趨緊張，來自全國電網(wǎng)的高速建設(shè)和政府對固定資產(chǎn)的投入直接拉動了對輸變電市場的投入，電力變壓器也在各行各業(yè)中體現(xiàn)了其重要性，如電壓變換、阻抗變換、隔離、穩(wěn)壓等。為了保證其運(yùn)行可靠性，保護(hù)裝置的配置就顯得尤為重要，但在大型電力變壓器中低壓側(cè)母線中,容易出現(xiàn)斷路器拒動的情況, 此時(shí)就需要合理配備變壓器后備保護(hù)，使得變壓器出線上出現(xiàn)的問題不會影響到主變的正常運(yùn)行。在當(dāng)前變壓器的保護(hù)裝置運(yùn)用中當(dāng)其內(nèi)部發(fā)生短路故障或出現(xiàn)空越性故障時(shí)，變壓器兩側(cè)同極性端的二次測量會發(fā)生變化，從而產(chǎn)生差流，當(dāng)差流達(dá)到額定值時(shí)，引起開關(guān)動作，切除故障設(shè)備。達(dá)到保證主變壓器不受損害。再以三段式過流保護(hù)做其后備，與其可靠配合。隨著保護(hù)裝置的不斷升級，主動保護(hù)的靈敏度得到很大的提升, 做為后備保護(hù)的整定影應(yīng)就有必要繼續(xù)加以改進(jìn),加強(qiáng)靈敏度配合, 只有過流和延時(shí)作為動作判據(jù)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)實(shí)際要求的。

1 現(xiàn)階段應(yīng)用中后備保護(hù)實(shí)現(xiàn)狀態(tài)

現(xiàn)階段中、低壓變壓器普遍采用的后備保護(hù)通常為瓦屋斯保護(hù)與主變差動保護(hù)。對外部故障引起的過電流也可起到保護(hù)作用，而根據(jù)電力用戶的具體情況，當(dāng)客戶用電負(fù)荷較大，接近額定電流時(shí)，采用普通三段式保護(hù)，不能可靠保證其靈敏度，在此情況下，其后備保護(hù)通常采用復(fù)電保護(hù)，由零序電流加負(fù)序電流做為選擇條件。這種條件均滿足的情況下可較為準(zhǔn)確的選擇故障情況，而對于單相接地故障引起的中性點(diǎn)偏移而引起的不平衡電流則可以做為零序保護(hù)動作的判斷條件，此條件選擇廣泛應(yīng)用于中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中。但當(dāng)前仍存在靈敏度過低、動作時(shí)間過長和由于低壓側(cè)保護(hù)拒動造成高壓側(cè)、中壓側(cè)保護(hù)動作而引起全站失壓等問題。致使保護(hù)裝置的選擇范圍變得遲鈍，不能及時(shí)、有效的切除故電設(shè)備，會對電網(wǎng)構(gòu)架帶來較大損害，應(yīng)盡量避免。圖1為保護(hù)裝置配置圖。

圖1 保護(hù)裝置配置圖

2 變壓器的后備保護(hù)應(yīng)當(dāng)具備的功能

電力變壓器的后備保護(hù)配置應(yīng)在各側(cè)硬件獨(dú)立設(shè)置，當(dāng)變壓器內(nèi)部或外部發(fā)生故障時(shí)，回路上的保護(hù)在未能及時(shí)斷開斷路器時(shí)，經(jīng)過延時(shí)準(zhǔn)確斷開后備保護(hù)，盡可能減小停電范圍是后備需要達(dá)到時(shí)的基本要求，其必須具備以下條件：

(1)過流保護(hù)：通常采用三段式，在中、高壓系統(tǒng)中需采用復(fù)壓閉鎖保證其靈敏性。如系統(tǒng)需要可選擇方向性，通常只在一、二段可選擇方向性,而三段不需方向性。

(2)在中、低壓系統(tǒng)中，一般采用中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)，發(fā)生單相接地時(shí)，零序電流的產(chǎn)生可做為有效的故障判定條件，此時(shí)加入三段式零序電流保護(hù)就顯得很有必要，通常以只在一段、二段中選擇方向性。

(3)在中壓系統(tǒng)中，有時(shí)變壓器采用中性點(diǎn)經(jīng)間隙接地方式中,此種方式可有效限制短路電流，保當(dāng)發(fā)生相間短路，短路電流足夠大則放電間隙被擊穿,間隙間的二次加路中也會感應(yīng)出零序電流，此電流也可做為保護(hù)裝置動作的有效判據(jù)，作用于開關(guān)跳閘。當(dāng)零序電流超過整定值作用于保護(hù)裝置動作,延時(shí)跳閘。

(4)過負(fù)荷、啟動風(fēng)扇、閉鎖調(diào)壓功能：三項(xiàng)功能以三相電流中最大值計(jì)算，當(dāng)超過整定值時(shí)，過負(fù)荷作用于裝置告警；啟動風(fēng)扇和閉鎖調(diào)壓功能作用于高壓側(cè)。

3 現(xiàn)有高低壓后備保護(hù)配合存在的問題

(1) 以現(xiàn)有最常用的Y/Y/△-12-11 或Y/△-11 的變壓器來分析， 對于變壓器低壓側(cè)兩相短路故障，如CA 兩相短路，忽略負(fù)荷電流，Ifb=0，Ifa+Ifc=0，Ufa=Ufc；用標(biāo)么值表示時(shí)高、低兩側(cè)的電流關(guān)系為Ifa1=Ifa1j30Ifa2=Ifa2j30；

用相量圖表示低壓AC相短路時(shí)高壓三相電流關(guān)系則如圖2所示。

圖2 低壓AC相短路時(shí)高壓三相電流關(guān)系

可見變壓器高壓側(cè)A相電流與B、C 相電流相位相反，幅值較大。所以，變壓器發(fā)生出口側(cè)接地故障或相間擊穿故障時(shí)，低后備保護(hù)定值的整定按照過流值處理，但高后備保護(hù)定值只有按照單相過流整定。變壓器的低壓側(cè)CA相發(fā)生故障時(shí)，低壓側(cè)的A相電流與正序分量幅值關(guān)系Ifa=Ifa1，由圖2可見，高壓側(cè)的A電流與低壓短路電流關(guān)系為：Ifa=2Ifa1；

可以看出變壓器低壓側(cè)CA 相故障時(shí)，高壓側(cè)A 相電流約為低壓側(cè)1.15 倍。也就是說如果視高低壓側(cè)的靈敏度系數(shù)相同，但整定后，其高壓側(cè)的靈敏度仍較高大概為低壓側(cè)的按1.15倍。 在同樣的短路電流情況下，雖然分定級差，保證高壓側(cè)的保護(hù)裝置有一定的延時(shí)，但從動作電流上仍然會使高壓側(cè)的保護(hù)裝置的整定值先引起保護(hù)裝置動作，低壓側(cè)后備保護(hù)不動作，引起整臺主變失電的嚴(yán)重后果。

故本文認(rèn)為變壓器的電源側(cè)過流保護(hù)的定值應(yīng)與負(fù)荷側(cè)的電流保護(hù)定值配合整定，配合系數(shù)應(yīng)取1.15以上。如低于該系數(shù)會因?yàn)楦?、低壓?cè)后備保護(hù)失去了配合關(guān)系而使高壓側(cè)保護(hù)先于低壓側(cè)保護(hù)動作。

(2)在變壓器后備保護(hù)中，依據(jù)《3～110 kV電網(wǎng)繼電保護(hù)裝置運(yùn)行整定規(guī)程》DL/T 584—2007第4.2.9.2條規(guī)定：單側(cè)電源三個(gè)電壓等級的變壓器電源側(cè)的復(fù)合電壓閉鎖過電流保護(hù)作為保護(hù)變壓器安全的最后一級跳閘保護(hù)，同時(shí)兼作無電源側(cè)母線和出線故障的后備保護(hù)。所以復(fù)壓過流保護(hù)為后備中主要保護(hù)，但經(jīng)多年年運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)中得知，隨著變壓器額定容量的增加，負(fù)荷性質(zhì)也越來越復(fù)雜，從而使得低電壓元件、負(fù)序電壓元件的判斷性降低，保護(hù)裝置的靈敏性也隨之下降。發(fā)生短路故障時(shí)，各元件不能準(zhǔn)確判斷故障性質(zhì)，各種負(fù)荷電流相互抵銷，過電流保護(hù)被閉鎖，導(dǎo)致后備保護(hù)拒動或誤動，所以負(fù)荷性質(zhì)的復(fù)雜性使低電壓元件、負(fù)序電壓元件失靈才是導(dǎo)致發(fā)生短路故障時(shí)保護(hù)裝置誤動和拒動的元兇。兩相短路時(shí)，雖然負(fù)序電壓元件則有較長的保護(hù)范圍但過電流元件的保護(hù)范圍比較短，當(dāng)該負(fù)荷中具有較長的相鄰線路時(shí)，過電流無法準(zhǔn)確判斷故障原因，使保護(hù)裝置靈敏度下降，此時(shí)過電流元件的遲鈍性是靈敏度降低的主要原因。

根據(jù)以上所述，變壓器負(fù)荷側(cè)以負(fù)序電壓和低電壓作為后備保護(hù)的主保護(hù)，在負(fù)荷線路較長時(shí)并不能有效可靠動作，故在投入復(fù)壓閉鎖過流保護(hù)時(shí)應(yīng)慎重考慮，不需全部投入，以免因后備保護(hù)拒動而導(dǎo)致高壓側(cè)保護(hù)動作引起的主變失電。

4 結(jié)語

隨著微機(jī)型保護(hù)在電力系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，在大力提升電力變壓器主保護(hù)的靈敏度的同時(shí)，后備保護(hù)的重要性也逐步得到共同的重視，從而更好的提升可靠性，保障選擇性。本文通過分析電力變壓器保護(hù)應(yīng)用的現(xiàn)有狀況，在認(rèn)識到后備保護(hù)作為最終電氣保護(hù)所必須的功能不能可靠動作的原因基礎(chǔ)上，最終得出改進(jìn)的方向，對變壓器高、低壓側(cè)過流保護(hù)的整定系數(shù)進(jìn)行改良，以便合理配合。對復(fù)壓閉鎖過流保護(hù)裝置應(yīng)用中由于低電壓元件、負(fù)序電壓元件和過電流元件的限制條件進(jìn)行了剖析，加入自身的思考，分析出復(fù)壓過流保護(hù)受變壓器容影響而變化，在今后的使用中在此方面加以改良，以保證變壓器可靠運(yùn)行。

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(本文編輯：嚴(yán) 加)

Study on the Power Transformer Backup Protection

YANG Lintao，YIN Lixin

(State Grid Shanxi Electric Power Corporation, Taiyuan 030001,China)

Power transformer is an indispensable equipment in the power supply network. It connects with the distribution networks and the transmission lines, and plays a key role in power generation, transmission and distribution in order to increase the voltage for long-distance transmission and reduce supply voltage to the load. Its reliability, stability, and security directly determine the overall security and stability of the grid. Therefore, it is required to select appropriate protection configuration according to the transformer capacity, voltage level and load factors. This paper, based on the analysis of multiple reasons on why transformer backup protection cannot reliably operate, points out a direction to improve backup protection and proposes a tuning plan in the backup protection.

transformer backup protection; three-section type; sensitivity; pressure lock

10.11973/dlyny201702026

楊林濤(1974—)，男，碩士，從事電網(wǎng)繼電保護(hù)工作。

TM772

A

2095-1256(2017)02-0208-03

2017-02-17