變壓器運行安全與繼電保護

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摘要：通過分析變壓器熱穩(wěn)定要求及其在運行中可能承受的故障考驗，提出了變壓器保護定值整定應考慮的相關(guān)問題，對其相間故障后備保護應具備的能力提出了看法。并對變壓器設計、運行及其保護配置與整定提出了建議。

　　關(guān)鍵詞：變壓器 熱穩(wěn)定 保護配置 整定 　　引言 　　電力變壓器的故障分為內(nèi)部和外部兩種故障。內(nèi)部故障指變壓器油箱里面發(fā)生的各種故障，主要靠瓦斯和差動保護動作切除變壓器;外部故障指油箱外部絕緣套管及其引出線上發(fā)生的各種故障，一般情況下由差動保護動作切除變壓器。速動保護(瓦斯和差動)無延時動作切除故障變壓器，設備是否損壞主要取決于變壓器的動穩(wěn)定性。而在變壓器各側(cè)母線及其相連間隔的引出設備故障時，若故障設備未配保護(如低壓側(cè)母線保護)或保護拒動時，則只能靠變壓器后備保護動作跳開相應開關(guān)使變壓器脫離故障。因后備保護帶延時動作，所以變壓器必然要承受一定時間段內(nèi)的區(qū)外故障造成的過電流，在此時間段內(nèi)變壓器是否損壞主要取決于變壓器的熱穩(wěn)定性。因此，變壓器后備保護的定值整定與變壓器自身的熱穩(wěn)定要求之間存在著必然的聯(lián)系。 　　按以上設計考慮，一臺220kV/120MVA普通三卷變壓器，取變壓器典型參數(shù)(高低壓阻抗比為22.4)計算可知：低壓側(cè)能夠承受的熱穩(wěn)定電流標幺值約為0.51。當兩臺這樣的變壓器并列運行，低壓側(cè)母線故障本側(cè)分段開關(guān)跳開時，變壓器低壓繞組中可能的短路電流可達到0.75倍標幺值，比設計值增大了近 50%。若三臺這樣的變壓器并列運行，變耦變壓器，按技術(shù)規(guī)程[2]要求，裝設瓦斯保護、過激磁保護、雙重差動保護，同時在其高、中壓側(cè)均裝設了阻抗保護及零序方向電流保護，低壓側(cè)裝設過流保護。這些保護均作用于跳閘。高、中壓側(cè)的阻抗保護和低壓側(cè)過流保護屬變壓器的相間后備保護。由于500 kV變壓器多為單相式變壓器，所以變壓器本體不會發(fā)生相間故障。在變壓器所連接的高、中壓系統(tǒng)中，線路保護一般配置了雙重縱聯(lián)保護，并有完整的后備保護，這樣線路的故障一般會較快地切除，對變壓器影響較小。因此，變壓器的相間后備保護應主要在其各側(cè)母線故障時起作用，特別是中、低壓側(cè)母線的故障(500 kV側(cè)母線設有雙套母差保護)。中、低壓母線故障流過變壓器的短路電流大，不僅引起變壓器繞組過熱，還可能造成繞組的動穩(wěn)定破壞，誘發(fā)嚴重的內(nèi)部故障。零序方向電流保護屬變壓器的接地故障后備保護，可以反應變壓器內(nèi)部、高中壓側(cè)母線及與高中壓母線鄰近的電氣設備的接地故障。 　　220 kV及以下變壓器 　　220 kV變壓器多為三相式三卷變壓器，按技術(shù)規(guī)程要求，一般裝設瓦斯保護、差動保護，同時在其高、中壓側(cè)均裝設了復合電壓閉鎖過流保護及零序方向過電流保護與間隙保護，低壓側(cè)裝設復合電壓閉鎖過流保護。各側(cè)復合電壓閉鎖過流保護及零序方向過電流保護綜合，可以反應變壓器內(nèi)部、各側(cè)母線及母線鄰近的電氣設備的接地與相間故障，作為變壓器自身主保護及各側(cè)母線及母線鄰近的電氣設備的后備保護。110 kV及以下變壓器一般裝設瓦斯保護(對油浸式變壓器)、差動保護，110 kV側(cè)零序過電流保護、間隙保護及各側(cè)過流保護或復合電壓閉鎖過流保護，這些保護的作用與220 kV變壓器的作用相似。 　　變壓器低壓側(cè)一般采用三角形接線，高、中壓側(cè)的阻抗保護很可能對低壓側(cè)短路起不到保護作用[4]。因此，變壓器低壓側(cè)的電壓閉鎖過流保護多重化配置，才可以保證在任何情況下運行設備都由兩套交、直流輸入和輸出回路相互獨立，并分別控制不同斷路器的繼電保護裝置進行保護。單相式500 kV變壓器的低壓側(cè)設有套管TA，可測量到變壓器低壓側(cè)各相線圈流過的電流。在近低壓側(cè)斷路器處還設有外附TA。這樣的TA布局方便了低壓側(cè)保護多重化的交流電流回路接線要求，可將過流保護分別接于套管TA和外附TA。在保護裝置設計和制造時，要做到過流各有自身的直流逆變電源和出口跳閘繼電器。在二次回路設計時，要做到使它們的直流電源受不同的熔斷器控制，其中一套保護的直流熔斷器熔斷時不影響其他過流保護的正常運行。在保護出口所跳斷路器的設計中，應滿足既有跳低壓側(cè)斷路器的保護段，又有跳變壓器各側(cè)斷路器的保護段。實際計算表明：此過流保護應能保證對低壓母線的故障有足夠的靈敏度且動作時間在1.0 s以內(nèi)。 　　220 kV聯(lián)絡變壓器的保護 　　一般中壓側(cè)的電源較弱(不以中壓側(cè)的電壓等級為主網(wǎng)架的電網(wǎng))，高壓側(cè)故障時流過變壓器的故障電流遠小于中、低壓側(cè)故障時流過的電流，應重點考慮中、低壓側(cè)相關(guān)設備短路時對變壓器熱穩(wěn)定性的影響。 　　變壓器低壓側(cè)：過流保護對于未裝設母差的低壓側(cè)母線，應是此母線故障的主保護;裝設了母差的低壓側(cè)母線，主變開關(guān)與TA間的故障(TA未在開關(guān)近母線側(cè)時) 也只能靠后備保護切除;作為出線保護的后備?；诹硗鈨蓚?cè)并列運行及故障時分段開關(guān)跳閘的因素，低壓側(cè)過流保護切除故障的時間不僅要不大于2.0 s，而且要盡量壓縮到更短的時間。實際運行中定值整定的可行性取決于低壓側(cè)是否有送出線路。低壓側(cè)為10 kV的變壓器，其出線一般直供用戶，出線保護延時應限制在1 s，主變低壓側(cè)過流保護的延時可控制在2 s內(nèi)。低壓側(cè)為35 kV的變壓器均有送出線路，此線路帶下一級變電站，因此，此線路保護的延時按正常配合一般要長于1.5 s，這就使得主變低壓側(cè)過流保護的整定延時大于2 s。若將主變低壓側(cè)過流保護的延時整定為2 s，必然與出線后備保護失配，有越級跳閘的可能。需要增加與出線保護限時電流速斷配合的變壓器低壓側(cè)短路過流保護，綜合考慮有配合關(guān)系的保護定值，提高保護的速動性和選擇性。此短路過流保護應有跳變壓器各側(cè)的功能。 　　變壓器中壓側(cè)：使本側(cè)相間后備保護動作時間不大于2 s應該說有很大的困難。在現(xiàn)有按躲變壓器負荷電流整定的過流保護整定原則不變的情況下，增加一段短路保護過流定值。為了壓縮動作時間，可考慮與出線的阻抗 II段配合，但要求此II段應對本線及相鄰的下一級線路故障有靈敏度，聯(lián)絡線的阻抗II段因有電源的助增很難滿足此要求。因此，變壓器本側(cè)電流定值應躲過出線阻抗II段保護范圍末端的短路。對于輻射線可考慮與出線的阻抗II段配合(II段應對本線及相鄰的下一級線路故障有靈敏度)，躲過出線相聯(lián)變電站其他側(cè)母線短路流過本變壓器的故障電流。短路過流保護動作后先跳本側(cè)母聯(lián)再跳變壓器本側(cè)開關(guān)最后跳各側(cè)。實際系統(tǒng)試算表明，在變壓器并列運行、系統(tǒng)有檢修時此保護對本側(cè)母線兩相短路的靈敏度難以達到1.5的要求?？梢钥紤]增加負序電流保護以提高兩相短路的靈敏度，但綜合考慮各種短路的需求，最好還是在本側(cè)設一個保變壓器熱穩(wěn)定的反時限過流保護，其整定值應由變壓器的熱穩(wěn)定要求決定。