江西電網(wǎng)3535355 kVkVkVV及以下變壓器保護(hù)整定計(jì)算原則解析

何志勤，段惠明，宿 昌，李志宏

（國網(wǎng)江西省電力公司，江西南昌 330077）

0 引言

配電網(wǎng)直接面向電力戶，其運(yùn)行可靠性與人民的工作和生活息息相關(guān)。繼電保護(hù)是保障配電網(wǎng)安全的第一道防線，加強(qiáng)配電網(wǎng)繼電保護(hù)管理是保障智能配電網(wǎng)自愈性的重要內(nèi)容[1-2]。江西省35 kV及以下配電網(wǎng)規(guī)模龐大、運(yùn)行工況復(fù)雜、一次設(shè)備建設(shè)相對滯后，給地、縣供電公司整定計(jì)算人員做好配電網(wǎng)整定計(jì)算工作帶來了艱巨的挑戰(zhàn)?，F(xiàn)有國家標(biāo)準(zhǔn)[3-5]中尚無專門的配電網(wǎng)整定計(jì)算原則可供參考，造成地、縣供電公司整定計(jì)算人員對整定問題的理解不統(tǒng)一，給江西配電網(wǎng)繼電保護(hù)的可靠運(yùn)行帶來了風(fēng)險(xiǎn)。

為了全面提升地、縣供電公司配電網(wǎng)整定計(jì)算水平，江西省電力公司電力調(diào)度控制中心組織修編了《江西電網(wǎng)35 kV及以下繼電保護(hù)整定計(jì)算原則》，該原則包含線路保護(hù)和變壓器保護(hù)兩部分。本文針對整定計(jì)算原則中35 kV變壓器保護(hù)的主要內(nèi)容，包括：后備保護(hù)按時(shí)間定值劃分各段的新方法、變壓器各時(shí)限電流保護(hù)的時(shí)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(hù)整定計(jì)算和靈敏度校核、復(fù)壓閉鎖元件取值和靈敏度校核等問題進(jìn)行解析。

1 變壓器后備保護(hù)整定計(jì)算

1.1 按時(shí)間定值劃分后備保護(hù)的原因

現(xiàn)有大型變壓器整定計(jì)算原則[5]一般按電流定值劃分變壓器各側(cè)電流保護(hù)，再確定各段電流保護(hù)對應(yīng)的時(shí)間定值。由于110 kV及以上電網(wǎng)保護(hù)廠家較為規(guī)范，對按電流定值劃分電流保護(hù)各段理解基本一致，使該劃分方法在實(shí)際應(yīng)用中效果良好。

與輸電網(wǎng)不同，配電網(wǎng)保護(hù)廠家眾多，對后備保護(hù)各段的設(shè)計(jì)理念存在較大差異。若按電流定值劃分變壓器后備保護(hù)各段，地、縣調(diào)整定計(jì)算人員在理解整定原則時(shí)易產(chǎn)生歧義。鑒于35 kV變壓器后備保護(hù)的電流定值整定簡單（例如低壓側(cè)跳母聯(lián)斷路器定值與跳低壓側(cè)斷路器定值整定方法完全相同）而時(shí)間定值整定較為復(fù)雜，整定計(jì)算原則按時(shí)間定值劃分35 kV變壓器后備保護(hù)各段，再確定各段對應(yīng)的電流定值。

1.2 變壓器后備保護(hù)各段劃分

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

計(jì)及35 kV變壓器面臨的最復(fù)雜情況，即：未配置差動保護(hù)、低壓側(cè)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(cè)應(yīng)配置兩個(gè)時(shí)限的電流保護(hù)，高壓側(cè)應(yīng)配置三個(gè)時(shí)限的電流保護(hù)。其中，低壓側(cè)第1時(shí)限電流保護(hù)跳開10 kV母線的母聯(lián)（分段）斷路器，第2時(shí)限電流保護(hù)跳開變壓器低壓側(cè)斷路器。兩個(gè)時(shí)限保護(hù)均帶方向且指向10 kV母線。高壓側(cè)第1時(shí)限電流保護(hù)作為變壓器主保護(hù)，快速切除主變內(nèi)部故障，第2時(shí)限電流保護(hù)跳開變壓器各側(cè)斷路器。第1時(shí)限與第2時(shí)限電流保護(hù)均帶方向且指向35 kV變壓器。為保證35 kV出線故障時(shí)斷路器拒動，變壓器高壓側(cè)應(yīng)配置第3時(shí)限電流保護(hù)，該保護(hù)不帶方向，作為35 kV出線和變壓器的總后備。

當(dāng)35 kV變壓器面臨其他情況時(shí)，整定計(jì)算人員可取消相應(yīng)的電流保護(hù)段（定值取為最大，不參與保護(hù)配合）。例如：1）當(dāng)變壓器配置有差動保護(hù)時(shí)，可取消高壓側(cè)第1時(shí)限電流保護(hù)；2）當(dāng)?shù)蛪簜?cè)10 kV出線未接分布式電源時(shí)，兩側(cè)電流保護(hù)均可不帶方向并取消高壓側(cè)第3時(shí)限電流保護(hù)；3）當(dāng)?shù)蛪簜?cè)10 kV母線為單母接線而無母聯(lián)（分段）斷路器時(shí)，可取消低壓側(cè)第1時(shí)限電流保護(hù)。不同情況下的保護(hù)詳細(xì)設(shè)置如表1所示。

表1 不同情況下的35 kV變壓器后備保護(hù)設(shè)置

1.3 變壓器后備保護(hù)時(shí)間定值配合

以圖1為例，對35 kV變壓器面臨的最復(fù)雜情況進(jìn)行說明。后備保護(hù)的時(shí)間定值應(yīng)考慮10 kV出線故障時(shí)變壓器兩側(cè)斷路器的跳閘順序，配合定值包括：低壓側(cè)第1、第2時(shí)限電流保護(hù)定值，高壓側(cè)第2時(shí)限電流保護(hù)定值。公式如下：

式（1）中，△t為時(shí)間級差，應(yīng)整定為0.2 s；M為變電站10 kV出線數(shù)目。低壓側(cè)第1時(shí)限電流保護(hù)時(shí)間定值先與10 kV出線電流末段的最長動作時(shí)間配合，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)、之間的逐級配合。

當(dāng)為配合110 kV及以上電網(wǎng)整定計(jì)算而需壓縮配電網(wǎng)后備保護(hù)動作時(shí)限時(shí)，應(yīng)注意優(yōu)先順序。此時(shí)，應(yīng)首先壓縮10 kV出線后備保護(hù)時(shí)間定值，當(dāng)壓縮后仍無法滿足速動性要求時(shí)，可將變壓器低壓側(cè)第2時(shí)限時(shí)間定值和高壓側(cè)第2時(shí)限時(shí)間定值置為相等，即：。需注意的是，若將這兩個(gè)定值置為相等，則當(dāng)變壓器跳閘時(shí)，當(dāng)值調(diào)度員可能無法區(qū)分故障點(diǎn)的具體位置，進(jìn)而影響故障后的恢復(fù)送電時(shí)間。因此，該情況須經(jīng)縣供電公司分管領(lǐng)導(dǎo)批準(zhǔn)并備案。

后備保護(hù)的時(shí)間定值配合還應(yīng)考慮變壓器高壓側(cè)第3時(shí)限電流保護(hù)時(shí)間定值與35 kV出線后備保護(hù)、變壓器高壓側(cè)第2時(shí)限電流保護(hù)時(shí)間定值間的協(xié)調(diào)，以保證第3時(shí)限電流保護(hù)在35 kV線路故障且本側(cè)開關(guān)拒動、35 kV母線故障、35 kV變壓器內(nèi)部故障等情況下起到后備保護(hù)的作用。公式如下：

式（2）中，時(shí)間級差△t整定為0.2 s；N為變電站35 kV出線數(shù)目；theat為變壓器暫態(tài)熱穩(wěn)定極限時(shí)間，計(jì)及斷路器跳閘時(shí)間為0.1 s，則theat可整定為1.9 s。

變壓器高壓側(cè)第1時(shí)限電流保護(hù)代替差動保護(hù)起到變壓器主保護(hù)作用。因此，當(dāng)其電流定值能躲過配電變壓器勵(lì)磁涌流及10 kV出線末端電動機(jī)自啟動電流時(shí)，時(shí)間定值應(yīng)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(hù)裝置一般提供了低壓側(cè)跳各側(cè)開關(guān)時(shí)限和高壓側(cè)跳本側(cè)開關(guān)時(shí)限供整定計(jì)算人員選擇。整定計(jì)算原則建議將這兩段時(shí)限取消，并將相關(guān)硬壓板拆除，從而進(jìn)一步簡化后備保護(hù)的時(shí)間定值配合，為110 kV及以上電網(wǎng)后備保護(hù)整定計(jì)算提供足夠裕度。

圖1 35 kV變電站接線及變壓器后備保護(hù)動作時(shí)限

1.4 變壓器后備保護(hù)電流定值整定

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

變壓器高壓側(cè)第1時(shí)限電流保護(hù)的電流定值按躲低壓側(cè)10 kV母線故障整定。即第1時(shí)限電流保護(hù)只能保護(hù)到變壓器的一部分，而不能保護(hù)到100%。公式如下：

其中，可靠系數(shù)Krel取1.1-1.3，整定原則推薦可靠系數(shù)Krel的下限取為1.1，以避免第1時(shí)限電流保護(hù)在變壓器內(nèi)部故障時(shí)保護(hù)范圍過小。為最大運(yùn)行方式下低壓側(cè)10 kV母線三相短路電流。

變壓器高壓側(cè)第2、第3時(shí)限電流保護(hù)的電流定值整定方法相同，均按躲變壓器高壓側(cè)額定電流IN整定。公式如下：

其中，可靠系數(shù)Krel取1.3-1.4。高壓側(cè)第2、第3時(shí)限電流保護(hù)的靈敏度校核方法與低壓側(cè)第1、第2時(shí)限電流保護(hù)相同。

2 變壓器比率差動保護(hù)整定計(jì)算

2.1 比率差動保護(hù)整定計(jì)算

比率差動保護(hù)的動作特性如圖2所示：

圖2比率差動保護(hù)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(shù)，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(diào)壓誤差和CT變比不完全匹配誤差，取值可參考文獻(xiàn)[5]。

起始制動電流Ires.min可取為：

當(dāng)變壓器保護(hù)廠家推薦Ires.min值時(shí)，可按廠家推薦值整定；當(dāng)廠家未推薦Ires.min值時(shí)，按式（7）整定。

在計(jì)算折線斜率Kgra時(shí)，需先計(jì)算差動保護(hù)最大不平衡電流對應(yīng)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(shù)Krel取為 1.3-1.5；Kop、Kcc分別為非周期分量系數(shù)和CT同型系數(shù)；Icro.max為變壓器外部短路時(shí)，差動保護(hù)最大穿越性電流的周期分量。最大制動電流Ires.min在實(shí)際計(jì)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(hù)靈敏度校核

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

3 變壓器復(fù)壓閉鎖元件整定計(jì)算

35 kV變壓器高、低壓側(cè)后備保護(hù)均應(yīng)投入復(fù)壓閉鎖元件。由于配電網(wǎng)故障時(shí)，變壓器低壓側(cè)電壓變化一般比高壓側(cè)明顯，因此高壓側(cè)后備保護(hù)的復(fù)壓閉鎖元件宜取本側(cè)和低壓側(cè)電壓，按或關(guān)系出口；低壓側(cè)后備保護(hù)的復(fù)壓閉鎖元件宜取本側(cè)電壓。

與線路保護(hù)的復(fù)壓閉鎖元件取值相同，變壓器復(fù)壓閉鎖元件低電壓定值按Udz≥90 V整定；負(fù)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(fù)序電壓定值的靈敏度校核公式如下：

4 結(jié)論

為了進(jìn)一步規(guī)范江西35 kV及以下電網(wǎng)整定計(jì)算工作，提高配電網(wǎng)繼電保護(hù)正確動作率，江西省電力公司電力調(diào)度控制中心組織修編了《江西電網(wǎng)35 kV及以下繼電保護(hù)整定計(jì)算原則》。本文針對該原則的變壓器保護(hù)部分進(jìn)行了解析。闡述了變壓器后備保護(hù)按時(shí)間定值劃分各段的新方法，以及變壓器各時(shí)限電流保護(hù)的時(shí)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(hù)整定計(jì)算、復(fù)壓閉鎖元件取值和靈敏度校核等問題進(jìn)行了說明。進(jìn)而為整定計(jì)算人員深入理解整定計(jì)算原則奠定了基礎(chǔ)。

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