变压器运行的安全与继电保护4187.docx

变压器运运行的安安全与继继电保护护摘要：通过过分析变变压器热热稳定要要求及其其在运行行中可能能承受的的故障考考验，提提出了变变压器保保护定值值整定应应考虑的的相关问问题，对对其相间间故障后后备保护护应具备备的能力力提出了了看法。并并对变压压器设计计、运行行及其保保护配置置与整定定提出了了建议。关键字：变压器 热稳定 保护配置 整定1引言电力力变压器器的故障障分为内内部和外外部两种种故障。内内部故障障指变压压器油箱箱里面发发生的各各种故障障，主要要靠瓦斯斯和差动动保护动动作切除除变压器器；外部部故障指指油箱外外部绝缘缘套管及及其引出出线上发发生的各各种故障障，一般般情况下下由差动动保护动动作切除除变压器器。速动动保护（瓦瓦斯和差差动）无无延时动动作切除除故障变变压器，设设备是否否损坏主主要取决决于变压压器的动动稳定性性。而在在变压器器各侧母母线及其其相连间间隔的引引出设备备故障时时，若故故障设备备未配保保护（如如低压侧侧母线保保护）或或保护拒拒动时，则则只能靠靠变压器器后备保保护动作作跳开相相应开关关使变压压器脱离离故障。因因后备保保护带延延时动作作，所以以变压器器必然要要承受一一定时间间段内的的区外故故障造成成的过电电流，在在此时间间段内变变压器是是否损坏坏主要取取决于变变压器的的热稳定定性。因因此，变变压器后后备保护护的定值值整定与与变压器器自身的的热稳定定要求之之间存在在着必然然的联系系。2变变压器设设计热稳稳定指标标文文献11中要要求“对对称短路路电流II的持续续时间：当使用用部门未未提出其其它要求求时，用用于计算算承受短短路耐热热能力的的电流II的持续续时间为为2s。注注：对于于自耦变变压器和和短路电电流超过过25倍倍额定电电流的变变压器，经经制造厂厂与使用用部门协协商后，采采用的短短路电流流持续时时间可以以小于22s。”GB1094585中仅提供双绕组三相变压器对称短路电流I值的计算式： 式中中：Ztt为折算算到所考考虑绕组组的变压压器的短短路阻抗抗，Zss为系统统阻抗。 当以以平均电电压作为为基准电电压，以以10000 MMVA为为基准容容量时，可可以计算算出与表表1相对对应的系系统等值值电抗标标幺值如如表2。 按以以上设计计考虑，一一台2220kVV/1220MVVA普通通三卷变变压器，取取变压器器典型参参数（高高低压阻阻抗比为为224）计计算可知知：低压压侧能够够承受的的热稳定定电流标标幺值约约为051。当当两台这这样的变变压器并并列运行行，低压压侧母线线故障本本侧分段段开关跳跳开时，变变压器低低压绕组组中可能能的短路路电流可可达到00755倍标幺幺值，比比设计值值增大了了近500。若若三台这这样的变变压器并并列运行行，变耦耦变压器器，按技技术规程程2要求，装装设瓦斯斯保护、过过激磁保保护、双双重差动动保护，同同时在其其高、中中压侧均均装设了了阻抗保保护及零零序方向向电流保保护，低低压侧装装设过流流保护。这这些保护护均作用用于跳闸闸。高、中中压侧的的阻抗保保护和低低压侧过过流保护护属变压压器的相相间后备备保护。由由于5000 kkV变压压器多为为单相式式变压器器，所以以变压器器本体不不会发生生相间故故障。在在变压器器所连接接的高、中中压系统统中，线线路保护护一般配配置了双双重纵联联保护，并并有完整整的后备备保护，这这样线路路的故障障一般会会较快地地切除，对对变压器器影响较较小。因因此，变变压器的的相间后后备保护护应主要要在其各各侧母线线故障时时起作用用，特别别是中、低低压侧母母线的故故障（5500 kV侧侧母线设设有双套套母差保保护）。中中、低压压母线故故障流过过变压器器的短路路电流大大，不仅仅引起变变压器绕绕组过热热，还可可能造成成绕组的的动稳定定破坏，诱诱发严重重的内部部故障。零零序方向向电流保保护属变变压器的的接地故故障后备备保护，可可以反应应变压器器内部、高高中压侧侧母线及及与高中中压母线线邻近的的电气设设备的接接地故障障。3222220kVV及以下下变压器器2220 kV变变压器多多为三相相式三卷卷变压器器，按技技术规程程要求，一一般装设设瓦斯保保护、差差动保护护，同时时在其高高、中压压侧均装装设了复复合电压压闭锁过过流保护护及零序序方向过过电流保保护与间间隙保护护，低压压侧装设设复合电电压闭锁锁过流保保护。各各侧复合合电压闭闭锁过流流保护及及零序方方向过电电流保护护综合，可可以反应应变压器器内部、各各侧母线线及母线线邻近的的电气设设备的接接地与相相间故障障，作为为变压器器自身主主保护及及各侧母母线及母母线邻近近的电气气设备的的后备保保护。1110 kV及及以下变变压器一一般装设设瓦斯保保护（对对油浸式式变压器器）、差差动保护护，1110 kkV侧零零序过电电流保护护、间隙隙保护及及各侧过过流保护护或复合合电压闭闭锁过流流保护，这这些保护护的作用用与2220 kkV变压压器的作作用相似似。 4可可能考验验变压器器热稳定定性的故故障4115000kVV变压器器由由于变压压器自身身主保护护装置及及其交、直直流回路路的完全全双重化化配置，应应可以不不再考虑虑变压器器差动保保护范围围内故障障对变压压器热稳稳定性的的考验。5500 kV系系统母线线、线路路保护的的完全双双重化配配置，快快速保护护在保护护范围上上的交叉叉布置，及及完善的的失灵保保护，笔笔者认为为可以不不考虑5500 kV系系统侧故故障对变变压器热热稳定性性的考验验。2200 kVV系统侧侧线路保保护双重重化配置置，母线线保护目目前多为为单配置置。因此此，当母母差保护护校验停停运或故故障拒动动时，变变压器只只能靠其其后备保保护动作作使其脱脱离故障障点。变变压器开开关（或或转带时时旁路开开关）与与TA间间的故障障很可能能靠变压压器后备备保护脱脱离故障障点。变压压器低压压侧一般般经由母母线带站站用变、电电抗器及及电容器器，有的的变电站站可能带带较少的的站外负负荷。很很多站低低压母线线未配母母差保护护，因此此母线故故障变压压器只能能靠其后后备保护护动作使使其脱离离故障点点；再者者，当站站用变或或电抗器器及电容容器故障障而其开开关或保保护拒动动时，变变压器也也要靠其其后备保保护动作作使其脱脱离故障障点。422220kkV及以以下变压压器对于两两侧系统统都有电电源的联联络变压压器：任任何一侧侧母差保保护校验验停运或或故障拒拒动时；变压器器开关与与TA间间故障时时；旁路路转带方方式在主主变套管管TA至至旁母引引线、旁旁路母线线、旁路路开关与与TA间间故障时时；母线线（2220kVV母线除除外）上上其他开开关所带带电气设设备故障障而其开开关或保保护拒动动时变压压器只能能靠其后后备保护护动作使使其脱离离故障点点。对于仅仅高压侧侧系统有有电源的的降压变变压器：中、低低侧母差差保护校校验停运运或故障障拒动时时；中、低低压侧变变压器开开关与TTA间故故障时；中、低低压侧母母线上其其他开关关所带电电气设备备故障而而其开关关或保护护拒动时时变压器器只能靠靠其后备备保护动动作使其其脱离故故障点。 5变变压器相相间后备备保护的的配置与与整定变压压器接地地故障保保护定值值与其所所带负荷荷的关系系不大，因因此接地地故障后后备保护护的整定定延时一一般较短短，能够够满足22 s的的热稳定定时间要要求。在在此仅关关心变压压器相间间后备保保护的定定值问题题。511整定定规程要要求22205500 kV电电网继电电保护装装置运行行整定规规程中中要求3：变变压器各各侧的过过电流保保护均按按躲变压压器额定定负荷整整定，但但不作为为短路保保护的一一级参与与选择性性配合，其其动作时时间应大大于所有有出线保保护的最最长时间间。变压器器短路故故障后备备保护应应主要作作为相邻邻元件及及变压器器内部故故障的后后备保护护。主电电源侧的的变压器器相间短短路后备备保护主主要作为为变压器器内部故故障的后后备保护护。其它它各侧的的后备保保护主要要作为本本侧引线线、本侧侧母线和和相邻线线路的后后备保护护，并尽尽可能当当变压器器内部故故障时起起后备作作用。以以较短时时限动作作于缩小小故障影影响范围围，以较较长时限限动作于于断开变变压器各各侧断路路器。主电电网间联联络变压压器的短短路故障障后备保保护整定定：高（中中）压侧侧（主电电源侧）相相间短路路后备保保护动作作方向可可指向变变压器，作作为变压压器高（中中）压侧侧绕组及及对对侧母线线相间短短路故障障的后备备保护，并并对中（高高）压侧侧母线故故障有足足够的灵灵敏度，灵灵敏系数数大于115；如采用用阻抗保保护作为为后备保保护，且且不装设设振荡闭闭锁回路路，则其其动作时时间应躲躲过系统统振荡周周期，其其反方向向偏移阻阻抗部分分作为本本侧母线线故障的的后备保保护。供电电变电所所降压变变压器的的短路故故障后备备保护整整定：高高压侧（主主电源侧侧）相间间短路后后备保护护动作方方向指向向变压器器，对中中压侧母母线故障障有足够够灵敏度度。5225000kVV变压器器的保护护当当2200kV侧侧母差保保护校验验停运或或故障拒拒动及开开关与TTA间故故障时，变变压器高高压侧及及本侧的的阻抗保保护对于于金属性性短路故故障应能能可靠动动作，且且保护整整定延时时可以在在15520 ss之间。如如果短路路为非金金属性的的，经弧弧光短路路时，阻阻抗保护护可能灵灵敏度不不足或整整定延时时长于220 s。最最好在本本侧设一一个保变变压器热热稳定的的反时限限过流保保护，其其整定值值应由变变压器的的热稳定定要求决决定。如如果只设设一个电电压闭锁锁定时限限的过流流保护，则则其电流流定值应应保证在在变压器器本侧流流过的电电流接近近热稳定定电流时时可靠动动作，如如整定为为088倍的设设计允许许热稳定定电流值值（主要要考虑TTA和保保护装置置本身的的测量误误差），且且使变压压器脱离离故障点点动作延延时不长长于20 ss。问题题是当实实际故障障电流略略小于保保护定值值时，保保护将不不能动作作使变压压器脱离离故障点点，故障障电流仍仍有可能能在较长长的时间间内造成成变压器器热稳定定的破坏坏。所以以，还需需要有一一个延时时较长（如如30050s），动动作值更更小的电电压闭锁锁过流保保护。笔笔者认为为：2220 kkV侧母母差保护护双重化化配置，并并合理设设计失灵灵保护，由由它们共共同实现现使变压压器快速速脱离故故障点，也也应是较较好的方方案。（2220 kV母母差保护护直接跳跳变压器器各侧开开关，虽虽也可解解决开关关与TAA间故障障及母线线故障变变压器该该侧开关关拒动的的问题，但但在多数数情况下下多跳了了开关，在在一些情情况下还还可能导导致5000 kkV另一一元件停停电。）变压器低压侧一般采用三角形接线，高、中压侧的阻抗保护很可能对低压侧短路起不到保护作用4。因此，变压器低压侧的电压闭锁过流保护多重化配置，才可以保证在任何情况下运行设备都由两套交、直流输入和输出回路相互独立，并分别控制不同断路器的继电保护装置进行保护。单相式500 kV变压器的低压侧设有套管TA，可测量到变压器低压侧各相线圈流过的电流。在近低压侧断路器处还设有外附TA。这样的TA布局方便了低压侧保护多重化的交流电流回路接线要求，可将过流保护分别接于套管TA和外附TA。在保护装置设计和制造时，要做到过流各有自身的直流逆变电源和出口跳闸继电器。在二次回路设计时，要做到使它们的直流电源受不同的熔断器控制，其中一套保护的直流熔断器熔断时不影响其他过流保护的正常运行。在保护出口所跳断路器的设计中，应满足既有跳低压侧断路器的保护段，又有跳变压器各侧断路器的保护段。实际计算表明：此过流保护应能保证对低压母线的故障有足够的灵敏度且动作时间在10 s以内。53220kV联络变压器的保护一般中压侧的电源较弱（不以中压侧的电压等级为主网架的电网），高压侧故障时流过变压器的故障电流远小于中、低压侧故障时流过的电流，应重点考虑中、低压侧相关设备短路时对变压器热稳定性的影响。变压器低压侧：过流保护对于未装设母差的低压侧母线，应是此母线故障的主保护；装设了母差的低压侧母线，主变开关与TA间的故障（TA未在开关近母线侧时）也只能靠后备保护切除；作为出线保护的后备。基于另外两侧并列运行及故障时分段开关跳闸的因素，低压侧过流保护切除故障的时间不仅要不大于20 s，而且要尽量压缩到更短的时间。实际运行中定值整定的可行性取决于低压侧是否有送出线路。低压侧为10 kV的变压器，其出线一般直供用户，出线保护延时应限制在1 s，主变低压侧过流保护的延时可控制在2 s内。低压侧为35 kV的变压器均有送出线路，此线路带下一级变电站，因此，此线路保护的延时按正常配合一般要长于15 s，这就使得主变低压侧过流保护的整定延时大于2 s。若将主变低压侧过流保护的延时整定为2 s，必然与出线后备保护失配，有越级跳闸的可能。需要增加与出线保护限时电流速断配合的变压器低压侧短路过流保护，综合考虑有配合关系的保护定值，提高保护的速动性和选择性。此短路过流保护应有跳变压器各侧的功能。变压器中压侧：使本侧相间后备保护动作时间不大于2 s应该说有很大的困难。在现有按躲变压器负荷电流整定的过流保护整定原则不变的情况下，增加一段短路保护过流定值。为了压缩动作时间，可考虑与出线的阻抗II段配合，但要求此II段应对本线及相邻的下一级线路故障有灵敏度，联络线的阻抗II段因有电源的助增很难满足此要求。因此，变压器本侧电流定值应躲过出线阻抗II段保护范围末端的短路。对于辐射线可考虑与出线的阻抗II段配合（II段应对本线及相邻的下一级线路故障有灵敏度），躲过出线相联变电站其他侧母线短路流过本变压器的故障电流。短路过流保护动作后先跳本侧母联再跳变压器本侧开关最后跳各侧。实际系统试算表明，在变压器并列运行、系统有检修时此保护对本侧母线两相短路的灵敏度难以达到15的要求。可以考虑增加负序电流保护以提高两相短路的灵敏度，但综合考虑各种短路的需求，最好还是在本侧设一个保变压器热稳定的反时限过流保护，其整定值应由变压器的热稳定要求决定。变压器高压侧：作为主电源的短路过流保护应作为变压器中、低压侧故障的后备保护。在中、低压侧故障但保护拒动或开关拒动时，高压侧过流保护应动作切除故障，并与中、低压的短路过流段配合，但对中、低压侧故障可能灵敏度不足，在220 kV变压器保护微机化并实现双重配置，且中、低压侧过流都具有满足延时要求并跳三侧的保护段后，高压侧过流可不做严格要求。高压侧母线故障时，流过变压器绕组的电流一般较中、低压侧故障时小，变压器热稳定允许的情况下，由按躲额定负荷电流整定的过流保护动作（延时在5 s左右）使变压器脱离故障。54220kV及以下仅高压侧有电源的变压器保护只考虑变压器中、低压侧相关设备短路时对变压器热稳定性的影响。变压器低压侧：应与联变低压侧的保护相同。变压器中压侧：增加一段短路保护过流定值，可考虑与出线的阻抗II段配合（II段应对本线及相邻的下一级线路故障有灵敏度），躲过出线相联变电站其他侧母线短路流过本变压器的故障电流，确保变压器的热稳定，其动作后先跳母联再跳变压器各侧。对于多级串供的线路保护要做好保护定值的综合考虑，尽量减少不配合。此短路过流保护若在某方式下对中压侧母线灵敏度不足时，应核算此时流过变压器的故障电流是否允许持续到按躲变压器负荷电流整定的过流保护动作。变压器高压侧：与联络变类似，作为变压器中、低压侧故障的后备保护。也可增加一段短路过流保护，与中、低压的短路过流段配合。在中、低压侧故障但保护拒动或开关拒动时，高压侧过流保护动作切除故障。以保大容量主设备安全为首，并尽量兼顾对用户供电可靠性的原则。尽可能将不配合点靠近用户，使保护越级动作造成的影响范围尽量缩小。重要用户负荷可以考虑用备投方式解决供电可靠性。 6建议1）变压器作为电力系统中的重要电气设备，设计、制造及运行各环节都应注意其安全性。其动、热稳定性的设计应充分考虑变压器是否并列运行，并列运行的台数，几侧有电源及电网中性点接地方式等要求。2）为了确保变压器运行中承受故障的热稳定性，制造厂应提供变压器绕组流过故障电流大小与允许时间的关系曲线，类似于发电机允许承受负序的A值要求。3）变压器保护的配置与整定时，应根据制造厂提供的变压器绕组流过故障电流大小与允许时间的关系曲线配置与之相适应的保护。4）变压器差动保护的范围应包括低压侧开关，使低压侧开关与TA间的故障不对变压器的热稳定构成威胁。5）变压器保护应尽可能实现微机化，可以有较多的过流保护段，使各侧的过流保护能有相对较快的延时段跳变压器各侧开关，特别是中、低压侧保护跳变压器各侧开关的保护段有利于变压器尽快脱离故障点。参考文献：1GB1094585，电力变压器S2GB1428593继电保护和安全自动装置技术规程S3DLT55994220500 kV电网继电保护装置运行整定规程S4张洪，常凤然，等500kV变压器相间后备保护探讨J继电器，2000，28（7）：1215