江西電網3535355 kVkVkVV及以下變壓器保護整定計算原則解析

何志勤，段惠明，宿 昌，李志宏

（國網江西省電力公司，江西南昌 330077）

0 引言

配電網直接面向電力戶，其運行可靠性與人民的工作和生活息息相關。繼電保護是保障配電網安全的第一道防線，加強配電網繼電保護管理是保障智能配電網自愈性的重要內容[1-2]。江西省35 kV及以下配電網規模龐大、運行工況復雜、一次設備建設相對滯后，給地、縣供電公司整定計算人員做好配電網整定計算工作帶來了艱巨的挑戰。現有國家標準[3-5]中尚無專門的配電網整定計算原則可供參考，造成地、縣供電公司整定計算人員對整定問題的理解不統一，給江西配電網繼電保護的可靠運行帶來了風險。

為了全面提升地、縣供電公司配電網整定計算水平，江西省電力公司電力調度控制中心組織修編了《江西電網35 kV及以下繼電保護整定計算原則》，該原則包含線路保護和變壓器保護兩部分。本文針對整定計算原則中35 kV變壓器保護的主要內容，包括：后備保護按時間定值劃分各段的新方法、變壓器各時限電流保護的時間定值配合順序和電流定值整定原則、變壓器比率差動保護整定計算和靈敏度校核、復壓閉鎖元件取值和靈敏度校核等問題進行解析。

1 變壓器后備保護整定計算

1.1 按時間定值劃分后備保護的原因

現有大型變壓器整定計算原則[5]一般按電流定值劃分變壓器各側電流保護，再確定各段電流保護對應的時間定值。由于110 kV及以上電網保護廠家較為規范，對按電流定值劃分電流保護各段理解基本一致，使該劃分方法在實際應用中效果良好。

與輸電網不同，配電網保護廠家眾多，對后備保護各段的設計理念存在較大差異。若按電流定值劃分變壓器后備保護各段，地、縣調整定計算人員在理解整定原則時易產生歧義。鑒于35 kV變壓器后備保護的電流定值整定簡單（例如低壓側跳母聯斷路器定值與跳低壓側斷路器定值整定方法完全相同）而時間定值整定較為復雜，整定計算原則按時間定值劃分35 kV變壓器后備保護各段，再確定各段對應的電流定值。

1.2 變壓器后備保護各段劃分

在按時間定值劃分35 kV變壓器后備保護各段時，考慮的條件主要包括：1）是否配有差動保護作為主保護；2）低壓側10 kV出線是否接有小水電等分布式電源；3）低壓側10kV母線是否配有母聯（分段）斷路器。

計及35 kV變壓器面臨的最復雜情況，即：未配置差動保護、低壓側10 kV出線接有分布式電源且10 kV母線配有分段斷路器，則變壓器低壓側應配置兩個時限的電流保護，高壓側應配置三個時限的電流保護。其中，低壓側第1時限電流保護跳開10 kV母線的母聯（分段）斷路器，第2時限電流保護跳開變壓器低壓側斷路器。兩個時限保護均帶方向且指向10 kV母線。高壓側第1時限電流保護作為變壓器主保護，快速切除主變內部故障，第2時限電流保護跳開變壓器各側斷路器。第1時限與第2時限電流保護均帶方向且指向35 kV變壓器。為保證35 kV出線故障時斷路器拒動，變壓器高壓側應配置第3時限電流保護，該保護不帶方向，作為35 kV出線和變壓器的總后備。

當35 kV變壓器面臨其他情況時，整定計算人員可取消相應的電流保護段（定值取為最大，不參與保護配合）。例如：1）當變壓器配置有差動保護時，可取消高壓側第1時限電流保護；2）當低壓側10 kV出線未接分布式電源時，兩側電流保護均可不帶方向并取消高壓側第3時限電流保護；3）當低壓側10 kV母線為單母接線而無母聯（分段）斷路器時，可取消低壓側第1時限電流保護。不同情況下的保護詳細設置如表1所示。

表1 不同情況下的35 kV變壓器后備保護設置

1.3 變壓器后備保護時間定值配合

以圖1為例，對35 kV變壓器面臨的最復雜情況進行說明。后備保護的時間定值應考慮10 kV出線故障時變壓器兩側斷路器的跳閘順序，配合定值包括：低壓側第1、第2時限電流保護定值，高壓側第2時限電流保護定值。公式如下：

式（1）中，△t為時間級差，應整定為0.2 s；M為變電站10 kV出線數目。低壓側第1時限電流保護時間定值先與10 kV出線電流末段的最長動作時間配合，進而實現、之間的逐級配合。

當為配合110 kV及以上電網整定計算而需壓縮配電網后備保護動作時限時，應注意優先順序。此時，應首先壓縮10 kV出線后備保護時間定值，當壓縮后仍無法滿足速動性要求時，可將變壓器低壓側第2時限時間定值和高壓側第2時限時間定值置為相等，即：。需注意的是，若將這兩個定值置為相等，則當變壓器跳閘時，當值調度員可能無法區分故障點的具體位置，進而影響故障后的恢復送電時間。因此，該情況須經縣供電公司分管領導批準并備案。

后備保護的時間定值配合還應考慮變壓器高壓側第3時限電流保護時間定值與35 kV出線后備保護、變壓器高壓側第2時限電流保護時間定值間的協調，以保證第3時限電流保護在35 kV線路故障且本側開關拒動、35 kV母線故障、35 kV變壓器內部故障等情況下起到后備保護的作用。公式如下：

式（2）中，時間級差△t整定為0.2 s；N為變電站35 kV出線數目；theat為變壓器暫態熱穩定極限時間，計及斷路器跳閘時間為0.1 s，則theat可整定為1.9 s。

變壓器高壓側第1時限電流保護代替差動保護起到變壓器主保護作用。因此，當其電流定值能躲過配電變壓器勵磁涌流及10 kV出線末端電動機自啟動電流時，時間定值應整定為0 s，否則按小于或等于0.2 s整定。

需指出的是，35 kV變壓器后備保護裝置一般提供了低壓側跳各側開關時限和高壓側跳本側開關時限供整定計算人員選擇。整定計算原則建議將這兩段時限取消，并將相關硬壓板拆除，從而進一步簡化后備保護的時間定值配合，為110 kV及以上電網后備保護整定計算提供足夠裕度。

圖1 35 kV變電站接線及變壓器后備保護動作時限

1.4 變壓器后備保護電流定值整定

按變壓器面臨的最復雜情況進行說明。變壓器低壓側第1、第2時限電流保護的電流定值整定方法相同，均按躲變壓器低壓側額定電流IN整定。算式見式（3），其中，可靠系數Krel取1.3-1.4。

變壓器高壓側第1時限電流保護的電流定值按躲低壓側10 kV母線故障整定。即第1時限電流保護只能保護到變壓器的一部分，而不能保護到100%。公式如下：

其中，可靠系數Krel取1.1-1.3，整定原則推薦可靠系數Krel的下限取為1.1，以避免第1時限電流保護在變壓器內部故障時保護范圍過小。為最大運行方式下低壓側10 kV母線三相短路電流。

變壓器高壓側第2、第3時限電流保護的電流定值整定方法相同，均按躲變壓器高壓側額定電流IN整定。公式如下：

其中，可靠系數Krel取1.3-1.4。高壓側第2、第3時限電流保護的靈敏度校核方法與低壓側第1、第2時限電流保護相同。

2 變壓器比率差動保護整定計算

2.1 比率差動保護整定計算

比率差動保護的動作特性如圖2所示：

圖2比率差動保護動作特性

圖2 中最小動作電流Iop.min的算式為：

其中，Krel為可靠系數，推薦取1.3-1.5；Ker、△U和△m分別為電流互感器（CT）的比誤差、變壓器調壓誤差和CT變比不完全匹配誤差，取值可參考文獻[5]。

起始制動電流Ires.min可取為：

當變壓器保護廠家推薦Ires.min值時，可按廠家推薦值整定；當廠家未推薦Ires.min值時，按式（7）整定。

在計算折線斜率Kgra時，需先計算差動保護最大不平衡電流對應的動作電流Iop.max和最大制動電流Ires.min。動作電流算式為：

其中，可靠系數Krel取為 1.3-1.5；Kop、Kcc分別為非周期分量系數和CT同型系數；Icro.max為變壓器外部短路時，差動保護最大穿越性電流的周期分量。最大制動電流Ires.min在實際計算中可直接取為最大穿越性電流Icro.max。最終算得折線斜率如下：

2.2 比率差動保護靈敏度校核

由于整定計算軟件無法模擬變壓器內部故障，整定計算人員可按變壓器10 kV側母線故障校核比率差動定值靈敏度，即：

3 變壓器復壓閉鎖元件整定計算

35 kV變壓器高、低壓側后備保護均應投入復壓閉鎖元件。由于配電網故障時，變壓器低壓側電壓變化一般比高壓側明顯，因此高壓側后備保護的復壓閉鎖元件宜取本側和低壓側電壓，按或關系出口；低壓側后備保護的復壓閉鎖元件宜取本側電壓。

與線路保護的復壓閉鎖元件取值相同，變壓器復壓閉鎖元件低電壓定值按Udz≥90 V整定；負序電壓定值按Udz.2=2.6 V整定。低電壓定值的靈敏度校核算式為：

負序電壓定值的靈敏度校核公式如下：

4 結論

為了進一步規范江西35 kV及以下電網整定計算工作，提高配電網繼電保護正確動作率，江西省電力公司電力調度控制中心組織修編了《江西電網35 kV及以下繼電保護整定計算原則》。本文針對該原則的變壓器保護部分進行了解析。闡述了變壓器后備保護按時間定值劃分各段的新方法，以及變壓器各時限電流保護的時間定值配合順序、電流定值的整定原則，并對變壓器比率差動保護整定計算、復壓閉鎖元件取值和靈敏度校核等問題進行了說明。進而為整定計算人員深入理解整定計算原則奠定了基礎。

[1]董旭柱，黃邵遠，陳柔伊，等.智能配電網自愈控制技術[J].電力系統自動化，2012，36（18）：17-21.

[2]王增平，姜憲國，張執超，等.智能電網環境下的繼電保護[J].電力系統保護與控制，2013，41（2）：13-18.

[3]DL/T 584—2007，3 kV-110 kV電網繼電保護裝置運行整定規程[S].

[4]崔家佩，等.電力系統繼電保護與安全自動裝置整定計算[M].北京：中國電力出版社，1993.

[5]DL/T 684—1999，大型發電機變壓器繼電保護整定計算導則[S].