220kV變壓器后備保護整定詳解

摘要：通過介紹變壓器后備保護的配置原則，引出常規(guī)復(fù)合電壓閉鎖過流保護配置在實際工作當(dāng)中出現(xiàn)的問題，并結(jié)合實際提出在主變壓器中后備增設(shè)一段純過流保護的方案。

關(guān)鍵詞：變壓器后備保護；保護配置；繼電保護

變壓器后備保護包括相間短路的后備保護和接地短路的后備保護，后備保護可作為變壓器本體差動保護的后備。也可對變壓器外部故障引起的過電流起到保護作用，作為變壓器各側(cè)母線以及部分出線的遠后備保護[1]。

對外部接地短路故障，采用零序過電流保護或零序電壓保護，根據(jù)保護選擇性要求，確定是否采用零序功率方向元件。對外部相間短路故障，可采用過電流保護，但純過電流保護僅僅適用于容量較小的單側(cè)電源變壓器。對于大容量變壓器，過電流保護往往靈敏度不足，這時可裝設(shè)帶復(fù)合電壓閉鎖的過電流保護，以提高保護動作的靈敏性[2-3]。

復(fù)合電壓閉鎖的過流保護雖然提高了保護動作的靈敏性，但犧牲了變壓器后備保護的部分可靠性。

1 主變壓器過負荷整定的原因

如圖1 所示，配備常規(guī)保護的220 kV 主變在變電站重負荷情況下并列運行，若全站負荷大于最小變壓器容量1.3倍時發(fā)生另一臺變壓器跳閘，由于負荷轉(zhuǎn)移可能引起運行主變嚴重過載而造成主變受損或燒毀。故從方式安排的角度考慮，在重負荷情況下將主變的中壓側(cè)母線分列運行（低壓側(cè)一般也分列運行），2 臺主變各自承擔(dān)一部分負荷，這樣就保證在任一主變跳閘后直接甩掉一段母線，從而避免負荷轉(zhuǎn)移威脅另一臺主變安全運行。

上述分列運行方式雖然解決了主變過載可能受損的問題，但存在如下弊端。

因負荷分配難以合理、準確安排，在重負荷時，導(dǎo)致某一時段分列運行的2臺主變之間負載率相差較大，一臺輕載，而另一臺又幾乎滿載甚至過載，不能充分發(fā)揮2臺主變的有效容量；在輕負荷時，分列運行造成變電站供電可靠性降低。

造成電網(wǎng)結(jié)構(gòu)變化，方式較多，使保護定值的整定計算復(fù)雜化。

使該片電網(wǎng)方式倒換變得復(fù)雜。

為此，根據(jù)當(dāng)前保護配置的實際情況，將2 臺并列運行的220 kV 主變中壓側(cè)后備保護增設(shè)一段二時限純過流保護（先后跳開中壓側(cè)母聯(lián)和主變中壓側(cè)開關(guān)），這樣在一臺主變跳閘后，運行主變?nèi)粢蜇摵赊D(zhuǎn)移而過載，這時運行主變的純過流保護動作就會長延時跳開母聯(lián)甩掉故障主變所連的母線，若母聯(lián)跳閘失靈，則跳開運行主變中壓側(cè)開關(guān)，甩掉全部中壓側(cè)負荷，確保運行主變的安全。

2 整定方案

2.1 按整定規(guī)程確定的原則

DL/T 584—2007《3 kV ～ 110 kV 電網(wǎng)繼電保護裝置運行整定規(guī)程》、DL/T 559—2007《220 kV ～ 750 kV 電網(wǎng)繼電保護裝置運行整定規(guī)程》中關(guān)于變壓器保護有以下描述[4-5]。

變壓器過電流保護按Idz = K k/K f×IFH.max 原則整定，其中K k 為可靠系數(shù)，取1.2～ 1.3，K f 為返回系數(shù)，電磁型取0.85，微機型取0.95，IFH.max 為最大負荷電流，復(fù)合電壓閉鎖的過電流保護，只考慮變壓器的額定電流，無復(fù)合電壓閉鎖的過電流保護，最大負荷電流應(yīng)適當(dāng)考慮電動機的自啟動系數(shù)。

取K k = 1.2 ，K f = 0.95 ，因動作時間長不考慮電動機的自啟動系數(shù)，IFH.max 取1.1倍變壓器的額定電流，得到Idz = 1.39 In（In 變壓器中壓側(cè)額定電流，計算時額定電壓取115 kV）。

2.2 按變壓器運行規(guī)程確定的原則

DL/T 572—2010《電力變壓器運行規(guī)程》中，關(guān)于各類負載狀態(tài)下負載電流和溫度的最大限值如表1 所示（當(dāng)制造廠有關(guān)超額定電流運行的明確規(guī)定時，應(yīng)遵守制造廠的規(guī)定）。

表1 變壓器負載電流和溫度的最大限值表

中型變壓器：三相額定容量不超過100 MVA ，單相最大容量為33.3 MVA 的電力變壓器。大型變壓器：超過中型變壓器規(guī)定容量限值的電力變壓器。

2.3 按湖北省公司文件規(guī)定

《湖北省電力公司關(guān)于印發(fā)變壓器過負載運行指導(dǎo)性意見（試行）》中，關(guān)于變壓器短期急救負載有以下表述。由于系統(tǒng)中發(fā)生事故，使變壓器嚴重超額定負載運行，繞組熱點溫度可能達到危險的程度，并有可能導(dǎo)致暫時的絕緣強度下降，應(yīng)盡量避免這種運行方式的發(fā)生。

短期急救負載運行方式，不應(yīng)超過0.5 h，負載電流不應(yīng)超過額定電流的1.3倍，變壓器頂層油溫不超過105 ℃。

2.4 整定計算方案結(jié)論

考慮到主變低壓側(cè)有功負荷一般不會超過主變?nèi)萘康?0% ，本方案擬在220 kV 主變中后備保護中增設(shè)一段純過流保護，取動作電流Idz = 1.3 In（In 變壓器中壓側(cè)額定電流），分別以T1 － 2 s跳分段（母聯(lián)）開關(guān)、T1 跳變壓器110 kV 本側(cè)開關(guān)（T1 為保護裝置可整定最長時間）。

由于220 kV 變電站低壓側(cè)通常有無功反送（電容補償器產(chǎn)生的），故主變中后備純過流保護在Idz = 1.3 In 動作時，主變高壓側(cè)負載約在主變?nèi)萘康?.3～ 1.4倍之間。

2.5 整定計算實例

220 kV 某變電站的2 臺主變參數(shù)如下：#1、#2 主變額定電壓為230 +（1±8×1.25%）/121/38.5 kV ，額定電流為602.45/1145.16/1799.53， A額定容量為240/240/120 MVA，中壓后備電流互感器變比為1600/1。

在主變壓器中后備增設(shè)一段純過流保護，計算#1、#2 主變中后備限時速斷電流定值Idz（110kV 側(cè)，長延時純過流段）：

Idz = 1.3×1145.16/1600 = 0.93 A/18 。s/20 s

18 s時限為延時跳110 kV 母聯(lián)（分段）開關(guān)，20 s時限為延時跳#1、#2 主變中壓側(cè)開關(guān)，20 s為保護裝置可整定最長時間。主變保護裝置是PCS —978GE —D 型變壓器成套保護裝置。

2.6 實施方案及注意事項

只對電網(wǎng)中運行最大負荷超過最小主變?nèi)萘?.3倍的重負荷變電站實施。

方式安排應(yīng)注意中壓側(cè)兩段母線負荷均勻分配，確保在一臺主變跳閘時，純過流保護所切除負荷合適。

應(yīng)注意下級負荷站的備自投方式，不能在主變純過流保護動作切除負荷后，備自投動作又恢復(fù)被切除的部分負荷對運行主變造成沖擊跳閘。

當(dāng)?shù)蛪簜?cè)負荷發(fā)生較大變化時，須校核該定值。對重要用戶，須考慮及時恢復(fù)供電預(yù)案。

3 結(jié)束語

變壓器后備保護對變壓器、電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行以及供電可靠性有著不可或缺的作用，本文提出了在220 kV 變壓器后備保護增設(shè)一段過負荷保護整定方案，解決了具有多臺主變的變電站在大負荷情況下運行方式安排難、保護定值整定計算復(fù)雜等問題，具有很好的實用意義。