35/6(10)kV降壓變壓器電流速斷保護與差動保護的選用探討

摘要：文章介紹了變壓器電流速斷保護的基本性能以及與縱聯差動保護的選用探討，從而得出這種保護的選用條件。

關鍵詞：變壓器；電流速斷保護；縱聯差動保護；靈敏度

1 在傳輸和分配電能時離不開變壓器，變壓器的作用是改變電壓的大小，使之滿足傳輸和分配電能時對不同電壓數值的具體需要。當遠距離輸送電能時，如果傳輸的功率一定，則電壓愈高，電流就愈小。而減小電流即可以減少傳輸電能時在線路中的電能和電壓的損耗，又可以減小導線面積，降低線路建設的投資。用電負荷由于不同的用途，也會需要不同的電壓。在分配電能時，常常需要改變電壓的數值，因此，變壓器有升壓和降壓的不同用途、不同電壓等級之分。我們知道：變壓器是根據電磁感應電動勢原理發明和制造的。根據法拉第電磁感應定律，電磁感應電動勢E的大小為：E＝4.44fNφ。

式中：f－磁通φ的變化頻率，1/s；

N－線圈匝數；

φ－變壓器鐵芯中磁通最大值

E－線圈的感應電動勢，V

變壓器的變比：一次線圈和二次線圈的電壓比；

感應電動勢與線圈的匝數、電壓的關系為：U1/U2＝E1/E2＝N1/N2；即利用線圈的N1和N2匝數不同，可以獲得不同的電壓比值。稱這個電壓比值為變壓器的一、二次電壓的“電壓比”。

由于變壓器的鐵芯有足夠大的面積，線圈有足夠多的匝數，為了產生主磁通，一次線圈中流過的電流不需很大。亦即變壓器的勵磁電流（等于空載電流）數值較小。若將其忽略不計，則變壓器帶上二次負荷后，一、二次電流之比近似等于變壓器一、二次線圈匝數比的倒數，亦即等于變壓器電壓比的倒數。即：I1/I2＝N2/N1＝U2/U1。

通過以上的關系式可看出：至于是升壓變壓器，還是降壓變壓器，只是變壓器的線圈匝數不同了[1]。

變壓器按照升降電壓不同可分為：升壓變壓器和降壓變壓器，降壓變壓器是變壓器的一種，兩種變壓器從電壓情況來分析是截然相反的。升壓變壓器副線圈比原線圈匝數多，降壓變壓器則副線圈比原線圈匝數少。主要降壓變壓器輸入端電壓：460V、380V、220V、400V；輸出端電壓：380V、220V、110V、36V、24V。

2 降壓變壓器是電力網中的主要電氣設備之一，它的保護配置對變壓器的安全、可靠運行，以及對電力網的安全起著決定性的作用，《電力裝置的繼電保護和自動裝置設計規范》（GB50062-92）規定：“對于1000kVA及以下的變壓器，可裝設過電流保護電流速斷保護；2000kVA及以上的變壓器，當電流速斷保護靈敏性不符合要求時，則裝設縱聯差動保護” [2]。對于這種小容量的變壓器，在石油化工行業及其他行業中廣泛的應用，因此，在設計電氣保護時能否根據一些電氣參數來確定變壓器的保護類型是非常重要的。

下面，對這一問題進行簡單的分析，根據電力系統的運行參數和變壓器的有關參數確定變壓器的保護選型。

電流速斷保護的整定原則是按躲過變壓器外部的最大短路電流來整定，按變壓器電源側（保護安裝處）的最小兩相短路電流來較驗靈敏度：

Idz=Kk.Id2max（1）

式中：Kk-可靠系數，對于GL型繼電器取1.5；對于DL型繼電器取1.3；

Id2max-變壓器外部最大三相短路電流；

Idz-保護動作一次電流

設變壓器的阻抗額定值為Xe，則:

Ie=■

設變壓器安裝處高壓母線的短路阻抗為：最大運行方式時為Xsmax，最小運行方式時為Xsmin，則：

Id2max=■（2）

式中：0.075Xe為35/6(10)kV容量在10000kVA及以下時的阻抗電壓不大于7.5%。

變壓器安裝處的最小兩相短路電流為：

Idmin=■.■=■ （3）

則電流速斷保護的靈敏度為：

KM=■=■=■

根據規程規定：KM≥2

因此有：

■?叟2

將上式化簡得：

■?叟3（4）

變壓器的額定容量為：Se=Ue2/Xe

變壓器安裝處高壓母線的最大短路容量為：Sdmax=Ue2/Xsmax

變壓器安裝處高壓母線的最小短路容量為：Sdmin=Ue2/Xsmin

將其代入（4）式得：

■+0.075x■?叟3

經變換整理得：

Se(■-■)?燮0.075 （5）

若系統的等值阻抗以標幺值表示，變壓器安裝處高壓母線的等值標幺阻抗為X*smax、X*smin，基準功率Sj=100MVA、UJ=Up時；

由（4）式得（化簡從略）:

■?叟3 （6）

式中：X*B是變壓器的阻抗標幺值，將Se以MVA為單位代入：

X*B=■.■=■

代入（6）式得：

■?叟3

因為UK%≤7.5%，所以：

■?叟3

整理得：

Se(3X*smin-X*smax)?叟7.5（7）

因此，只要滿足（5）式或（7）式的條件，該變壓器應選用電流速斷保護。

根據前面的分析，可以得出如下結論：

35/6(10)kV雙卷降壓變壓器當滿足：

Se(■-■)?燮0.075

或

Se(3X*smin-X*smax)?叟7.5的條件下，應選用電流速斷保護，其他情況選用縱聯差動保護。

參考文獻

[1]徐慧，肖嵐，嚴仰光．SVPWM 逆變器數字電壓調節技術的研究[J].南京航空航天大學學報，2012，34(5):456-458.

[2]賀昱曜．運動控制系統[J].西安：西安電子科技大學出版社，2012: 305-308.