減少220 kV主變壓器故障沖擊技術(shù)措施

周啟義,陳孝安,宋會平

摘 要：由于220 kV主變壓器中壓側(cè)所配的過流保護需要與下級110 kV主變壓器保護相配合，導(dǎo)致主變高、中壓側(cè)過流保護動作時間整定過長。在110 kV系統(tǒng)發(fā)生短路故障時，如果相關(guān)保護、開關(guān)不能正確動作，則主變壓器將承受大電流、長時間的沖擊，極有可能損傷變壓器。

關(guān)鍵詞：變壓器；故障沖擊；雙套配置；線路保護

中圖分類號：TM407 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）21-0012-02

1 主變現(xiàn)狀

荊州供區(qū)的保護時間級差經(jīng)過多年調(diào)整，220 kV主變高壓側(cè)復(fù)壓過流保護的動作時間已由原來的7 s左右降至3.5 s。雖然動作時間降低了，但還是無法滿足主變壓器熱穩(wěn)定的需求，需要我們進一步縮短保護動作時間，或采取其他技術(shù)措施。

保護時間級差由0.5 s調(diào)整為0.3 s后（還有調(diào)整空間），220 kV主變高壓側(cè)復(fù)壓過流保護的動作時間縮短了近50%. 這是因為我們確定了保主設(shè)備的整定原則，嚴格限制了串供線路的數(shù)量，適當犧牲了多級串供線路的選擇性（依靠重合閘補救），從而最大限度地縮短了變壓器后備保護的動作時間。

在調(diào)整了級差后，變壓器低壓側(cè)過流保護的動作時間可控制在1 s以內(nèi)，一般為0.4 s跳分段，0.7 s跳本側(cè)。中壓側(cè)保護的配合較多，導(dǎo)致整定較長，零序保護一般在2 s以下，過流保護一般在3.5 s左右。因此，要在現(xiàn)有條件下進一步降低保護動作時間非常困難，中壓側(cè)的保護配合是變壓器后備保護動作時間過長的根本原因，是制約保護整定時間降低的瓶頸，要解決這一問題，就必須從中壓側(cè)入手。

2 變壓器故障沖擊分析

正常情況下，無論哪個部位發(fā)生短路故障，變電站中配置的保護都能快速動作并切除故障，因此，變壓器不會長時間受到較大短路電流的沖擊。

如圖1所示，變電站保護用電流互感器二次繞組的選擇原則一般為確保線路保護、母差保護和主變。

圖1 變電站保護用電流互感器二次繞組的選擇原則

從圖1中可以看出，差動保護的動作范圍最大化，具備無縫連接，不存在保護死區(qū)。當K1點故障時，主變差動保護能快速切除故障；當K2點故障時，110 kV母差保護能快速切除故障；當K3點故障時，線路保護能快速切除故障。因此，在正常情況下，變壓器不會長時間受到較大短路電流的沖擊。

但是，當變電站出口發(fā)生短路故障時，如果線路保護、母差保護或開關(guān)失靈拒動，則故障只能依靠變壓器后備保護切除。由于后備保護的整定時間較長，導(dǎo)致變壓器長時間受到較大電流的沖擊，極有可能損壞設(shè)備。因此，防范此類故障非常重要。

3 防沖擊技術(shù)措施

根據(jù)變壓受沖擊的原因，可采取的對策為提高保護動作的可靠性、增加開關(guān)失靈保護和縮短變壓器后備保護的動作時間。利用上述3種措施，變壓器受到?jīng)_擊的概率將大大減少，變壓器運行的安全性也能大大提高。

3.1 提高保護動作的可靠性

提高保護的可靠性有2種途徑：①加強運行維護，確保所配保護健康運行，故障時能可靠動作；②所配保護雙重化，有冗余功能，這樣即使有1套保護存在問題，也不會影響短路時對故障的快速切除。

目前，220 kV主變保護均已采用雙重化配置，比如圖1中K1點的故障一般可有效、快速切除。因此，對于變壓器而言，只需要解決K2點和K3點的問題。如果能有效解決K2點和K3點的問題，則可降低后備保護動作時間過長對變壓器的影響。

目前，因雙套配置成本較高，110 kV保護均采用單套配置。要想升級為雙套配置，就需要增加保護，且現(xiàn)有的電流、電壓互感器和開關(guān)等均不能滿足要求，需要更換，否則無法實現(xiàn)真正意義上的雙重化。因此，110 kV保護雙重化幾乎不可行，要想解決K2點和K3點的問題，只有依靠變壓器中壓側(cè)的后備保護。

3.2 增加110 kV失靈保護

要想排除短路故障，就必須確保保護和開關(guān)均能可靠、正確動作。如果保護可正確動作而開關(guān)拒動，則必須快速切除與該開關(guān)連接的母線上的其他開關(guān)，這樣才能有效隔離故障，這也是失靈保護的功能。

目前，220 kV變電站沒有配置110 kV失靈保護。實際上，配置110 kV失靈保護在技術(shù)上是可行的，成本較低，工作量也較小，它是保護變壓器免受沖擊的有效技術(shù)措施，可解決開關(guān)失靈的問題。

3.3 縮短變壓器后備保護的動作時間

目前，220 kV變壓器配置的后備保護均是過流保護，因受定值整定級差配合的影響，要想縮短110 kV后備保護的動作時間幾乎不可能，必須尋找其他途徑。110 kV線路保護普遍配置的是距離保護，而距離保護只與距離有關(guān)，與短路電流關(guān)系不大，且不需要與下級變壓器的后備保護相配合。因此，如果在現(xiàn)有變壓器保護中增加阻抗保護功能（在變壓器中不稱為距離保護），則有可能縮短變壓器后備保護的動作時間。

4 具體實施方案

4.1 增加110 kV失靈保護

目前，在母差保護中集成失靈保護功能的技術(shù)已非常成熟，已在220 kV標準設(shè)計中被普遍采用。原先單獨配置的母差保護只需要升級程序（部分需要更換插件）、配置相關(guān)接線、增加啟動壓板和開入各間隔保護跳閘接點，就可以實現(xiàn)失靈保護功能。目前各廠家均已完成升級改造，不存在技術(shù)問題。

4.2 變壓器增加阻抗保護

由于已運行的變壓器保護的硬件資源有限，導(dǎo)致無法過多地增加其功能，但也不能降低改造后設(shè)備運行的可靠性。經(jīng)綜合考慮，僅在變壓器中壓側(cè)增加相間阻抗保護功能是較好的方案，可有效解決相間短路時復(fù)壓過流保護動作時間過長的問題。阻抗保護可以與出線距離保護的Ⅱ段（或Ⅰ段）相配合，時間可整定在2 s以內(nèi)。當接地短路時，主變中壓側(cè)的零序過流保護會快速切除故障，因為零序保護不需要與下級110 kV變壓器保護相配合，其動作時間一般少于2 s。加裝的無論是阻抗保護，還是零序保護，它們都屬于雙套配置，動作可靠性非常高。因此，變壓器受到長時間故障沖擊的可能性大大降低，進而有效保證變壓器的安全。

多年來，荊州公司更改的主變保護都已具備阻抗保護功能，升級改造了不具備該功能的、有標準版本的和運行時間較短的保護裝置，暫緩執(zhí)行運行時間較長或需要重新編寫的程序，沒有因為改造而降低了保護的安全性和可靠性。

5 結(jié)束語

通過在220 kV變電站加裝110 kV失靈保護和阻抗保護，有效解決了220 kV主變后備保護動作時間過長的問題，可將220 kV變壓器可能受到的3.5 s故障沖擊縮短至2 s以內(nèi)，從而保證主變壓器的安全運行。

〔編輯：張思楠〕

Reduce the Impact of 220 kV Main Transformer Fault Technical Measures

Zhou Qiyi， Chen Xiaoan， Song Huiping

Abstract： As the 220 kV voltage sides of the transformer primary overcurrent protection needs and subordinates with the 110 kV main transformer protection mate， resulting in primary becomes high， the pressure side overcurrent protection operation time setting is too long. When the 110 kV system short-circuit fault， if relevant protection switch does not work properly， the main transformer to withstand high current， prolonged shock， most likely damage the transformer.

Key words： transformer； failure impact； double set of configuration； line protection

摘 要：由于220 kV主變壓器中壓側(cè)所配的過流保護需要與下級110 kV主變壓器保護相配合，導(dǎo)致主變高、中壓側(cè)過流保護動作時間整定過長。在110 kV系統(tǒng)發(fā)生短路故障時，如果相關(guān)保護、開關(guān)不能正確動作，則主變壓器將承受大電流、長時間的沖擊，極有可能損傷變壓器。

關(guān)鍵詞：變壓器；故障沖擊；雙套配置；線路保護

中圖分類號：TM407 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）21-0012-02

1 主變現(xiàn)狀

荊州供區(qū)的保護時間級差經(jīng)過多年調(diào)整，220 kV主變高壓側(cè)復(fù)壓過流保護的動作時間已由原來的7 s左右降至3.5 s。雖然動作時間降低了，但還是無法滿足主變壓器熱穩(wěn)定的需求，需要我們進一步縮短保護動作時間，或采取其他技術(shù)措施。

保護時間級差由0.5 s調(diào)整為0.3 s后（還有調(diào)整空間），220 kV主變高壓側(cè)復(fù)壓過流保護的動作時間縮短了近50%. 這是因為我們確定了保主設(shè)備的整定原則，嚴格限制了串供線路的數(shù)量，適當犧牲了多級串供線路的選擇性（依靠重合閘補救），從而最大限度地縮短了變壓器后備保護的動作時間。

在調(diào)整了級差后，變壓器低壓側(cè)過流保護的動作時間可控制在1 s以內(nèi)，一般為0.4 s跳分段，0.7 s跳本側(cè)。中壓側(cè)保護的配合較多，導(dǎo)致整定較長，零序保護一般在2 s以下，過流保護一般在3.5 s左右。因此，要在現(xiàn)有條件下進一步降低保護動作時間非常困難，中壓側(cè)的保護配合是變壓器后備保護動作時間過長的根本原因，是制約保護整定時間降低的瓶頸，要解決這一問題，就必須從中壓側(cè)入手。

2 變壓器故障沖擊分析

正常情況下，無論哪個部位發(fā)生短路故障，變電站中配置的保護都能快速動作并切除故障，因此，變壓器不會長時間受到較大短路電流的沖擊。

如圖1所示，變電站保護用電流互感器二次繞組的選擇原則一般為確保線路保護、母差保護和主變。

圖1 變電站保護用電流互感器二次繞組的選擇原則

從圖1中可以看出，差動保護的動作范圍最大化，具備無縫連接，不存在保護死區(qū)。當K1點故障時，主變差動保護能快速切除故障；當K2點故障時，110 kV母差保護能快速切除故障；當K3點故障時，線路保護能快速切除故障。因此，在正常情況下，變壓器不會長時間受到較大短路電流的沖擊。

但是，當變電站出口發(fā)生短路故障時，如果線路保護、母差保護或開關(guān)失靈拒動，則故障只能依靠變壓器后備保護切除。由于后備保護的整定時間較長，導(dǎo)致變壓器長時間受到較大電流的沖擊，極有可能損壞設(shè)備。因此，防范此類故障非常重要。

3 防沖擊技術(shù)措施

根據(jù)變壓受沖擊的原因，可采取的對策為提高保護動作的可靠性、增加開關(guān)失靈保護和縮短變壓器后備保護的動作時間。利用上述3種措施，變壓器受到?jīng)_擊的概率將大大減少，變壓器運行的安全性也能大大提高。

3.1 提高保護動作的可靠性

提高保護的可靠性有2種途徑：①加強運行維護，確保所配保護健康運行，故障時能可靠動作；②所配保護雙重化，有冗余功能，這樣即使有1套保護存在問題，也不會影響短路時對故障的快速切除。

目前，220 kV主變保護均已采用雙重化配置，比如圖1中K1點的故障一般可有效、快速切除。因此，對于變壓器而言，只需要解決K2點和K3點的問題。如果能有效解決K2點和K3點的問題，則可降低后備保護動作時間過長對變壓器的影響。

目前，因雙套配置成本較高，110 kV保護均采用單套配置。要想升級為雙套配置，就需要增加保護，且現(xiàn)有的電流、電壓互感器和開關(guān)等均不能滿足要求，需要更換，否則無法實現(xiàn)真正意義上的雙重化。因此，110 kV保護雙重化幾乎不可行，要想解決K2點和K3點的問題，只有依靠變壓器中壓側(cè)的后備保護。

3.2 增加110 kV失靈保護

要想排除短路故障，就必須確保保護和開關(guān)均能可靠、正確動作。如果保護可正確動作而開關(guān)拒動，則必須快速切除與該開關(guān)連接的母線上的其他開關(guān)，這樣才能有效隔離故障，這也是失靈保護的功能。

目前，220 kV變電站沒有配置110 kV失靈保護。實際上，配置110 kV失靈保護在技術(shù)上是可行的，成本較低，工作量也較小，它是保護變壓器免受沖擊的有效技術(shù)措施，可解決開關(guān)失靈的問題。

3.3 縮短變壓器后備保護的動作時間

目前，220 kV變壓器配置的后備保護均是過流保護，因受定值整定級差配合的影響，要想縮短110 kV后備保護的動作時間幾乎不可能，必須尋找其他途徑。110 kV線路保護普遍配置的是距離保護，而距離保護只與距離有關(guān)，與短路電流關(guān)系不大，且不需要與下級變壓器的后備保護相配合。因此，如果在現(xiàn)有變壓器保護中增加阻抗保護功能（在變壓器中不稱為距離保護），則有可能縮短變壓器后備保護的動作時間。

4 具體實施方案

4.1 增加110 kV失靈保護

目前，在母差保護中集成失靈保護功能的技術(shù)已非常成熟，已在220 kV標準設(shè)計中被普遍采用。原先單獨配置的母差保護只需要升級程序（部分需要更換插件）、配置相關(guān)接線、增加啟動壓板和開入各間隔保護跳閘接點，就可以實現(xiàn)失靈保護功能。目前各廠家均已完成升級改造，不存在技術(shù)問題。

4.2 變壓器增加阻抗保護

由于已運行的變壓器保護的硬件資源有限，導(dǎo)致無法過多地增加其功能，但也不能降低改造后設(shè)備運行的可靠性。經(jīng)綜合考慮，僅在變壓器中壓側(cè)增加相間阻抗保護功能是較好的方案，可有效解決相間短路時復(fù)壓過流保護動作時間過長的問題。阻抗保護可以與出線距離保護的Ⅱ段（或Ⅰ段）相配合，時間可整定在2 s以內(nèi)。當接地短路時，主變中壓側(cè)的零序過流保護會快速切除故障，因為零序保護不需要與下級110 kV變壓器保護相配合，其動作時間一般少于2 s。加裝的無論是阻抗保護，還是零序保護，它們都屬于雙套配置，動作可靠性非常高。因此，變壓器受到長時間故障沖擊的可能性大大降低，進而有效保證變壓器的安全。

多年來，荊州公司更改的主變保護都已具備阻抗保護功能，升級改造了不具備該功能的、有標準版本的和運行時間較短的保護裝置，暫緩執(zhí)行運行時間較長或需要重新編寫的程序，沒有因為改造而降低了保護的安全性和可靠性。

5 結(jié)束語

通過在220 kV變電站加裝110 kV失靈保護和阻抗保護，有效解決了220 kV主變后備保護動作時間過長的問題，可將220 kV變壓器可能受到的3.5 s故障沖擊縮短至2 s以內(nèi)，從而保證主變壓器的安全運行。

〔編輯：張思楠〕

Reduce the Impact of 220 kV Main Transformer Fault Technical Measures

Zhou Qiyi， Chen Xiaoan， Song Huiping

Abstract： As the 220 kV voltage sides of the transformer primary overcurrent protection needs and subordinates with the 110 kV main transformer protection mate， resulting in primary becomes high， the pressure side overcurrent protection operation time setting is too long. When the 110 kV system short-circuit fault， if relevant protection switch does not work properly， the main transformer to withstand high current， prolonged shock， most likely damage the transformer.

Key words： transformer； failure impact； double set of configuration； line protection

摘 要：由于220 kV主變壓器中壓側(cè)所配的過流保護需要與下級110 kV主變壓器保護相配合，導(dǎo)致主變高、中壓側(cè)過流保護動作時間整定過長。在110 kV系統(tǒng)發(fā)生短路故障時，如果相關(guān)保護、開關(guān)不能正確動作，則主變壓器將承受大電流、長時間的沖擊，極有可能損傷變壓器。

關(guān)鍵詞：變壓器；故障沖擊；雙套配置；線路保護

中圖分類號：TM407 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）21-0012-02

1 主變現(xiàn)狀

荊州供區(qū)的保護時間級差經(jīng)過多年調(diào)整，220 kV主變高壓側(cè)復(fù)壓過流保護的動作時間已由原來的7 s左右降至3.5 s。雖然動作時間降低了，但還是無法滿足主變壓器熱穩(wěn)定的需求，需要我們進一步縮短保護動作時間，或采取其他技術(shù)措施。

保護時間級差由0.5 s調(diào)整為0.3 s后（還有調(diào)整空間），220 kV主變高壓側(cè)復(fù)壓過流保護的動作時間縮短了近50%. 這是因為我們確定了保主設(shè)備的整定原則，嚴格限制了串供線路的數(shù)量，適當犧牲了多級串供線路的選擇性（依靠重合閘補救），從而最大限度地縮短了變壓器后備保護的動作時間。

在調(diào)整了級差后，變壓器低壓側(cè)過流保護的動作時間可控制在1 s以內(nèi)，一般為0.4 s跳分段，0.7 s跳本側(cè)。中壓側(cè)保護的配合較多，導(dǎo)致整定較長，零序保護一般在2 s以下，過流保護一般在3.5 s左右。因此，要在現(xiàn)有條件下進一步降低保護動作時間非常困難，中壓側(cè)的保護配合是變壓器后備保護動作時間過長的根本原因，是制約保護整定時間降低的瓶頸，要解決這一問題，就必須從中壓側(cè)入手。

2 變壓器故障沖擊分析

正常情況下，無論哪個部位發(fā)生短路故障，變電站中配置的保護都能快速動作并切除故障，因此，變壓器不會長時間受到較大短路電流的沖擊。

如圖1所示，變電站保護用電流互感器二次繞組的選擇原則一般為確保線路保護、母差保護和主變。

圖1 變電站保護用電流互感器二次繞組的選擇原則

從圖1中可以看出，差動保護的動作范圍最大化，具備無縫連接，不存在保護死區(qū)。當K1點故障時，主變差動保護能快速切除故障；當K2點故障時，110 kV母差保護能快速切除故障；當K3點故障時，線路保護能快速切除故障。因此，在正常情況下，變壓器不會長時間受到較大短路電流的沖擊。

但是，當變電站出口發(fā)生短路故障時，如果線路保護、母差保護或開關(guān)失靈拒動，則故障只能依靠變壓器后備保護切除。由于后備保護的整定時間較長，導(dǎo)致變壓器長時間受到較大電流的沖擊，極有可能損壞設(shè)備。因此，防范此類故障非常重要。

3 防沖擊技術(shù)措施

根據(jù)變壓受沖擊的原因，可采取的對策為提高保護動作的可靠性、增加開關(guān)失靈保護和縮短變壓器后備保護的動作時間。利用上述3種措施，變壓器受到?jīng)_擊的概率將大大減少，變壓器運行的安全性也能大大提高。

3.1 提高保護動作的可靠性

提高保護的可靠性有2種途徑：①加強運行維護，確保所配保護健康運行，故障時能可靠動作；②所配保護雙重化，有冗余功能，這樣即使有1套保護存在問題，也不會影響短路時對故障的快速切除。

目前，220 kV主變保護均已采用雙重化配置，比如圖1中K1點的故障一般可有效、快速切除。因此，對于變壓器而言，只需要解決K2點和K3點的問題。如果能有效解決K2點和K3點的問題，則可降低后備保護動作時間過長對變壓器的影響。

目前，因雙套配置成本較高，110 kV保護均采用單套配置。要想升級為雙套配置，就需要增加保護，且現(xiàn)有的電流、電壓互感器和開關(guān)等均不能滿足要求，需要更換，否則無法實現(xiàn)真正意義上的雙重化。因此，110 kV保護雙重化幾乎不可行，要想解決K2點和K3點的問題，只有依靠變壓器中壓側(cè)的后備保護。

3.2 增加110 kV失靈保護

要想排除短路故障，就必須確保保護和開關(guān)均能可靠、正確動作。如果保護可正確動作而開關(guān)拒動，則必須快速切除與該開關(guān)連接的母線上的其他開關(guān)，這樣才能有效隔離故障，這也是失靈保護的功能。

目前，220 kV變電站沒有配置110 kV失靈保護。實際上，配置110 kV失靈保護在技術(shù)上是可行的，成本較低，工作量也較小，它是保護變壓器免受沖擊的有效技術(shù)措施，可解決開關(guān)失靈的問題。

3.3 縮短變壓器后備保護的動作時間

目前，220 kV變壓器配置的后備保護均是過流保護，因受定值整定級差配合的影響，要想縮短110 kV后備保護的動作時間幾乎不可能，必須尋找其他途徑。110 kV線路保護普遍配置的是距離保護，而距離保護只與距離有關(guān)，與短路電流關(guān)系不大，且不需要與下級變壓器的后備保護相配合。因此，如果在現(xiàn)有變壓器保護中增加阻抗保護功能（在變壓器中不稱為距離保護），則有可能縮短變壓器后備保護的動作時間。

4 具體實施方案

4.1 增加110 kV失靈保護

目前，在母差保護中集成失靈保護功能的技術(shù)已非常成熟，已在220 kV標準設(shè)計中被普遍采用。原先單獨配置的母差保護只需要升級程序（部分需要更換插件）、配置相關(guān)接線、增加啟動壓板和開入各間隔保護跳閘接點，就可以實現(xiàn)失靈保護功能。目前各廠家均已完成升級改造，不存在技術(shù)問題。

4.2 變壓器增加阻抗保護

由于已運行的變壓器保護的硬件資源有限，導(dǎo)致無法過多地增加其功能，但也不能降低改造后設(shè)備運行的可靠性。經(jīng)綜合考慮，僅在變壓器中壓側(cè)增加相間阻抗保護功能是較好的方案，可有效解決相間短路時復(fù)壓過流保護動作時間過長的問題。阻抗保護可以與出線距離保護的Ⅱ段（或Ⅰ段）相配合，時間可整定在2 s以內(nèi)。當接地短路時，主變中壓側(cè)的零序過流保護會快速切除故障，因為零序保護不需要與下級110 kV變壓器保護相配合，其動作時間一般少于2 s。加裝的無論是阻抗保護，還是零序保護，它們都屬于雙套配置，動作可靠性非常高。因此，變壓器受到長時間故障沖擊的可能性大大降低，進而有效保證變壓器的安全。

多年來，荊州公司更改的主變保護都已具備阻抗保護功能，升級改造了不具備該功能的、有標準版本的和運行時間較短的保護裝置，暫緩執(zhí)行運行時間較長或需要重新編寫的程序，沒有因為改造而降低了保護的安全性和可靠性。

5 結(jié)束語

通過在220 kV變電站加裝110 kV失靈保護和阻抗保護，有效解決了220 kV主變后備保護動作時間過長的問題，可將220 kV變壓器可能受到的3.5 s故障沖擊縮短至2 s以內(nèi)，從而保證主變壓器的安全運行。

〔編輯：張思楠〕

Reduce the Impact of 220 kV Main Transformer Fault Technical Measures

Zhou Qiyi， Chen Xiaoan， Song Huiping

Abstract： As the 220 kV voltage sides of the transformer primary overcurrent protection needs and subordinates with the 110 kV main transformer protection mate， resulting in primary becomes high， the pressure side overcurrent protection operation time setting is too long. When the 110 kV system short-circuit fault， if relevant protection switch does not work properly， the main transformer to withstand high current， prolonged shock， most likely damage the transformer.

Key words： transformer； failure impact； double set of configuration； line protection