龍 珊

（湖南省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究總院 長沙市 410007）

1 概 述

在中小型水電站，主變的后備保護(hù)配置中，我們一般選擇在低壓側(cè)配置復(fù)合電壓?jiǎn)?dòng)過流保護(hù)作為對(duì)主變和線路的后備保護(hù)。保護(hù)范圍到相鄰元件末端即線路末端。而在通過對(duì)不同的主接線形式，不同裝機(jī)容量的若干個(gè)中小型水電站的繼電保護(hù)整定過程中，筆者發(fā)現(xiàn)有大部分的電站主變低壓側(cè)復(fù)合電壓?jiǎn)?dòng)過電流保護(hù)在作為相鄰元件也就是線路的后備保護(hù)的時(shí)候，靈敏度系數(shù)是不能達(dá)到要求的。而是有一個(gè)這樣的規(guī)律，基本上中小型電站中，單機(jī)單變的主變后備保護(hù)選擇低壓側(cè)復(fù)壓過流是可以滿足靈敏度系數(shù)要求的，而兩臺(tái)以上的發(fā)電機(jī)共母線1臺(tái)主變的形式，主變復(fù)壓過流卻難以滿足靈敏度系數(shù)的要求。

2 中小型水電站主變后備保護(hù)的整定問題

由于負(fù)序電流保護(hù)無法判斷三相短路故障，在中小型水電站中，基本選擇復(fù)合電壓過流保護(hù)作為主變低壓側(cè)的后備保護(hù)，并沒有配備負(fù)序電流保護(hù)或者阻抗保護(hù)。這樣導(dǎo)致主變低壓側(cè)的后備保護(hù)只能由負(fù)序電壓來判斷，對(duì)主變的保護(hù)是不利的。

3 復(fù)合電壓?jiǎn)?dòng)過流保護(hù)整定計(jì)算分析

現(xiàn)在通過對(duì)復(fù)合電壓?jiǎn)?dòng)過流整定計(jì)算的公式的分析，根據(jù)一次主接線形式，基本確定主變低壓側(cè)配置復(fù)合電壓過流是否能滿足靈敏度要求。因?yàn)殡妷赫ㄖ刀寄軡M足靈敏度系數(shù)要求，所以在這里我們只對(duì)電流的整定計(jì)算進(jìn)行分析，以便于在保護(hù)設(shè)備訂貨之前能配備適合電站的主變低壓側(cè)后備保護(hù)。

視主變低壓側(cè)的基準(zhǔn)電壓和額定電壓為相同的標(biāo)準(zhǔn)電壓，基準(zhǔn)容量SB為100 MVA。中小型水輪發(fā)電機(jī)的超瞬變電抗一般為0.17～0.27，通過對(duì)靈敏度系數(shù)不等式各因素：主變?nèi)萘?、發(fā)電機(jī)容量和阻抗、主變阻抗、線路阻抗的分析，來判斷何種主接線方式，可以使不等式成立，也即在主變低壓側(cè)設(shè)復(fù)合電壓過流保護(hù)能滿足靈敏度要求。在何種主接線方式下是不成立也即靈敏度不符合要求而只能設(shè)置阻抗保護(hù)。

式中IOP——?jiǎng)幼麟娏鳎?/p>

I（2）k.min——最小運(yùn)行方式下相鄰元件末端兩相短路電流。

式中SN——主變?nèi)萘浚?/p>

UL——主變低壓側(cè)額定電壓。

SB為 100 MVA。

式中XG，XT，Xl——分別為發(fā)電機(jī)，主變，線路的阻抗的標(biāo)幺值；

SN——主變額定容量。

我們先以主變高壓側(cè)末端為保護(hù)范圍。

單機(jī)單變時(shí)近似認(rèn)為發(fā)電機(jī)容量與主變?nèi)萘肯嗤?。中小型水電站變壓器的短路阻抗?0.5%來計(jì)算，不等式變?yōu)椋?/p>

即發(fā)電機(jī)直軸超瞬變電抗?jié)M足這個(gè)條件，單機(jī)單變接線形式的主變低壓側(cè)配備的復(fù)合電壓過流保護(hù)是可以滿足靈敏系數(shù)的要求的。根據(jù)發(fā)電機(jī)的超瞬變電抗為0.17～0.27這個(gè)范圍，通過上面的計(jì)算過程得知可以保護(hù)到240 km 220 kV線路到線路的末端，可以保護(hù)到60 km的110 kV線路末端，可以保護(hù)到6 km的35 kV線路末端。

兩臺(tái)機(jī)1臺(tái)變時(shí)近似認(rèn)為兩臺(tái)發(fā)電機(jī)容量和與主變?nèi)萘肯嗤?，即發(fā)電機(jī)容量為主變?nèi)萘?/2，不等式變?yōu)椋?/p>

即發(fā)電機(jī)直軸超瞬變電抗在小于0.218 5的時(shí)候才能滿足靈敏度要求。實(shí)際情況是現(xiàn)在的中小型水電站，少有發(fā)電機(jī)容量與主變?nèi)萘肯嗤@樣配置的，因?yàn)樗啺l(fā)電機(jī)的容量并不是能按標(biāo)準(zhǔn)容量選擇的，所以實(shí)際情況是主變?nèi)萘康牟坏?0%這樣配置的。也就是說實(shí)際情況中，兩臺(tái)機(jī)1臺(tái)變的接線形式發(fā)電機(jī)直軸超瞬變電抗在0.17以下的范圍內(nèi)才能符合靈敏度要求。而現(xiàn)在機(jī)組的這個(gè)電抗一般在0.2以上，所以在普遍的情況下，兩臺(tái)機(jī)單變的接線形式，主變低壓側(cè)復(fù)合電壓過流保護(hù)末端在主變高壓側(cè)母線的范圍都不能滿足靈敏系數(shù)的要求的。

3臺(tái)機(jī)1臺(tái)主變的形式，發(fā)電機(jī)的直軸超瞬變電抗在0.147以下才能符合?；静环犀F(xiàn)在發(fā)電機(jī)的阻抗要求。

綜合以上結(jié)論可以看到，在中小型水電站主變低壓側(cè)配置復(fù)合電壓過電流保護(hù)只有在單機(jī)單變的情況下才有可能符合靈敏系數(shù)要求。而多機(jī)單變的接線形式，保護(hù)范圍連主變高壓側(cè)末端都基本難以保護(hù)到。而在實(shí)際情況中，單機(jī)單變的接線形式只是其中一部分，而且要先進(jìn)行整定計(jì)算才能確定是否符合靈敏度要求。

4 結(jié) 論

這樣分析看來，水電站主變低壓側(cè)設(shè)置復(fù)合電壓過電流保護(hù)，靈敏度符合要求的只局限于單機(jī)單變的主接線形式。而在中小型水電站中，這種接線只是一部分，而多數(shù)為多機(jī)單變的形式。在水利電力出版社出版的《電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理》書中，對(duì)主變壓器低壓側(cè)復(fù)合電壓?jiǎn)?dòng)過電流保護(hù)有這樣的論述：對(duì)于大容量的變壓器和發(fā)電機(jī)組，由于其額定電流很大，而在相鄰元件末端兩相短路時(shí)的短路電流可能較小，因此采用復(fù)合電壓?jiǎn)?dòng)的過電流保護(hù)往往不能滿足作為相鄰元件后備保護(hù)時(shí)對(duì)靈敏系數(shù)的要求。在這種情況下，應(yīng)采用負(fù)序過電流保護(hù)，以提高不對(duì)稱短路時(shí)的靈敏性。當(dāng)過電流保護(hù)均不能滿足要求時(shí)，應(yīng)當(dāng)設(shè)阻抗保護(hù)。

通過本文分析并且綜合書中的論述，筆者認(rèn)為在中小型水電站中宜配置阻抗保護(hù)作為主變的主要后備保護(hù)，而不推薦配置復(fù)合電壓?jiǎn)?dòng)過流保護(hù)。