高阻抗變壓器后備保護探討

劉 航

（錦州供電公司，遼寧 錦州 121000）

高阻抗變壓器后備保護探討

劉 航

（錦州供電公司，遼寧 錦州 121000）

電網(wǎng)建設(shè)水平的提高，使其覆蓋規(guī)模更大，相應(yīng)的容量也在增加，電路短路電流水平也有一定程度的提高，針對此類特點，可以選擇用高阻抗變壓器代替以往常規(guī)三繞組變壓器，可以有效抑制電網(wǎng)短路電流。但是在實際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，變壓器高、中壓測配置復(fù)壓過流保護與阻抗保護，如果其動作靈敏度不能夠完全滿足變壓器低壓側(cè)相間短路故障要求，這樣便會直接影響到變壓器運行效率。文章對高阻抗變壓器后備保護技術(shù)要點進行了簡要分析，提出了對應(yīng)處理措施。

高阻抗變壓器；后備保護；阻抗保護

對于高壓大容量變壓器來說，其常用阻抗保護為相間短路后備保護，如果變壓器內(nèi)部出現(xiàn)相間短路問題，會造成阻抗保護靈敏度降低，削弱設(shè)備保護效果?，F(xiàn)在常用的高阻抗變壓器，其主要由三個單相變壓器組成，相互間保持一定間距，內(nèi)部基本上很少會出現(xiàn)相間短路問題，多發(fā)生在外部引線。這樣為提高設(shè)備保護效果，可以應(yīng)用受勵磁涌流影響小阻抗縱聯(lián)保護原理，作為縱差洞保護后備，將外部引線上相間短路問題快速可靠切除，提高快速保護冗余度。

1　高阻抗變壓器保護系統(tǒng)

一般情況下，多在變壓器的低壓側(cè)進行限流電抗器設(shè)置，以此對低壓側(cè)故障短路電流起到限制作用。但從實際運用效果看，限流電抗器和變壓器的低壓繞組之間出現(xiàn)故障時，仍有較大短路電流沖擊著變壓器繞組；且當電抗器與低壓側(cè)出現(xiàn)故障后，變壓器高壓側(cè)過流保護靈敏度會降低，為提高設(shè)備運行可靠性，必須要設(shè)置專用電抗器復(fù)壓過流保護作為后備保護，對電流取限流電抗器進行保護［1］。此變壓器與普通變壓器相比較，前者高-低繞組短路的阻抗更大，一旦低壓側(cè)發(fā)生故障，不會出現(xiàn)大短路電流沖擊變壓器?？梢栽诤艽蟪潭壬希瑴p少低壓側(cè)所設(shè)置限流電抗器的數(shù)量，且不需要通過其限流電抗器限制短路電流，與傳統(tǒng)設(shè)計方式相比所需成本更低。

針對高阻抗變壓器，除了給予普通變壓器的后備保護之外，還能進行低壓側(cè)復(fù)壓及電流保護，切實提高低壓側(cè)故障的靈敏性。低壓側(cè)外部故障使得其嚴重保護，亦能繼續(xù)保護變壓器。選取高壓側(cè)電流，對過流元件進行保護，在此基礎(chǔ)上，加上中壓側(cè)電流矢量便能獲得低壓側(cè)電流，如此一來，即使低壓側(cè)的外部故障及低壓側(cè)故障嚴重飽和，也可經(jīng)高壓側(cè)及中壓側(cè)電流，計算得出低壓側(cè)電流［2］。

2　高阻抗變壓器低壓側(cè)側(cè)復(fù)壓與電流保護整定

2.1動作電流

復(fù)壓及電流保護動作電流大多依照躲變壓器的低壓側(cè)額定電流來整定。

其中，Krel表示可靠系數(shù)，取值范圍1.2～1.3；Iel表示低壓側(cè)額定負荷電流；Kr表示返回系數(shù)，取值范圍0.85～0.95；na表示低壓側(cè)電流互感器變化。

2.2延時時間

復(fù)壓及電流保護延時時間的整定，需根據(jù)低壓側(cè)的最長出現(xiàn)保護動作時間作出分析。若復(fù)壓及電流的保護電流無法避過中壓側(cè)區(qū)外故障最大不平衡電流，整定時就需考慮到中壓側(cè)過流保護動作時間。在復(fù)合電壓元件相間低電壓及復(fù)序相電壓整定上，均需要嚴格按照專業(yè)標準來進行，保證每個細節(jié)的規(guī)范性。

3　高阻抗變壓器復(fù)壓與電流保護

3.1保護原理

高阻抗變壓器復(fù)壓及電流保護，主要包括兩部分，即過流元件、復(fù)合電壓元件。針對過流元件，應(yīng)充分考慮到變壓器空投及切除區(qū)外故障勵磁涌流、高壓側(cè)及中壓側(cè)CT斷線等問題；而針對復(fù)合電壓元件，需考慮到低壓側(cè)電壓壓板退出及PT斷線影響保護作用等問題。

3.2過流元件

高壓側(cè)及中壓側(cè)CT二次都采用了星形接線，直接將二次電流接進保護裝置。在電流方向中，正方向為指向變壓的方向。以下為低壓側(cè)復(fù)壓及電流保護過流元件計算公式：

在公式中，Kh、K1和Km分別代表了主變高壓側(cè)、低壓側(cè)和中壓側(cè)的平衡系數(shù)；而、則分別代表主變高壓側(cè)、中壓側(cè)經(jīng)過星角變換之后的電流。

通常來說，110kV及其以上級別系統(tǒng)多是電流接地形式，一旦系統(tǒng)出現(xiàn)接地故障，中性點接地，則中性點會流出零序電流，在該情況下計算低壓側(cè)及電流，并非實際低壓側(cè)電流，需要將零序電流影響進行消除，以防區(qū)外故障時復(fù)壓及電流誤動。這樣就決定了低壓側(cè)電流的計算，需要先將高壓側(cè)與中壓側(cè)電流內(nèi)零序電流消除。其中，主保護與后備保護結(jié)合的高阻抗變壓器，差動保護中高、中壓側(cè)電流會經(jīng)過星角變化消除所存零序電流影響，可以直接應(yīng)用主變高、中壓側(cè)星角變換后的電流進行計算［3］。

3.3復(fù)合電壓元件

在進行低壓側(cè)復(fù)壓及電流保護整定時，多依照躲定壓測的額定電流，由于過流定制偏低，當?shù)蛪簜?cè)的電動機自行啟動時，極易使過流元件發(fā)生誤動作，故應(yīng)對保護需要增設(shè)的元件進行閉鎖。該元件由兩部分組成，即低壓電、負序電壓，前者主要反映了系統(tǒng)的對稱故障，而后者反映不對稱故障。條件一：U2＞U2.op；條件二：U＜Uop，滿足任一條件均能引起元件動作。

在公式中，U表示最小線電壓，U2.op代表負序電壓的整定值，而Uop代表低電壓的整定值。

3.4高、中壓側(cè)CT斷線

在高壓側(cè)及中壓側(cè)較重負荷下出現(xiàn)CT斷線，可按照高壓側(cè)及中壓側(cè)電流對和電流進行計算，此時計算結(jié)果較低壓側(cè)復(fù)壓及電流保護定值大。故分析時，應(yīng)綜合考慮到高壓側(cè)及中壓側(cè)的CT斷線影響，當一側(cè)出現(xiàn)CT斷線時給予閉鎖保護。

3.5PT斷線影響

低壓側(cè)復(fù)壓及電流保護，若不對低壓側(cè)設(shè)置分支，當?shù)蛪簜?cè)PT斷線或電壓壓板退出時，變?yōu)檫^流保護；若低壓側(cè)設(shè)置分支，當一個PT斷線或電壓壓板退出時，由另一分支電壓進行啟動保護；當兩個PT斷線或電壓壓板退出時，變?yōu)檫^流保護。

4　高阻抗變壓器后備保護優(yōu)化方案

可以配置雙重化主、后備保護，實現(xiàn)主保護護衛(wèi)備用，來提高故障保護動作可靠性。同時，還要加強變壓器主保護設(shè)計，為主保護安裝差動速斷保護、比例差動保護、零序比例差動保護、工頻變化量比例差動保護以及瓦斯保護［4］。其中，差動速斷保護能夠保證在短路電流達到4～10倍穩(wěn)定電流時快速出口。比例差動保護能夠良好適應(yīng)各種故障，確?？焖偾铱煽縿幼?。瓦斯保護無論是對于輕微故障還是嚴重故障，均有比較高的靈敏度。在變壓器出現(xiàn)相間短路故障后，存在多個主保護裝置及時動作，來提高設(shè)備保護的可靠性，且能夠降低后備保護裝置的復(fù)雜程度。同時，還應(yīng)淡化過流保護與阻抗保護作變壓器內(nèi)部故障后備保護的作用，將其轉(zhuǎn)換為中壓側(cè)與低壓側(cè)母線以及饋線后備保護，以免外部短路時間過長，流過短路電流將變壓器燒毀。

5　結(jié)束語

高阻抗變壓器現(xiàn)在已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用到電網(wǎng)中，對其后備保護問題進行分析，需要結(jié)合保護裝置特點，對變壓器相間短路后備保護整定計算，確定短路故障后后備保護靈敏度，然后采取措施進行優(yōu)化，保證設(shè)備運行可靠性。后備保護憑借其較高靈敏性，在保障變壓器可靠、安全運行方面發(fā)揮極其重要的價值，需要提高對此方面的重視，確定常見問題，有針對性的進行技術(shù)優(yōu)化。

［1］黃曙，鄧茂軍，張鵬遠.高阻抗變壓器后備保護的研究［J］.電力系統(tǒng)保護與控制，2010，（22）：166-169.

［2］賀元康，姜山，鄭州，等.高阻抗變壓器相間短路后備保護靈敏度的提高［J］.電力系統(tǒng)保護與控制，2010，（3）：67-71.

［3］賀元康，鄭州.對高阻抗變壓器后備保護問題的思考［J］.廣西電力，2009，（3）：41-44.

［4］賀元康，張敏，鄭州，等.提高高阻抗變壓器相間短路后備保護靈敏度的方案［J］.電氣應(yīng)用，2010，（17）：58-62.

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1671-3818（2016）09-0037-02

劉航（1981-），男，遼寧錦州人，研究方向：繼電保護。