尹義武，曾春花

1.湖北白蓮河抽水蓄能有限公司，湖北黃岡 438600

2.湖北白蓮河水電有限公司，湖北黃岡 438200

0 引言

電力變壓器是電力系統(tǒng)中極其重要的電氣設(shè)備，它在整個電力系統(tǒng)中起轉(zhuǎn)換樞紐的作用，變壓器的安全運行與否，直接關(guān)系到電力系統(tǒng)能否連續(xù)穩(wěn)定地工作。因此，為了供電的可靠性和系統(tǒng)正常運行，就必須視其容量的大小、電壓的高低和重要程度，設(shè)置相應(yīng)的繼電保護裝置。

1 電力變壓器繼電保護裝置配置原則

在電力系統(tǒng)運行中，當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障或異常工況時，繼電保護裝置應(yīng)實現(xiàn)在最短時間和最小區(qū)域內(nèi)，自動將故障設(shè)備從系統(tǒng)中切除，或發(fā)出信號由值班人員消除異常工況根源，以減輕或避免設(shè)備的損壞和對相鄰地區(qū)供電的影響。其配置原則如下：

1）對于6.3MV·A 及以上的常用工作變壓器和并列運行的變壓器，10MV·A 及以上廠備用變壓器和單獨運行的變壓器，以及2MV·A 及以上用電流速斷保護靈敏性不滿足要求的變壓器，應(yīng)裝設(shè)差動保護裝置。對高壓側(cè)電壓為330kV 及以上的變壓器，可裝設(shè)雙重差動保護裝置。

2）當(dāng)在變壓器油箱內(nèi)部發(fā)生故障（包括輕微的匝間短路和絕緣破壞引起的經(jīng)電弧電阻的接地短路）時，由于故障點電流和電弧的作用，將使變壓器油及其它絕緣材料因局部受熱而分解產(chǎn)生氣體，它們將從油箱流向油枕的上部。當(dāng)故障嚴(yán)重時，油會迅速膨脹并產(chǎn)生大量的氣體，此時將有劇烈的氣體夾雜著油流沖向油枕的上部。因此，變壓器應(yīng)安裝瓦斯保護裝置。

3）對由外部相間短路引起的變壓器過電流，根據(jù)變壓器容量和運行情況的不同以及對變壓器靈敏度的要求不同，可采用過電流保護、復(fù)合電壓起動的過電流保護、負(fù)序電流和單相式低電壓起動的過電流保護或阻抗保護作為后備保護、帶時限動作于跳閘。

2 電力變壓器繼電保護裝置設(shè)計方案

2.1 差動保護設(shè)計

變壓器差動保護動作電流設(shè)計原則是將變壓器兩側(cè)的電流互感器二次側(cè)按正常時的“環(huán)流接線”，當(dāng)變壓器正常運行時，差動繼電器中的電流等于兩側(cè)電流互感器（CT）的二次電流之差，它近于0，差動繼電器不動作，保護也不會動作。即在電流互感器二次回路端線且變壓器處于最大符合時，差動保護不應(yīng)動作。由于高性能計算機芯片的出現(xiàn)，在變壓器1 套保護裝置中包含主保護、各側(cè)全部后備保護的2 套主變壓器微機型保護裝置已開發(fā)，并得到廣泛應(yīng)用。因此，為反應(yīng)電力變壓器引出線、套管及內(nèi)部短路故障，對高壓側(cè)電壓為330kV 及以上的變壓器，可裝設(shè)雙重差動保護，達到反應(yīng)變壓器繞組和引出線的多相短路及繞組匝間短路的縱聯(lián)差動保護或電流速斷保護作為主保護，瞬時動作于斷開各側(cè)斷路器的目的。

雙重差動保護裝置中，CT的二次繞組分配可以按下列方法進行設(shè)計：將第1 套保護電流回路接原差動保護CT 二次繞組，即接獨立CT，旁代時需切換；第2 套保護接原后備保護CT 二次繞組，即接主變套管CT，旁代時不需切換。雖然旁代時第2 套保護對降壓變壓器的高、中壓側(cè)來說，其保護范圍不包括獨立CT 到變壓器套管的引線，縮短了差動保護范圍，但可以保障旁代時2 套保護都在運行。這樣當(dāng)變壓器正常運行或外部故障時，差動繼電器中的電流等于兩側(cè)電流互感器的二次電流之差接近于0（實際為由多種原因引起的不平衡電流，由于不平衡電流?。┎顒颖Ｗo不動作，保護也不會動作。當(dāng)變壓器內(nèi)部（包括變壓器與電流互感器之間的引線）任何一點故障時，差動繼電器中的電流等于兩側(cè)電流互感器的二次電流之和為故障點短路電流，大于繼電器動作電流，繼電器動作，跳變壓器各側(cè)斷路器切除故障，同時發(fā)動作信號，起到保護作用。

2.2 瓦斯保護設(shè)計

如果變壓器內(nèi)部發(fā)生嚴(yán)重漏油或匝間短路、鐵心局部燒損、線圈斷線、絕緣劣化和油面下降等故障時，往往差動保護及其他保護均不能動作，而瓦斯保護卻能動作。瓦斯保護主要由氣體繼電器來實現(xiàn)，安裝在變壓器油箱與油枕之間的連接導(dǎo)油管中。瓦斯保護分為兩種：一種是輕瓦斯保護動作于信號，根據(jù)氣體的數(shù)量、顏色、化學(xué)成分和可燃性等，判斷保護的原因和故障性質(zhì)，運行人員能夠迅速發(fā)現(xiàn)故障并及時處理；另一種是重瓦斯保護動作于斷路器跳閘，監(jiān)視氣體發(fā)生的速度，分析氣體的各種特征及成分，可以間接地推測故障發(fā)生原因、部位和嚴(yán)重程度，在變壓器出現(xiàn)突然性嚴(yán)重故障時自動報警或切斷電源。

2.3 過電流保護設(shè)計

為反應(yīng)變壓器外部故障而引起的變壓器繞組過電流，以及在變壓器內(nèi)部故障時，作為差動保護和瓦斯保護的后備保護，變壓器應(yīng)裝設(shè)過電流保護。過電流保護通常是指變壓器啟動電流按躲開最大負(fù)荷電流來整定的一種保護裝置。它主要在其各側(cè)母線故障時起作用，特別是中、低壓側(cè)母線的故障。主要分為以下3種情況：

1）低壓變壓器過電流保護設(shè)計

變壓器低壓側(cè)一般采用三相式三卷變壓器，高、中壓側(cè)的阻抗保護很可能對壓側(cè)短路起不到保護作用，不能滿足作為相鄰元件后備保護的要求，這時可以同時在其高、中壓側(cè)均裝設(shè)復(fù)合電壓閉鎖過流保護及零序方向過電流保護與間隙保護，低壓側(cè)裝設(shè)復(fù)合電壓閉鎖過流保護。復(fù)合電壓閉鎖過流保護裝置的電流元件應(yīng)按大于變壓器的額定電流整定，即I=K1/K2×I0 式中，K1 為可靠系數(shù)，取1.2～1.3；K2為返回系數(shù)，取0.85；I0 為變壓器的額定電流。同時，為了正確反映各側(cè)的不對稱短路殘壓，此裝置還應(yīng)安裝一套低電壓鎖閉元件。電壓元件的動作電壓應(yīng)低于運行中可能出現(xiàn)的最低工作電壓，如大容量電動機啟動引起的電壓降低等，其計算如下：U=U0/K1×K2,式中，U0 為校驗點故障時，電壓繼電器裝設(shè)母線上的最大殘壓；K1為可靠系數(shù)，取1.2～1.25；K2 為返回系數(shù)，取1.15～1.2。

2）高壓變壓器的保護設(shè)計

如果變壓器高壓側(cè)的過電流保護對低壓側(cè)母線有規(guī)定的靈敏系數(shù)時，則在變壓器低壓側(cè)斷路器與高壓側(cè)短路器上可配置過電流保護裝置，當(dāng)?shù)蛪簜?cè)母差保護校驗停運或故障拒動及開關(guān)與TA間故障時，此裝置成為低壓側(cè)母線的主保護及后備保護。但是，如果短路為非金屬性的，經(jīng)弧光短路時，阻抗保護可能靈敏度不足或整定延時長于2.0s。因此，最好在高壓側(cè)設(shè)一個保護變壓器熱穩(wěn)定的反時限過流保護，其整定值應(yīng)由變壓器的熱穩(wěn)定要求決定。同時，在低壓側(cè)另安裝保護或在低壓側(cè)中性線上裝設(shè)零序電流保護，跳高壓側(cè)短路器，其動作電流可按中性線不平衡電流不超過變壓器額定電流的25%。

3）負(fù)序過電流保護設(shè)計

當(dāng)相間后備保護按遠(yuǎn)后備原則配置時，應(yīng)躲過被保護變壓器所連接相鄰線路發(fā)生一相斷線時流過保護安裝處的負(fù)序電流，并與相鄰線路零序電流保護的后備段在靈敏度上配合，以防止負(fù)序過電流保護非選擇性動作。設(shè)計時在各種兩相短路情況下，測量反時限、定時限和負(fù)序過過負(fù)荷報警回路動作電流的離散值。測量反時限、定時限和負(fù)序過負(fù)荷報警回路的動作電流范圍，刻度誤差和返回系數(shù)。

當(dāng)負(fù)序保護作為發(fā)信號用時，由于斷路合閘時的三相非同時，電力系統(tǒng)起動過程中的大電流、過流過程引起電流互感器的不平衡以及相鄰近設(shè)備發(fā)生相間短路故障時都會引起較大的負(fù)序電流，可用延時來躲過。因此，動作時間應(yīng)大于相鄰設(shè)備的速斷保護動作時間與斷路器的分閘時間之和。當(dāng)負(fù)序保護作為相間短路保護的后備保護時，即投跳閘時，動作時間應(yīng)大于相鄰設(shè)備及本設(shè)備的相間后備保護的動作時間。

3 結(jié)論

綜上所述，在電力系統(tǒng)運行中，變壓器繼電保護裝置必須具備靈敏性和快速性，能準(zhǔn)確反映故障，能以最短時限將故障或異常消除。預(yù)防事故和縮小事故范圍，提高系統(tǒng)運行的可靠性，最大限度地保證向用戶安全連續(xù)供電。

[1]郭立新.電力變壓器繼電保護設(shè)計[J].西北職教，2007(9).

[2]羅有干.升壓變壓器過電流保護的改進[J].小水電，2001(4).