220kV變壓器后備保護整定詳解

摘要：通過介紹變壓器后備保護的配置原則，引出常規復合電壓閉鎖過流保護配置在實際工作當中出現的問題，并結合實際提出在主變壓器中后備增設一段純過流保護的方案。

關鍵詞：變壓器后備保護；保護配置；繼電保護

變壓器后備保護包括相間短路的后備保護和接地短路的后備保護，后備保護可作為變壓器本體差動保護的后備。也可對變壓器外部故障引起的過電流起到保護作用，作為變壓器各側母線以及部分出線的遠后備保護[1]。

對外部接地短路故障，采用零序過電流保護或零序電壓保護，根據保護選擇性要求，確定是否采用零序功率方向元件。對外部相間短路故障，可采用過電流保護，但純過電流保護僅僅適用于容量較小的單側電源變壓器。對于大容量變壓器，過電流保護往往靈敏度不足，這時可裝設帶復合電壓閉鎖的過電流保護，以提高保護動作的靈敏性[2-3]。

復合電壓閉鎖的過流保護雖然提高了保護動作的靈敏性，但犧牲了變壓器后備保護的部分可靠性。

1 主變壓器過負荷整定的原因

如圖1 所示，配備常規保護的220 kV 主變在變電站重負荷情況下并列運行，若全站負荷大于最小變壓器容量1.3倍時發生另一臺變壓器跳閘，由于負荷轉移可能引起運行主變嚴重過載而造成主變受損或燒毀。故從方式安排的角度考慮，在重負荷情況下將主變的中壓側母線分列運行（低壓側一般也分列運行），2 臺主變各自承擔一部分負荷，這樣就保證在任一主變跳閘后直接甩掉一段母線，從而避免負荷轉移威脅另一臺主變安全運行。

上述分列運行方式雖然解決了主變過載可能受損的問題，但存在如下弊端。

因負荷分配難以合理、準確安排，在重負荷時，導致某一時段分列運行的2臺主變之間負載率相差較大，一臺輕載，而另一臺又幾乎滿載甚至過載，不能充分發揮2臺主變的有效容量；在輕負荷時，分列運行造成變電站供電可靠性降低。

造成電網結構變化，方式較多，使保護定值的整定計算復雜化。

使該片電網方式倒換變得復雜。

為此，根據當前保護配置的實際情況，將2 臺并列運行的220 kV 主變中壓側后備保護增設一段二時限純過流保護（先后跳開中壓側母聯和主變中壓側開關），這樣在一臺主變跳閘后，運行主變若因負荷轉移而過載，這時運行主變的純過流保護動作就會長延時跳開母聯甩掉故障主變所連的母線，若母聯跳閘失靈，則跳開運行主變中壓側開關，甩掉全部中壓側負荷，確保運行主變的安全。

2 整定方案

2.1 按整定規程確定的原則

DL/T 584—2007《3 kV ～ 110 kV 電網繼電保護裝置運行整定規程》、DL/T 559—2007《220 kV ～ 750 kV 電網繼電保護裝置運行整定規程》中關于變壓器保護有以下描述[4-5]。

變壓器過電流保護按Idz = K k/K f×IFH.max 原則整定，其中K k 為可靠系數，取1.2～ 1.3，K f 為返回系數，電磁型取0.85，微機型取0.95，IFH.max 為最大負荷電流，復合電壓閉鎖的過電流保護，只考慮變壓器的額定電流，無復合電壓閉鎖的過電流保護，最大負荷電流應適當考慮電動機的自啟動系數。

取K k = 1.2 ，K f = 0.95 ，因動作時間長不考慮電動機的自啟動系數，IFH.max 取1.1倍變壓器的額定電流，得到Idz = 1.39 In（In 變壓器中壓側額定電流，計算時額定電壓取115 kV）。

2.2 按變壓器運行規程確定的原則

DL/T 572—2010《電力變壓器運行規程》中，關于各類負載狀態下負載電流和溫度的最大限值如表1 所示（當制造廠有關超額定電流運行的明確規定時，應遵守制造廠的規定）。

表1 變壓器負載電流和溫度的最大限值表

中型變壓器：三相額定容量不超過100 MVA ，單相最大容量為33.3 MVA 的電力變壓器。大型變壓器：超過中型變壓器規定容量限值的電力變壓器。

2.3 按湖北省公司文件規定

《湖北省電力公司關于印發變壓器過負載運行指導性意見（試行）》中，關于變壓器短期急救負載有以下表述。由于系統中發生事故，使變壓器嚴重超額定負載運行，繞組熱點溫度可能達到危險的程度，并有可能導致暫時的絕緣強度下降，應盡量避免這種運行方式的發生。

短期急救負載運行方式，不應超過0.5 h，負載電流不應超過額定電流的1.3倍，變壓器頂層油溫不超過105 ℃。

2.4 整定計算方案結論

考慮到主變低壓側有功負荷一般不會超過主變容量的10% ，本方案擬在220 kV 主變中后備保護中增設一段純過流保護，取動作電流Idz = 1.3 In（In 變壓器中壓側額定電流），分別以T1 － 2 s跳分段（母聯）開關、T1 跳變壓器110 kV 本側開關（T1 為保護裝置可整定最長時間）。

由于220 kV 變電站低壓側通常有無功反送（電容補償器產生的），故主變中后備純過流保護在Idz = 1.3 In 動作時，主變高壓側負載約在主變容量的1.3～ 1.4倍之間。

2.5 整定計算實例

220 kV 某變電站的2 臺主變參數如下：#1、#2 主變額定電壓為230 +（1±8×1.25%）/121/38.5 kV ，額定電流為602.45/1145.16/1799.53， A額定容量為240/240/120 MVA，中壓后備電流互感器變比為1600/1。

在主變壓器中后備增設一段純過流保護，計算#1、#2 主變中后備限時速斷電流定值Idz（110kV 側，長延時純過流段）：

Idz = 1.3×1145.16/1600 = 0.93 A/18 。s/20 s

18 s時限為延時跳110 kV 母聯（分段）開關，20 s時限為延時跳#1、#2 主變中壓側開關，20 s為保護裝置可整定最長時間。主變保護裝置是PCS —978GE —D 型變壓器成套保護裝置。

2.6 實施方案及注意事項

只對電網中運行最大負荷超過最小主變容量1.3倍的重負荷變電站實施。

方式安排應注意中壓側兩段母線負荷均勻分配，確保在一臺主變跳閘時，純過流保護所切除負荷合適。

應注意下級負荷站的備自投方式，不能在主變純過流保護動作切除負荷后，備自投動作又恢復被切除的部分負荷對運行主變造成沖擊跳閘。

當低壓側負荷發生較大變化時，須校核該定值。對重要用戶，須考慮及時恢復供電預案。

3 結束語

變壓器后備保護對變壓器、電網的安全穩定運行以及供電可靠性有著不可或缺的作用，本文提出了在220 kV 變壓器后備保護增設一段過負荷保護整定方案，解決了具有多臺主變的變電站在大負荷情況下運行方式安排難、保護定值整定計算復雜等問題，具有很好的實用意義。