變壓器相間后備保護(hù)現(xiàn)存問題及改善措施

陸 寅，邵 斌

(江蘇省電力公司檢修分公司蘇州運(yùn)維分部，江蘇蘇州215000)

在電網(wǎng)的建設(shè)過程中，變壓器起到了十分重要的作用，可以說變壓器的安全直接關(guān)系電網(wǎng)設(shè)施的安全和穩(wěn)定。但是在近幾年，國內(nèi)發(fā)生過很多次因?yàn)槿卫@組變壓器的d接線(也就是常說的低壓側(cè))外部相間短路而導(dǎo)致的變壓器損毀，給企業(yè)造成很大的損失。通常情況下，變壓器由于電氣短路出現(xiàn)的故障較多，其中，燒壞或者少環(huán)以及冷卻系統(tǒng)故障是主要問題。造成這一現(xiàn)象的原因主要有兩方面，一是其動(dòng)作時(shí)間過長也可能是d接線斷路器拒動(dòng);二是由于其高壓側(cè)相間對低壓側(cè)的故障靈敏程度不夠。因此，有必要討論變壓器相間后備保護(hù)方面的相關(guān)問題及其整改措施，通過總結(jié)降低變壓器的故障率，保證電網(wǎng)的安全、可靠運(yùn)行。

1 變壓器的后備保護(hù)

變壓器裝設(shè)的保護(hù)裝置不僅有差動(dòng)保護(hù)，還有后備保護(hù)。在變壓器上裝設(shè)后備保護(hù)一般需要參考變壓器的容量，還要考慮其保護(hù)靈敏度的要求以及短路電流的水平。變壓器在發(fā)生相間故障時(shí)的后備保護(hù)一般有以下幾種:

(1)過電流保護(hù)

過電流保護(hù)的工作原理類似于保護(hù)線路的過流功能，根據(jù)最大負(fù)荷電流可以確定保護(hù)啟動(dòng)電流。最大負(fù)荷電流可以參考以下情況考慮而且要取其最大值:首先對于并列運(yùn)行的變壓器之間，應(yīng)該考慮當(dāng)最大容量變壓器被切除時(shí)其他變壓器產(chǎn)生的過負(fù)荷;其次降壓變壓器也要把電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)時(shí)變壓器的最大電流考慮進(jìn)去。通過過電流保護(hù)就可以避免最大負(fù)荷電流的整定，但是往往導(dǎo)致電流較大，靈敏度不能滿足要求。

(2)低電壓啟動(dòng)時(shí)的后備保護(hù)

針對以上過電流保護(hù)電流較大，靈敏度較低的問題，可以在低電壓啟動(dòng)時(shí)利用低壓繼電器切除并聯(lián)運(yùn)行的變壓器的最大負(fù)荷，使其不再左右電流繼電器的整定值，而是電流繼電器的整定值大于變壓器的額定電流整定。

(3)復(fù)合電壓啟動(dòng)時(shí)的后備保護(hù)

該后備保護(hù)方法是對上述后備保護(hù)方法的一個(gè)改進(jìn)和發(fā)展。將上述方法中運(yùn)用的三個(gè)低壓繼電器改為由一個(gè)低壓繼電器與線電壓相接和一個(gè)負(fù)序過電繼電器組成，其中發(fā)生三相短路的時(shí)候?qū)τ诠收想娐返碾妷罕Ｗo(hù)是通過低壓繼電器來完成的，對于各種不對稱的故障反應(yīng)則是通過負(fù)序過電繼電器來完成的。

2 變壓器相間后備保護(hù)現(xiàn)存問題分析

無論是變壓器的內(nèi)部故障，還是變壓器中壓側(cè)或者低壓側(cè)的母線故障，在其后備保護(hù)過程中，高壓側(cè)的后備保護(hù)都是主要手段。當(dāng)變壓器的復(fù)合電壓啟動(dòng)后備保護(hù)的過電流保護(hù)和負(fù)序電流與單項(xiàng)低壓啟動(dòng)過電流繼電器所構(gòu)成的后備保護(hù)不能夠滿足變壓器的靈敏度要求時(shí)，還可以采用阻抗保護(hù)。在實(shí)際工作過程中，這三種后備保護(hù)手段還存在著一些現(xiàn)實(shí)問題，主要包括以下幾個(gè)方面:

(1)復(fù)合電壓啟動(dòng)后備保護(hù)存在的問題

一般在聯(lián)絡(luò)變壓器和降壓變壓器的高壓側(cè)都要配置過電流保護(hù)，而且變壓器的額定電流要小于其過電流保護(hù)的設(shè)定值，低電壓定值要在0.7 Ue以下。在這種情況下，由于低壓側(cè)漏抗較大就會(huì)產(chǎn)生很多問題。首先當(dāng)三相故障發(fā)生在出口附近和低壓側(cè)母線時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致復(fù)合電壓啟動(dòng)時(shí)過流保護(hù)元件不夠靈敏。此外由于電抗很大，高壓側(cè)過流元件在低壓側(cè)故障時(shí)靈敏度不夠，在故障切除后也會(huì)因不返回而導(dǎo)致誤動(dòng)，最后還可能導(dǎo)致過流保護(hù)動(dòng)作時(shí)間過長。

(2)負(fù)序電流與單項(xiàng)低壓啟動(dòng)的后備保護(hù)存在的問題

目前，對于不對稱故障多采用負(fù)序電流保護(hù)法，對于低電壓啟動(dòng)的對稱故障經(jīng)常采用過電流保護(hù)法。如果變壓器存在較大的低壓側(cè)漏抗，當(dāng)三相故障出現(xiàn)在出口附近或者低壓側(cè)母線時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致高壓和中壓一側(cè)存在較高的殘壓，元件的靈敏度也會(huì)不滿足要求。而且在整定計(jì)算時(shí)采用負(fù)序電流元件會(huì)導(dǎo)致計(jì)算復(fù)雜和比較長的動(dòng)作時(shí)限。

(3)相間阻抗保護(hù)現(xiàn)存的問題

當(dāng)變壓器的高壓側(cè)或者中壓側(cè)的相間短路后備是通過配置阻抗保護(hù)而實(shí)現(xiàn)時(shí)，阻抗繼電器的測量元件大多是接線阻抗繼電器而且要帶有偏移性。如果是Y-Y接線的變壓器，在變壓器的兩側(cè)電流和電壓之間不存在相位的轉(zhuǎn)換，短路阻抗能夠通過阻抗繼電器得到正確的測量;如果是Y-d接線的變壓器，在兩側(cè)間有相位的轉(zhuǎn)換，那么短路阻抗就不能正確測量了，這樣就會(huì)導(dǎo)致后備保護(hù)的靈敏性沒有應(yīng)用的價(jià)值。

3 變壓器相間后備保護(hù)問題的改善措施

對于變壓器相間后備保護(hù)存在的問題可采用以下措施進(jìn)行改善:

(1)對變壓器的低壓側(cè)保護(hù)進(jìn)行增強(qiáng)

如果原有復(fù)壓閉鎖過流保護(hù)作為變壓器后備保護(hù)的話，那么就可以在其基礎(chǔ)上多加設(shè)一套保護(hù)低壓母線的機(jī)制，而且要使該保護(hù)的定值整定與出線配合，在此基礎(chǔ)上對于母線的靈敏度要達(dá)到1.5。類似于復(fù)壓過流保護(hù)，不僅要做成兩個(gè)時(shí)限的保護(hù)，而且要對每個(gè)時(shí)限的出口節(jié)點(diǎn)加以整定。采用此種后備保護(hù)比較好的方案是將操作直流取自不同的分配屏，這樣才能夠有效的保護(hù)出口時(shí)限不致過長。對于出線的最后一段，也要與復(fù)壓過流保護(hù)相配合，爭取較短的整定時(shí)限，同時(shí)逐級配合線路保護(hù)和盡量縮短極差。

(2)提高低壓母線保護(hù)靈敏程度

對于低壓側(cè)母線保護(hù)來說，其靈敏度應(yīng)該在1.2～1.3，如果采用復(fù)壓過流的方法作為后備保護(hù)，為了解決電壓的靈敏度問題可以采用高壓測和低壓側(cè)的PT二次并聯(lián)法。該方法的具體措施和手段是:假設(shè)b和c兩相都是電路中的低壓側(cè)，而且在故障點(diǎn)處˙IF1=－˙IF2，˙UF1=˙UF2，那么在c相的高壓側(cè)電流和電壓可以通過如下的方法求得:

(3)加設(shè)限時(shí)電流速斷保護(hù)

增加限時(shí)電流速斷保護(hù)也是一個(gè)比較有益的措施，把它所在的1.4倍靈敏度的主線相互交錯(cuò)的故障電流動(dòng)作值固定，而動(dòng)作的延長時(shí)間要大于第一段出線Δt(Δt的取值為0.4 s)，它所起到的最主要作用就是保護(hù)母線，減少母線故障。對變壓器后備保護(hù)加設(shè)限時(shí)電流速斷保護(hù)后，假如在低壓側(cè)線路之間發(fā)生短路，并且故障出現(xiàn)在線路保護(hù)的瞬間出口地段范圍內(nèi)，就會(huì)使得線路保護(hù)出口地段跳閘。假設(shè)故障出現(xiàn)在線路保護(hù)的瞬間出口地段范圍外，就會(huì)使得線路保護(hù)的是經(jīng)過時(shí)間延長的出口跳閘。再者假如故障出現(xiàn)在低壓側(cè)的母線上，那么，要仔細(xì)確定故障點(diǎn)是否從系統(tǒng)中被切除掉才可以順利運(yùn)行。以上方案將會(huì)使變電站的供電可靠性大大提高，進(jìn)而減少保護(hù)不到的區(qū)域，或者出現(xiàn)保護(hù)靈敏度不夠的現(xiàn)象。

4 結(jié)束語

綜上所述，在采用微機(jī)保護(hù)變壓器的進(jìn)程中，有許多切實(shí)可行的辦法，但依舊還有很多需要不斷改進(jìn)的地方，可在工作中不斷總結(jié)，不斷進(jìn)步。

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