整流變壓器的保護配置及整定

胡 偉

(北京礦冶科技集團有限公司， 北京 100160)

整流變壓器由于結構的特殊性，其保護配置的原則和方法與電力變壓器有很大的區別，很多設計或工廠運維人員沒有充分了解整流變壓器的保護原理，有些按電力變壓器來配置整流變壓器的保護，必然使設備保護裝置不能可靠動作，給設備運行帶來很大安全隱患。有必要引起相關設計和運維人員的重視。本文對銅冶煉工業所用整流變壓器的保護整定計算原則、公式進行介紹。

1 整流變壓器的保護配置

目前有色金屬行業都是按照《GB 50673—2011有色金屬冶煉廠電力設計規范》的要求來對整流變壓器裝設保護。

1.1 瞬動過流保護

根據規范要求，整流變壓器設置兩套瞬動過電流保護，同變壓器本體非電量保護(瓦斯保護)一起構成整流變壓器的主保護。

第一套過電流保護裝置在調壓變的電源側，保護瞬時動作于機組斷路器跳閘。

第二套過電流保護裝設于調壓變的二次側或整流變壓器的一次側，安裝在變壓器油箱內，保護整流變壓器保護瞬時動作于機組斷路器跳閘。由于第二套保護不能躲過勵磁涌流，需要延時投入保護。

應該注意，第二套保護裝置數量與整流變壓器的數量一致，例如：如果是4×6脈波的整流變壓器，需要配置4套保護裝置。

規范在對第二套過電流保護裝置描述時，原文“3帶時限過電流保護，或延時投入瞬動過電流保護(第二套過電流保護)”將變壓器主保護和后備保護(帶時限過電流)并列，似乎不妥，會給設計人員造成困惑，因為第一套保護是整流變的主保護，不能保護全部整流變壓器，存在死區，才考慮設置第二套保護來保護整個整流變壓器，該保護應獨立作為整流變壓器的主保護，不應和帶時限過電流保護(后備保護)并列，給設計人員造成二選一的錯覺。

第一套和第二套瞬動過電流保護整定計算公式為：

(1)

式中Kk—可靠系數，第一套保護取1.5～3，須躲開變壓器的勵磁涌流，并應大于變壓器的額定電流，不必考慮繼電器的返回系數，若機組不在全壓下運行，可以適當降低；第二套保護取1.1～1.5，并計及繼電器返回系數，取0.8～0.85，延時取0.3～0.5 s，并應在合閘后取消延時功能；

Kjx—接線系數；

Keb—電流互感器變比；

I1e—變壓器一次額定電流；

Idz—繼電器動作電流。

保護裝置靈敏系數按公式(2)進行計算：

(2)

式中Id—第一套保護應取第二套保護用電流互感器之前的兩相短路電流值；第二套保護應取整流變壓器一組二次繞組的兩相短路電流；且按調壓變實際所在的無勵磁調壓段的最低調壓級和在系統最小運行方式下的短路容量進行計算。

第一套保護靈敏系數KLm不應小于2；第二套保護裝置的靈敏系數KLm不應小于1.5。

在計算整流器二次側短路電流時，制造廠給出的短路阻抗百分值往往為全部或幾組二次繞組同時短路的數值，此時應予換算，或向制造廠索取選定短路方式的有關數據。換算方法可以參考文獻[1]。

1.2 帶時限過電流保護

目前主流的變壓器微機保護裝置都配置有帶時限的過電流保護，可以利用第一套和第二套保護裝置的帶時限過電流保護作為整流變壓器的后備保護，反應外部相間短路引起的整流變壓器過電流故障。

帶時限過電流保護動作值可按如公式(3)計算：

(3)

式中Ko1—過電流取1.2倍變壓器額定電流，Kf返回系數取0.8～0.85；延時0.5～0.7 s。

保護裝置靈敏系數按公式(4)進行計算：

(4)

式中Id—同第二套保護裝置取值。

保護靈敏系數KLm不應小于1.3；如果不能滿足靈敏度，可以采用復合電壓閉鎖的帶時限過電流保護。

1.3 過負荷保護

整流變壓器一般均設置過負荷保護，保護延時動作于報警或跳閘。延時的時間躲開人工操作糾正過負荷，取9 s左右。

過負荷保護動作值計算公式可參考第二套瞬動保護動作值，過負荷系數取1.05，Kf返回系數取0.85。

可以按上述原則整定第一套和第二套保護裝置的過負荷保護。

1.4 變壓器本體非電量保護

瓦斯保護：整流變壓器瓦斯保護包括變壓器本體瓦斯保護和有載開關瓦斯保護。由于目前整流變壓器大多采用“調壓變+整流變”共箱式結構，低壓側接線很復雜，整流變壓器保護很少采用差動保護。變壓器內部故障主要靠瓦斯保護動作，瓦斯保護對變壓器匝間和層間短路、鐵芯故障、套管內部故障、繞組內部斷線及絕緣劣化和油面下降等故障均能靈敏動作。輕瓦斯信號動作于報警，重瓦斯信號瞬時動作于斷路器跳閘。

溫度保護：整流變壓器過負荷、內部短路故障及環境溫度過高時，變壓器本體內油溫升高超過整定值，會發出超溫報警和跳閘信號。整流變壓器按報警溫度65 ℃，跳閘溫度85 ℃確定。

壓力保護：整流變壓器內部故障，氣化的變壓器油使變壓器內部壓力急劇升高，壓力釋放閥動作，釋放壓力，同時發信號動作于斷路器跳閘。

2 設計案例

下面以哈薩克斯坦某濕法冶煉廠電積整流系統的一個案例來說明整流變壓器的保護配置方案。

電積整流變壓器ZHSFPT- 4500/10 kV，雙反星帶平衡電抗器接線，單機組12脈波。系統接線見圖1。

保護配置方案：第一套保護配置在10 kV開關柜內，采用變壓器綜保裝置，設瞬動過電流保護，帶時限過電流保護，過負荷保護。第二套保護單獨組屏，采用變壓器綜保裝置兩套，分別保護兩組整流變壓器，設瞬動過電流保護(延時0.4 s投入)，帶時限過電流保護，過負荷保護。

瓦斯、油溫、壓力保護信號統一送至整流器控制柜，由整流器控制柜發整流變壓故障報警和跳閘信號至10 kV開關柜，動作于報警和斷路器跳閘。

圖1 哈薩克斯坦某濕法冶煉廠整流變壓器保護配置

目前該廠2012年投運以來，生產平穩，未發生保護誤動作，取得了很好的經濟效益。

3 結論

本文簡介了整流變壓器的保護整定的設計要求，認為《GB 50673—2011有色金屬冶煉廠電力設計規范》整流變壓器保護設置存在疑問。同時結合實例，說明了整流變壓器的保護整定的原則和整定方法，并嘗試給出一種全面的解決辦法，完善整流變壓器的保護功能，希望能在企業整流變壓器的綜合保護應用方面提供一定的參考，引起設計和運維人員對企業整流變壓器保護正確設置的重視。