某水電站主變壓器電氣量后備保護定值的計算方法

文章介紹了某水電站主變壓器電氣量后備保護定值的計算方法，與涉網線路保護定值的配合關系，希望給運行維護人員提供幫助，使運行維護人員更好地掌握主變壓器后備保護的作用，較全面地考慮水電站主變壓器后備保護定值計算與涉網線路保護定值的配合問題。

已知條件：1#、2#水電站經變壓器接入220kV系統，發電機容量和正、負、零序電抗（在發電機銘牌上），主變容量和短路電壓（在主變銘牌上）以及220kV系統歸算阻抗（為調度下達），以2#水電站1B主變壓器電氣量后備保護的計算方法為例進行介紹。

一、標幺值計算和系統網絡圖（以SB=100MVA作標準容量）

（一）1#水電站

發電機：

主變：1B：

2B：

以正、負、零序電抗表示如下：

發電機：正序X1=0.348

負序（0.188為發電機負序電抗）

零序（0.059為發電機零序電抗）

主變：1B：正序：0.2042B：正序：0.117

負序：0.204 負序：0.117

零序：0.204 零序：0.117

（二）220kV系統歸算至母線的阻抗

X1=X2=0.034X0=0.068

（三）1#水電站至2#水電站的220kV線路阻抗

X0≈3X1=0.015

（四）2#水電站

發電機：

主變：

以正、負、零序電抗表示如下：

發電機：正序X1=0.521

負序（0.258為發電機負序電抗）

零序（0.08為發電機負序電抗）

主變：X1=X2=X0=0.131

（五）阻抗網絡圖如下

二、2#水電站1B主變壓器高壓側復合電壓過流保護定值計算

復合電壓過流保護取主變高壓側電流互感器二次電流，變比為400/5A，主變高、低壓任一側電壓互感器二次電壓。

過電流定值的整定計算：

（A）

電流繼電器的靈敏系數按下式校驗：

式中，Ik·min（2）為后備保護區末端發生兩相金屬性短路時流過保護的最小短路電流（二次值），要求ksen≥1.3（近后備）或1.2（遠后備）。

網絡化簡為：（最小短路電流應以2#水電站單臺發電機發電為準）

（kA）

（A）

<1.2

靈敏度不滿足要求，因此，只有采用反算方式求Iop。

（A）

過流Ⅱ段定值為3.7A，經復壓閉鎖，延時4S跳主變兩側斷路器。過流Ⅰ段整定為（A），可不經復壓閉鎖，延時3.5S跳主變兩側斷路器。（時限小于發電機復壓過流時限并躲過線路保護過流時限）

低電壓繼電器的整定計算

按躲過正常運行時出現的最低電壓，一般可取：

式中，krel為可靠系數，取1.15；kr為返回系數，取1.15，Umin為變壓器正常運行可能出現的最低電壓，一般可取0.9Un（額定電壓二次值）；

因此，（kV）

（V）

對于發電廠的升壓變壓器，當低電壓繼電器由發電機側電壓互感器供電時，還應考慮躲過發電機失磁運行時的低電壓，可取：，現取（V）。

靈敏度應按下式校驗：

式中，Ucmax為最大運行方式下，靈敏系數校驗點發生金屬性相間短路時，保護安裝處的最高殘壓（二次值），要求ksen≥1.5（近后備）或1.2（遠后備）。

網絡簡化為：（近后備）

（V）

二次值：（V）

因此，>1.5靈敏度滿足要求。

負序電壓繼電器的整定計算

（V）

式中，Un為額定相間電壓二次值。

靈敏度校驗：

式中，Uk2min為后備保護區末端兩相金屬性短路時，保護安裝處的最小負序電壓（二次值），要求ksen≥2.0（近后備）或ksen≥1.5（遠后備）。

校驗遠后備，Uk2min的計算如下：

由負序網絡圖，可以看出：

因此，

（V）

因此，二次值為（V）

靈敏系數<1.5靈敏度不滿足要求

只有采用反算方法，（V）

總結，2#水電站1B主變高壓側復合電壓過流保護可設兩段，過流Ⅰ段動作電流為5.5A，延時3.5S跳主變高低壓側斷路器，不經復壓閉鎖；過流Ⅱ段動作電流3.7A，延時4S，經高壓側低電壓85V或低壓側低電壓60V以及負序電壓5.5V閉鎖。另外，主變高壓側復合電壓過流保護可設方向閉鎖，設方向閉鎖后，可不考慮與反方向元件后備保護動作時間的配合，比如，主變復合電壓過流保護只作220kV線路保護的后備保護，方向指向220kV線路，就不需要考慮動作時間小于發電機復合電壓過流保護動作時間。

三、變壓器高壓側零序過流保護

可采用零序Ⅰ段自產，零序Ⅱ段外接的方式。

零序Ⅰ段定值計算

Ⅰ段零序過電流繼電器的動作電流應與相鄰線路零序過流保護第Ⅰ段或第Ⅱ段保護配合。

式中，Iop·1為Ⅰ段零序過流保護動作電流（二次值），采用自產零序電流，CT變比為400/5A；krel為可靠系數，取1.1；kbrl為零序電流分支系數，其值等于線路零序過流Ⅰ段保護區末端發生接地短路時，流過本保護的零序電流與流過該線路的零序電流比，取各種運行方式的最大值；Iop·1·1為與之相配合的線路保護相關動作電流（二次值）。

線路保護動作電流Iop·1·1的計算：

躲過被保護線路末端接地故障的流過本保護的最大零序電流，

說明：從網絡圖上可知，最大零序電流，是在最大運行方式下，2#水電站至1#水電站的220kV線路末端發生接地故障時，流經保護的零序電流。

網絡圖如下：

那么，如果發生單相接地故障，

如果是發生兩相接地故障，序網圖如下：

因為13.26<13.414，所以

有名值：（kA）

因此，（kA）

分支電流計算：

（kA）

因此，（A）

二次側：（A）延時1.5S。

零序Ⅱ段定值整定

Ⅱ段零序過流繼電器的動作電流應與相鄰線路零序過電流保護后備段相配合。

如已知1#水電站220kV母線至系統220kV線路零序電流保護定值，因此可不作短路電流計算，直接得出：

（A）

二次側：（采用外接方式，CT變比為100/5）

即：（A）

延時時間應大于1#水電站220kV母線至系統220kV線路零序電流Ⅱ段動作時間，整定為3S。

總結，主變零序電流保護可設兩段，零序過流Ⅰ段采用自產，動作電流為35A，延時1.5S跳開主變高低壓側斷路器，零序過流Ⅱ段采用外接，動作電流為13.8A，延時3S跳開主變高低壓側斷路器。但是，如果已知線路零序電流保護定值時，主變零序可取1.2倍線路零序電流保護定值，整定時限大于線路零序保護時限0.5～1秒。另外，主變零序過流保護可設零序功率方向元件。

因為主變壓器過負荷、間隙零序等電氣量后備保護計算均采用按規范直接套公式計算的方式，較為方便簡單，在此不作介紹。

（作者單位：四川松林河流域

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