牽引變壓器過負荷保護整定分析

楊 健

（鄭州鐵路局 鄭州供電段，河南鄭州450005）

目前，牽引變壓器過負荷保護一般按2倍額定電流60 s報警，120 s跳閘整定，新線開通時也有按1.5倍額定電流60 s報警，90 s跳閘整定，部分綜合自動保護裝置（以下稱綜自保護）采用極度反時限過負荷保護，啟動電流按1.0倍額定電流整定。由于保護整定值相對保守，二段保護與一段保護時差較小，部分綜自保護極度反時限過負荷保護存在按實時電流計算整體動作時間的缺陷，運行中經(jīng)常發(fā)生過負荷保護跳閘，造成全所停電，嚴重影響運輸生產(chǎn)安全。

1 過負荷保護設置的意義

主變壓器（以下稱主變）過負荷二段保護除作為主變的后備保護外，還作為饋線的遠后備保護。當饋線斷路器拒分或饋線保護整體拒動時，主變一、二次低壓過流保護的保護范圍有限，而電力系統(tǒng)繼電保護僅保護到牽引供電系統(tǒng)變電所母線側(cè)，此時主變過負荷二段保護很可能成為唯一的保護手段，保證變壓器及牽引供電系統(tǒng)的運行安全。特別是當饋線電流增量保護未投入運行，饋線負荷電流不斷增大，饋線距離保護負荷區(qū)保護范圍小，遇到高阻接地故障饋線保護存在拒動的可能性較大，牽引供電系統(tǒng)運行安全受到威脅。根據(jù)近幾年保護動作跳閘情況分析，饋線出現(xiàn)高阻接地故障的情況時有發(fā)生，設置主變過負荷保護非常必要。

2 過負荷保護整定分析

牽引變電所運行檢修規(guī)程（簡稱檢規(guī)）第40條規(guī)定：在事故情況下允許的變壓器過負荷值可參照表1執(zhí)行（查《關于印發(fā)輸變電設備技術標準的通知》（國家電網(wǎng)生［2004］634號文“110（66）k V～500 k V 油浸式變壓器（電抗器）技術標準”中油浸式變壓器過負荷標準為：150%額定負荷連續(xù)運行不低于30 min，分析認為應該將過負荷60%的標準修改為過負荷50%的標準）。

按表1規(guī)定，主變過負荷達2倍額定電流時允許運行10 min，實際運行按2倍額定電流60 s報警，120 s跳閘整定，整定值過于保守。但是，定時限過負荷保護在負荷波動時存在返回問題，在超過動作電流較大時均不能正確反映主變內(nèi)部熱狀態(tài)，整定值也不易過大。

表1 變壓器過負荷值

2.1 主變過負荷運行現(xiàn)狀及對保護整定的要求

對于定時限過負荷保護，洛陽三門峽主變曾出現(xiàn)過負荷超過2倍額定電流運行5 min的情況，主變溫升仍較低，運行未見異常?？紤]變壓器負荷利用率較低（一般在20%～40%），主變有較大的過負荷運行能力。

重負荷區(qū)段，饋線過流、距離保護在負荷區(qū)的動作電流一般為主變額定電流的2.4倍左右，在此電流下饋線保護、主變低壓過流保護拒動的可能性較大，過負荷保護應能可靠保護主變運行安全。超過以上電流，主變低壓過流保護仍有拒動的可能，過負荷保護可按滿足遠后備保護的要求進行整定，即當發(fā)生高阻接地故障后，低壓過流保護的低壓不能可靠啟動時，過負荷保護應在此電流下按模擬曲線方程及時跳閘，完成遠后備保護功能。

2.2 按反時限特性模擬過負荷曲線方程

按變壓器在1.1倍額定電流下能長期運行，可得到模擬過負荷曲線方程（1），當I GF＝1.1倍額定電流，t GF＝800 s時，曲線基本符合“檢規(guī)”規(guī)定的過負荷要求，模擬曲線見圖1～圖3。

t為牽引變壓器過負荷運行時間，s；T GF為時間常數(shù)，s；I為主變過負荷電流，A；I GF為主變過負荷門檻電流，A。

2.3 圃田變電所過負荷保護整定計算實例

圃田變電所饋線發(fā)生近端高阻接地故障后，過負荷保護可按以下方法進行整定計算：

（1）計算主變二次側(cè)臨界短路電流I

U e為母線額定電壓，V；U zd為主變低壓過流電壓整定值，V；Xclmax為電力系統(tǒng)最大運行方式下短路阻抗，Ω；Xclmin為電力系統(tǒng)最小運行方式下短路阻抗，Ω；Xb為牽引變壓器短路阻抗，Ω。

（2）計算在主變二次側(cè)臨界短路電流下主變能承受的時間t

將系統(tǒng)最大運行方式（系統(tǒng)最小運行方式）下的臨界短路電流I代入公式（1）。

圖1 2 min跳閘整定過負荷二段保護動作特性圖

圖2 3 min跳閘整定過負荷二段保護動作特性圖

圖3 5 min跳閘整定過負荷二段保護動作特性圖

（3）計算過負荷保護延時t

對于定時限過負荷保護，按2倍額定電流動作，延時應按0.31 min（1.40 min）跳閘整定。

對于極度反時限過負荷保護可按參考文獻［2］中的計算公式（3）進行整定計算。

①按1.1倍額定電流啟動，將臨界短路電流I和主變能承受的時間t代入公式（3）計算T GF

②按1.1倍額定電流啟動，將計算的T GF代入公式（3），計算過負荷電流達2倍額定電流的延時t

可見，對于極度反時限過負荷保護，按2倍額定電流60 s報警，120 s跳閘整定，能獲得完美的保護，也就是按5 min跳閘整定，保護特性也較為優(yōu)良。

2.4 變電所過負荷保護整定計算統(tǒng)計分析

在系統(tǒng)最小運行方式下，變電所饋線發(fā)生近端高阻接地故障，計算的臨界短路電流較為合理。在此條件下，按以上分析計算方法，共對鄭州供電段9座變電所定時限、極度反時限過負荷保護進行了整定計算分析。

定時限過負荷保護，按2倍額定電流動作，平均延時應按0.7 min跳閘整定。極度反時限過負荷保護，按1.1倍額定電流啟動，過負荷電流達2倍額定電流時的平均動作時間應按3.2 min跳閘整定。從分析結(jié)果可以看到，定時限過負荷保護整定較為困難，極度反時限過負荷保護整定較為寬松。

2.5 主變過負荷保護整定原則

綜合考慮主變過負荷能力、保護動作特性及整定方法，主變過負荷保護可按以下原則進行整定：

定時限過負荷一段保護按2倍額定電流60 s報警整定，過負荷二段保護視負荷情況按2倍額定電流120，180，300 s 3個等級跳閘整定。

極度反時限過負荷保護按2倍額定電流60 s報警整定，過負荷二段保護按2倍額定電流300 s跳閘整定。

按2倍額定電流120，180，300 s跳閘整定情況下，定時限、極度反時限過負荷二段保護動作特性圖見圖1～圖3。

從圖3可以看到，按2倍額定電流延時5 min跳閘整定時，定時限過負荷保護僅能保護過負荷100%－140%的區(qū)域，過負荷小于100%時，保護不能啟動；過負荷大于140%時，保護不能可靠保護主變壓器，但比沒有要好得多。極度反時限過負荷保護在過負荷10%－300%的區(qū)域內(nèi)均有良好的保護特性。

3 結(jié)束語

（1）建議主變反時限過負荷保護按分時電流累計計算整體動作時間的原則進行程序設計，防止過負荷保護啟動過程中遇到饋線短路時發(fā)生越級跳閘事故，提高現(xiàn)場使用反時限過負荷保護的可靠性。

（2）負荷較大的牽引變電所，優(yōu)先采用反時限過負荷保護，過負荷二段按1.1～1.3倍額定電流啟動，按2倍額定電流延時5 min跳閘整定。

（3）負荷不大的牽引變電所，當采用定時限過負荷保護時，過負荷二段按2倍額定電流延時2 min跳閘整定；當采用反時限過負荷保護時，過負荷二段按1.1～1.3倍額定電流啟動，按2倍額定電流延時3分鐘跳閘整定。

（4）當饋線發(fā)生高阻接地故障，其他保護拒動時，主變過負荷二段保護雖然能保護主變壓器不損壞，但故障點損壞程度將非常嚴重。因此，建議主變后備保護裝置增加距離及電流增量保護，作為饋線的主后備保護使用。

［1］曹建猷.電氣化鐵道供電系統(tǒng)［M］.成都：西南交大出版社，1988.

［2］交大許繼.TA21型牽引變電所安全監(jiān)控與綜合自動化系統(tǒng)說明書，WBH－892 H主變后備保護裝置V3.0［R］.2000.

［3］國電南自.WBZ－65 A微機變壓器保護測控裝置技術說明書 V1.0［R］.2004.

［4］天津凱發(fā).DK3531 A電鐵變壓器后備保護測控裝置技術說明書 V1.01［R］.2010.

［5］鐵運［1999］101號，牽引變電所運行檢修規(guī)程［S］.2000.