220kV變壓器后備保護(hù)整定詳解

電力變壓器視界

2021年6月1日 14:45

摘要：通過介紹變壓器后備保護(hù)的配置原則，引出常規(guī)復(fù)合電壓閉鎖過流保護(hù)配置在實(shí)際工作當(dāng)中出現(xiàn)的問題，并結(jié)合實(shí)際提出在主變壓器中后備增設(shè)一段純過流保護(hù)的方案。

關(guān)鍵詞：變壓器后備保護(hù)；保護(hù)配置；繼電保護(hù)

變壓器后備保護(hù)包括相間短路的后備保護(hù)和接地短路的后備保護(hù)，后備保護(hù)可作為變壓器本體差動(dòng)保護(hù)的后備。也可對(duì)變壓器外部故障引起的過電流起到保護(hù)作用，作為變壓器各側(cè)母線以及部分出線的遠(yuǎn)后備保護(hù)[1]。

對(duì)外部接地短路故障，采用零序過電流保護(hù)或零序電壓保護(hù)，根據(jù)保護(hù)選擇性要求，確定是否采用零序功率方向元件。對(duì)外部相間短路故障，可采用過電流保護(hù)，但純過電流保護(hù)僅僅適用于容量較小的單側(cè)電源變壓器。對(duì)于大容量變壓器，過電流保護(hù)往往靈敏度不足，這時(shí)可裝設(shè)帶復(fù)合電壓閉鎖的過電流保護(hù)，以提高保護(hù)動(dòng)作的靈敏性[2-3]。

復(fù)合電壓閉鎖的過流保護(hù)雖然提高了保護(hù)動(dòng)作的靈敏性，但犧牲了變壓器后備保護(hù)的部分可靠性。

1 主變壓器過負(fù)荷整定的原因

如圖1 所示，配備常規(guī)保護(hù)的220 kV 主變?cè)谧冸娬局刎?fù)荷情況下并列運(yùn)行，若全站負(fù)荷大于最小變壓器容量1.3倍時(shí)發(fā)生另一臺(tái)變壓器跳閘，由于負(fù)荷轉(zhuǎn)移可能引起運(yùn)行主變嚴(yán)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(fù)荷情況下將主變的中壓側(cè)母線分列運(yùn)行（低壓側(cè)一般也分列運(yùn)行），2 臺(tái)主變各自承擔(dān)一部分負(fù)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(fù)荷轉(zhuǎn)移威脅另一臺(tái)主變安全運(yùn)行。

上述分列運(yùn)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(fù)荷分配難以合理、準(zhǔn)確安排，在重負(fù)荷時(shí)，導(dǎo)致某一時(shí)段分列運(yùn)行的2臺(tái)主變之間負(fù)載率相差較大，一臺(tái)輕載，而另一臺(tái)又幾乎滿載甚至過載，不能充分發(fā)揮2臺(tái)主變的有效容量；在輕負(fù)荷時(shí)，分列運(yùn)行造成變電站供電可靠性降低。

造成電網(wǎng)結(jié)構(gòu)變化，方式較多，使保護(hù)定值的整定計(jì)算復(fù)雜化。

使該片電網(wǎng)方式倒換變得復(fù)雜。

為此，根據(jù)當(dāng)前保護(hù)配置的實(shí)際情況，將2 臺(tái)并列運(yùn)行的220 kV 主變中壓側(cè)后備保護(hù)增設(shè)一段二時(shí)限純過流保護(hù)（先后跳開中壓側(cè)母聯(lián)和主變中壓側(cè)開關(guān)），這樣在一臺(tái)主變跳閘后，運(yùn)行主變?nèi)粢蜇?fù)荷轉(zhuǎn)移而過載，這時(shí)運(yùn)行主變的純過流保護(hù)動(dòng)作就會(huì)長(zhǎng)延時(shí)跳開母聯(lián)甩掉故障主變所連的母線，若母聯(lián)跳閘失靈，則跳開運(yùn)行主變中壓側(cè)開關(guān)，甩掉全部中壓側(cè)負(fù)荷，確保運(yùn)行主變的安全。

2 整定方案

2.1 按整定規(guī)程確定的原則

DL/T 584—2007《3 kV ～ 110 kV 電網(wǎng)繼電保護(hù)裝置運(yùn)行整定規(guī)程》、DL/T 559—2007《220 kV ～ 750 kV 電網(wǎng)繼電保護(hù)裝置運(yùn)行整定規(guī)程》中關(guān)于變壓器保護(hù)有以下描述[4-5]。

變壓器過電流保護(hù)按Idz = K k/K f×IFH.max 原則整定，其中K k 為可靠系數(shù)，取1.2～ 1.3，K f 為返回系數(shù)，電磁型取0.85，微機(jī)型取0.95，IFH.max 為最大負(fù)荷電流，復(fù)合電壓閉鎖的過電流保護(hù)，只考慮變壓器的額定電流，無復(fù)合電壓閉鎖的過電流保護(hù)，最大負(fù)荷電流應(yīng)適當(dāng)考慮電動(dòng)機(jī)的自啟動(dòng)系數(shù)。

取K k = 1.2 ，K f = 0.95 ，因動(dòng)作時(shí)間長(zhǎng)不考慮電動(dòng)機(jī)的自啟動(dòng)系數(shù)，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(cè)額定電流，計(jì)算時(shí)額定電壓取115 kV）。

2.2 按變壓器運(yùn)行規(guī)程確定的原則

DL/T 572—2010《電力變壓器運(yùn)行規(guī)程》中，關(guān)于各類負(fù)載狀態(tài)下負(fù)載電流和溫度的最大限值如表1 所示（當(dāng)制造廠有關(guān)超額定電流運(yùn)行的明確規(guī)定時(shí)，應(yīng)遵守制造廠的規(guī)定）。

表1 變壓器負(fù)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(guī)定容量限值的電力變壓器。

2.3 按湖北省公司文件規(guī)定

《湖北省電力公司關(guān)于印發(fā)變壓器過負(fù)載運(yùn)行指導(dǎo)性意見（試行）》中，關(guān)于變壓器短期急救負(fù)載有以下表述。由于系統(tǒng)中發(fā)生事故，使變壓器嚴(yán)重超額定負(fù)載運(yùn)行，繞組熱點(diǎn)溫度可能達(dá)到危險(xiǎn)的程度，并有可能導(dǎo)致暫時(shí)的絕緣強(qiáng)度下降，應(yīng)盡量避免這種運(yùn)行方式的發(fā)生。

短期急救負(fù)載運(yùn)行方式，不應(yīng)超過0.5 h，負(fù)載電流不應(yīng)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(jì)算方案結(jié)論

考慮到主變低壓側(cè)有功負(fù)荷一般不會(huì)超過主變?nèi)萘康?0% ，本方案擬在220 kV 主變中后備保護(hù)中增設(shè)一段純過流保護(hù)，取動(dòng)作電流Idz = 1.3 In（In 變壓器中壓側(cè)額定電流），分別以T1 － 2 s跳分段（母聯(lián)）開關(guān)、T1 跳變壓器110 kV 本側(cè)開關(guān)（T1 為保護(hù)裝置可整定最長(zhǎng)時(shí)間）。

由于220 kV 變電站低壓側(cè)通常有無功反送（電容補(bǔ)償器產(chǎn)生的），故主變中后備純過流保護(hù)在Idz = 1.3 In 動(dòng)作時(shí)，主變高壓側(cè)負(fù)載約在主變?nèi)萘康?.3～ 1.4倍之間。

2.5 整定計(jì)算實(shí)例

220 kV 某變電站的2 臺(tái)主變參數(shù)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(shè)一段純過流保護(hù)，計(jì)算#1、#2 主變中后備限時(shí)速斷電流定值Idz（110kV 側(cè)，長(zhǎng)延時(shí)純過流段）：

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

18 s時(shí)限為延時(shí)跳110 kV 母聯(lián)（分段）開關(guān)，20 s時(shí)限為延時(shí)跳#1、#2 主變中壓側(cè)開關(guān)，20 s為保護(hù)裝置可整定最長(zhǎng)時(shí)間。主變保護(hù)裝置是PCS —978GE —D 型變壓器成套保護(hù)裝置。

2.6 實(shí)施方案及注意事項(xiàng)

只對(duì)電網(wǎng)中運(yùn)行最大負(fù)荷超過最小主變?nèi)萘?.3倍的重負(fù)荷變電站實(shí)施。

方式安排應(yīng)注意中壓側(cè)兩段母線負(fù)荷均勻分配，確保在一臺(tái)主變跳閘時(shí)，純過流保護(hù)所切除負(fù)荷合適。

應(yīng)注意下級(jí)負(fù)荷站的備自投方式，不能在主變純過流保護(hù)動(dòng)作切除負(fù)荷后，備自投動(dòng)作又恢復(fù)被切除的部分負(fù)荷對(duì)運(yùn)行主變?cè)斐蓻_擊跳閘。

當(dāng)?shù)蛪簜?cè)負(fù)荷發(fā)生較大變化時(shí)，須校核該定值。對(duì)重要用戶，須考慮及時(shí)恢復(fù)供電預(yù)案。

3 結(jié)束語

變壓器后備保護(hù)對(duì)變壓器、電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)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(hù)增設(shè)一段過負(fù)荷保護(hù)整定方案，解決了具有多臺(tái)主變的變電站在大負(fù)荷情況下運(yùn)行方式安排難、保護(hù)定值整定計(jì)算復(fù)雜等問題，具有很好的實(shí)用意義。

來源：變壓器技術(shù)雜志

220kV變壓器后備保護(hù)整定詳解的圖4