楊 健

（鄭州鐵路局 鄭州供電段，河南鄭州450005）

目前，牽引變壓器過(guò)負(fù)荷保護(hù)一般按2倍額定電流60 s報(bào)警，120 s跳閘整定，新線(xiàn)開(kāi)通時(shí)也有按1.5倍額定電流60 s報(bào)警，90 s跳閘整定，部分綜合自動(dòng)保護(hù)裝置（以下稱(chēng)綜自保護(hù)）采用極度反時(shí)限過(guò)負(fù)荷保護(hù)，啟動(dòng)電流按1.0倍額定電流整定。由于保護(hù)整定值相對(duì)保守，二段保護(hù)與一段保護(hù)時(shí)差較小，部分綜自保護(hù)極度反時(shí)限過(guò)負(fù)荷保護(hù)存在按實(shí)時(shí)電流計(jì)算整體動(dòng)作時(shí)間的缺陷，運(yùn)行中經(jīng)常發(fā)生過(guò)負(fù)荷保護(hù)跳閘，造成全所停電，嚴(yán)重影響運(yùn)輸生產(chǎn)安全。

1 過(guò)負(fù)荷保護(hù)設(shè)置的意義

主變壓器（以下稱(chēng)主變）過(guò)負(fù)荷二段保護(hù)除作為主變的后備保護(hù)外，還作為饋線(xiàn)的遠(yuǎn)后備保護(hù)。當(dāng)饋線(xiàn)斷路器拒分或饋線(xiàn)保護(hù)整體拒動(dòng)時(shí)，主變一、二次低壓過(guò)流保護(hù)的保護(hù)范圍有限，而電力系統(tǒng)繼電保護(hù)僅保護(hù)到牽引供電系統(tǒng)變電所母線(xiàn)側(cè)，此時(shí)主變過(guò)負(fù)荷二段保護(hù)很可能成為唯一的保護(hù)手段，保證變壓器及牽引供電系統(tǒng)的運(yùn)行安全。特別是當(dāng)饋線(xiàn)電流增量保護(hù)未投入運(yùn)行，饋線(xiàn)負(fù)荷電流不斷增大，饋線(xiàn)距離保護(hù)負(fù)荷區(qū)保護(hù)范圍小，遇到高阻接地故障饋線(xiàn)保護(hù)存在拒動(dòng)的可能性較大，牽引供電系統(tǒng)運(yùn)行安全受到威脅。根據(jù)近幾年保護(hù)動(dòng)作跳閘情況分析，饋線(xiàn)出現(xiàn)高阻接地故障的情況時(shí)有發(fā)生，設(shè)置主變過(guò)負(fù)荷保護(hù)非常必要。

2 過(guò)負(fù)荷保護(hù)整定分析

牽引變電所運(yùn)行檢修規(guī)程（簡(jiǎn)稱(chēng)檢規(guī)）第40條規(guī)定：在事故情況下允許的變壓器過(guò)負(fù)荷值可參照表1執(zhí)行（查《關(guān)于印發(fā)輸變電設(shè)備技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的通知》（國(guó)家電網(wǎng)生［2004］634號(hào)文“110（66）k V～500 k V 油浸式變壓器（電抗器）技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)”中油浸式變壓器過(guò)負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)為：150%額定負(fù)荷連續(xù)運(yùn)行不低于30 min，分析認(rèn)為應(yīng)該將過(guò)負(fù)荷60%的標(biāo)準(zhǔn)修改為過(guò)負(fù)荷50%的標(biāo)準(zhǔn)）。

按表1規(guī)定，主變過(guò)負(fù)荷達(dá)2倍額定電流時(shí)允許運(yùn)行10 min，實(shí)際運(yùn)行按2倍額定電流60 s報(bào)警，120 s跳閘整定，整定值過(guò)于保守。但是，定時(shí)限過(guò)負(fù)荷保護(hù)在負(fù)荷波動(dòng)時(shí)存在返回問(wèn)題，在超過(guò)動(dòng)作電流較大時(shí)均不能正確反映主變內(nèi)部熱狀態(tài)，整定值也不易過(guò)大。

表1 變壓器過(guò)負(fù)荷值

2.1 主變過(guò)負(fù)荷運(yùn)行現(xiàn)狀及對(duì)保護(hù)整定的要求

對(duì)于定時(shí)限過(guò)負(fù)荷保護(hù)，洛陽(yáng)三門(mén)峽主變?cè)霈F(xiàn)過(guò)負(fù)荷超過(guò)2倍額定電流運(yùn)行5 min的情況，主變溫升仍較低，運(yùn)行未見(jiàn)異常?？紤]變壓器負(fù)荷利用率較低（一般在20%～40%），主變有較大的過(guò)負(fù)荷運(yùn)行能力。

重負(fù)荷區(qū)段，饋線(xiàn)過(guò)流、距離保護(hù)在負(fù)荷區(qū)的動(dòng)作電流一般為主變額定電流的2.4倍左右，在此電流下饋線(xiàn)保護(hù)、主變低壓過(guò)流保護(hù)拒動(dòng)的可能性較大，過(guò)負(fù)荷保護(hù)應(yīng)能可靠保護(hù)主變運(yùn)行安全。超過(guò)以上電流，主變低壓過(guò)流保護(hù)仍有拒動(dòng)的可能，過(guò)負(fù)荷保護(hù)可按滿(mǎn)足遠(yuǎn)后備保護(hù)的要求進(jìn)行整定，即當(dāng)發(fā)生高阻接地故障后，低壓過(guò)流保護(hù)的低壓不能可靠啟動(dòng)時(shí)，過(guò)負(fù)荷保護(hù)應(yīng)在此電流下按模擬曲線(xiàn)方程及時(shí)跳閘，完成遠(yuǎn)后備保護(hù)功能。

2.2 按反時(shí)限特性模擬過(guò)負(fù)荷曲線(xiàn)方程

按變壓器在1.1倍額定電流下能長(zhǎng)期運(yùn)行，可得到模擬過(guò)負(fù)荷曲線(xiàn)方程（1），當(dāng)I GF＝1.1倍額定電流，t GF＝800 s時(shí)，曲線(xiàn)基本符合“檢規(guī)”規(guī)定的過(guò)負(fù)荷要求，模擬曲線(xiàn)見(jiàn)圖1～圖3。

t為牽引變壓器過(guò)負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間，s；T GF為時(shí)間常數(shù)，s；I為主變過(guò)負(fù)荷電流，A；I GF為主變過(guò)負(fù)荷門(mén)檻電流，A。

2.3 圃田變電所過(guò)負(fù)荷保護(hù)整定計(jì)算實(shí)例

圃田變電所饋線(xiàn)發(fā)生近端高阻接地故障后，過(guò)負(fù)荷保護(hù)可按以下方法進(jìn)行整定計(jì)算：

（1）計(jì)算主變二次側(cè)臨界短路電流I

U e為母線(xiàn)額定電壓，V；U zd為主變低壓過(guò)流電壓整定值，V；Xclmax為電力系統(tǒng)最大運(yùn)行方式下短路阻抗，Ω；Xclmin為電力系統(tǒng)最小運(yùn)行方式下短路阻抗，Ω；Xb為牽引變壓器短路阻抗，Ω。

（2）計(jì)算在主變二次側(cè)臨界短路電流下主變能承受的時(shí)間t

將系統(tǒng)最大運(yùn)行方式（系統(tǒng)最小運(yùn)行方式）下的臨界短路電流I代入公式（1）。

圖1 2 min跳閘整定過(guò)負(fù)荷二段保護(hù)動(dòng)作特性圖

圖2 3 min跳閘整定過(guò)負(fù)荷二段保護(hù)動(dòng)作特性圖

圖3 5 min跳閘整定過(guò)負(fù)荷二段保護(hù)動(dòng)作特性圖

（3）計(jì)算過(guò)負(fù)荷保護(hù)延時(shí)t

對(duì)于定時(shí)限過(guò)負(fù)荷保護(hù)，按2倍額定電流動(dòng)作，延時(shí)應(yīng)按0.31 min（1.40 min）跳閘整定。

對(duì)于極度反時(shí)限過(guò)負(fù)荷保護(hù)可按參考文獻(xiàn)［2］中的計(jì)算公式（3）進(jìn)行整定計(jì)算。

①按1.1倍額定電流啟動(dòng)，將臨界短路電流I和主變能承受的時(shí)間t代入公式（3）計(jì)算T GF

②按1.1倍額定電流啟動(dòng)，將計(jì)算的T GF代入公式（3），計(jì)算過(guò)負(fù)荷電流達(dá)2倍額定電流的延時(shí)t

可見(jiàn)，對(duì)于極度反時(shí)限過(guò)負(fù)荷保護(hù)，按2倍額定電流60 s報(bào)警，120 s跳閘整定，能獲得完美的保護(hù)，也就是按5 min跳閘整定，保護(hù)特性也較為優(yōu)良。

2.4 變電所過(guò)負(fù)荷保護(hù)整定計(jì)算統(tǒng)計(jì)分析

在系統(tǒng)最小運(yùn)行方式下，變電所饋線(xiàn)發(fā)生近端高阻接地故障，計(jì)算的臨界短路電流較為合理。在此條件下，按以上分析計(jì)算方法，共對(duì)鄭州供電段9座變電所定時(shí)限、極度反時(shí)限過(guò)負(fù)荷保護(hù)進(jìn)行了整定計(jì)算分析。

定時(shí)限過(guò)負(fù)荷保護(hù)，按2倍額定電流動(dòng)作，平均延時(shí)應(yīng)按0.7 min跳閘整定。極度反時(shí)限過(guò)負(fù)荷保護(hù)，按1.1倍額定電流啟動(dòng)，過(guò)負(fù)荷電流達(dá)2倍額定電流時(shí)的平均動(dòng)作時(shí)間應(yīng)按3.2 min跳閘整定。從分析結(jié)果可以看到，定時(shí)限過(guò)負(fù)荷保護(hù)整定較為困難，極度反時(shí)限過(guò)負(fù)荷保護(hù)整定較為寬松。

2.5 主變過(guò)負(fù)荷保護(hù)整定原則

綜合考慮主變過(guò)負(fù)荷能力、保護(hù)動(dòng)作特性及整定方法，主變過(guò)負(fù)荷保護(hù)可按以下原則進(jìn)行整定：

定時(shí)限過(guò)負(fù)荷一段保護(hù)按2倍額定電流60 s報(bào)警整定，過(guò)負(fù)荷二段保護(hù)視負(fù)荷情況按2倍額定電流120，180，300 s 3個(gè)等級(jí)跳閘整定。

極度反時(shí)限過(guò)負(fù)荷保護(hù)按2倍額定電流60 s報(bào)警整定，過(guò)負(fù)荷二段保護(hù)按2倍額定電流300 s跳閘整定。

按2倍額定電流120，180，300 s跳閘整定情況下，定時(shí)限、極度反時(shí)限過(guò)負(fù)荷二段保護(hù)動(dòng)作特性圖見(jiàn)圖1～圖3。

從圖3可以看到，按2倍額定電流延時(shí)5 min跳閘整定時(shí)，定時(shí)限過(guò)負(fù)荷保護(hù)僅能保護(hù)過(guò)負(fù)荷100%－140%的區(qū)域，過(guò)負(fù)荷小于100%時(shí)，保護(hù)不能啟動(dòng)；過(guò)負(fù)荷大于140%時(shí)，保護(hù)不能可靠保護(hù)主變壓器，但比沒(méi)有要好得多。極度反時(shí)限過(guò)負(fù)荷保護(hù)在過(guò)負(fù)荷10%－300%的區(qū)域內(nèi)均有良好的保護(hù)特性。

3 結(jié)束語(yǔ)

（1）建議主變反時(shí)限過(guò)負(fù)荷保護(hù)按分時(shí)電流累計(jì)計(jì)算整體動(dòng)作時(shí)間的原則進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，防止過(guò)負(fù)荷保護(hù)啟動(dòng)過(guò)程中遇到饋線(xiàn)短路時(shí)發(fā)生越級(jí)跳閘事故，提高現(xiàn)場(chǎng)使用反時(shí)限過(guò)負(fù)荷保護(hù)的可靠性。

（2）負(fù)荷較大的牽引變電所，優(yōu)先采用反時(shí)限過(guò)負(fù)荷保護(hù)，過(guò)負(fù)荷二段按1.1～1.3倍額定電流啟動(dòng)，按2倍額定電流延時(shí)5 min跳閘整定。

（3）負(fù)荷不大的牽引變電所，當(dāng)采用定時(shí)限過(guò)負(fù)荷保護(hù)時(shí)，過(guò)負(fù)荷二段按2倍額定電流延時(shí)2 min跳閘整定；當(dāng)采用反時(shí)限過(guò)負(fù)荷保護(hù)時(shí)，過(guò)負(fù)荷二段按1.1～1.3倍額定電流啟動(dòng)，按2倍額定電流延時(shí)3分鐘跳閘整定。

（4）當(dāng)饋線(xiàn)發(fā)生高阻接地故障，其他保護(hù)拒動(dòng)時(shí)，主變過(guò)負(fù)荷二段保護(hù)雖然能保護(hù)主變壓器不損壞，但故障點(diǎn)損壞程度將非常嚴(yán)重。因此，建議主變后備保護(hù)裝置增加距離及電流增量保護(hù)，作為饋線(xiàn)的主后備保護(hù)使用。

［1］曹建猷.電氣化鐵道供電系統(tǒng)［M］.成都：西南交大出版社，1988.

［2］交大許繼.TA21型牽引變電所安全監(jiān)控與綜合自動(dòng)化系統(tǒng)說(shuō)明書(shū)，WBH－892 H主變后備保護(hù)裝置V3.0［R］.2000.

［3］國(guó)電南自.WBZ－65 A微機(jī)變壓器保護(hù)測(cè)控裝置技術(shù)說(shuō)明書(shū) V1.0［R］.2004.

［4］天津凱發(fā).DK3531 A電鐵變壓器后備保護(hù)測(cè)控裝置技術(shù)說(shuō)明書(shū) V1.01［R］.2010.

［5］鐵運(yùn)［1999］101號(hào)，牽引變電所運(yùn)行檢修規(guī)程［S］.2000.