中小型水電站主變低壓側后備保護的選擇

龍 珊

（湖南省水利水電勘測設計研究總院 長沙市 410007）

1 概 述

在中小型水電站，主變的后備保護配置中，我們一般選擇在低壓側配置復合電壓啟動過流保護作為對主變和線路的后備保護。保護范圍到相鄰元件末端即線路末端。而在通過對不同的主接線形式，不同裝機容量的若干個中小型水電站的繼電保護整定過程中，筆者發現有大部分的電站主變低壓側復合電壓啟動過電流保護在作為相鄰元件也就是線路的后備保護的時候，靈敏度系數是不能達到要求的。而是有一個這樣的規律，基本上中小型電站中，單機單變的主變后備保護選擇低壓側復壓過流是可以滿足靈敏度系數要求的，而兩臺以上的發電機共母線1臺主變的形式，主變復壓過流卻難以滿足靈敏度系數的要求。

2 中小型水電站主變后備保護的整定問題

由于負序電流保護無法判斷三相短路故障，在中小型水電站中，基本選擇復合電壓過流保護作為主變低壓側的后備保護，并沒有配備負序電流保護或者阻抗保護。這樣導致主變低壓側的后備保護只能由負序電壓來判斷，對主變的保護是不利的。

3 復合電壓啟動過流保護整定計算分析

現在通過對復合電壓啟動過流整定計算的公式的分析，根據一次主接線形式，基本確定主變低壓側配置復合電壓過流是否能滿足靈敏度要求。因為電壓整定值都能滿足靈敏度系數要求，所以在這里我們只對電流的整定計算進行分析，以便于在保護設備訂貨之前能配備適合電站的主變低壓側后備保護。

視主變低壓側的基準電壓和額定電壓為相同的標準電壓，基準容量SB為100 MVA。中小型水輪發電機的超瞬變電抗一般為0.17～0.27，通過對靈敏度系數不等式各因素：主變容量、發電機容量和阻抗、主變阻抗、線路阻抗的分析，來判斷何種主接線方式，可以使不等式成立，也即在主變低壓側設復合電壓過流保護能滿足靈敏度要求。在何種主接線方式下是不成立也即靈敏度不符合要求而只能設置阻抗保護。

式中IOP——動作電流；

I（2）k.min——最小運行方式下相鄰元件末端兩相短路電流。

式中SN——主變容量；

UL——主變低壓側額定電壓。

SB為 100 MVA。

式中XG，XT，Xl——分別為發電機，主變，線路的阻抗的標幺值；

SN——主變額定容量。

我們先以主變高壓側末端為保護范圍。

單機單變時近似認為發電機容量與主變容量相同。中小型水電站變壓器的短路阻抗為10.5%來計算，不等式變為：

即發電機直軸超瞬變電抗滿足這個條件，單機單變接線形式的主變低壓側配備的復合電壓過流保護是可以滿足靈敏系數的要求的。根據發電機的超瞬變電抗為0.17～0.27這個范圍，通過上面的計算過程得知可以保護到240 km 220 kV線路到線路的末端，可以保護到60 km的110 kV線路末端，可以保護到6 km的35 kV線路末端。

兩臺機1臺變時近似認為兩臺發電機容量和與主變容量相同，即發電機容量為主變容量1/2，不等式變為：

即發電機直軸超瞬變電抗在小于0.218 5的時候才能滿足靈敏度要求。實際情況是現在的中小型水電站，少有發電機容量與主變容量相同這樣配置的，因為水輪發電機的容量并不是能按標準容量選擇的，所以實際情況是主變容量的不到90%這樣配置的。也就是說實際情況中，兩臺機1臺變的接線形式發電機直軸超瞬變電抗在0.17以下的范圍內才能符合靈敏度要求。而現在機組的這個電抗一般在0.2以上，所以在普遍的情況下，兩臺機單變的接線形式，主變低壓側復合電壓過流保護末端在主變高壓側母線的范圍都不能滿足靈敏系數的要求的。

3臺機1臺主變的形式，發電機的直軸超瞬變電抗在0.147以下才能符合。基本不符合現在發電機的阻抗要求。

綜合以上結論可以看到，在中小型水電站主變低壓側配置復合電壓過電流保護只有在單機單變的情況下才有可能符合靈敏系數要求。而多機單變的接線形式，保護范圍連主變高壓側末端都基本難以保護到。而在實際情況中，單機單變的接線形式只是其中一部分，而且要先進行整定計算才能確定是否符合靈敏度要求。

4 結 論

這樣分析看來，水電站主變低壓側設置復合電壓過電流保護，靈敏度符合要求的只局限于單機單變的主接線形式。而在中小型水電站中，這種接線只是一部分，而多數為多機單變的形式。在水利電力出版社出版的《電力系統繼電保護原理》書中，對主變壓器低壓側復合電壓啟動過電流保護有這樣的論述：對于大容量的變壓器和發電機組，由于其額定電流很大，而在相鄰元件末端兩相短路時的短路電流可能較小，因此采用復合電壓啟動的過電流保護往往不能滿足作為相鄰元件后備保護時對靈敏系數的要求。在這種情況下，應采用負序過電流保護，以提高不對稱短路時的靈敏性。當過電流保護均不能滿足要求時，應當設阻抗保護。

通過本文分析并且綜合書中的論述，筆者認為在中小型水電站中宜配置阻抗保護作為主變的主要后備保護，而不推薦配置復合電壓啟動過流保護。