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變壓器安全運行與繼電保護(hù)

作者:張洪 常鳳然  
評論: 更新日期:2011年06月23日

  摘 要:通過分析變壓器熱穩(wěn)定要求及其在運行中可能承受的故障考驗,提出了變壓器保護(hù)定值整定應(yīng)考慮的相關(guān)問題,對其相間故障后備保護(hù)應(yīng)具備的能力提出了看法。并對變壓器設(shè)計、運行及其保護(hù)配置與整定提出了建議。

  關(guān)鍵詞:變壓器;熱穩(wěn)定;保護(hù)配置;整定
  
  1 引言
  電力變壓器的故障分為內(nèi)部和外部兩種故障。內(nèi)部故障指變壓器油箱里面發(fā)生的各種故障,主要靠瓦斯和差動保護(hù)動作切除變壓器;外部故障指油箱外部絕緣套管及其引出線上發(fā)生的各種故障,一般情況下由差動保護(hù)動作切除變壓器。速動保護(hù)(瓦斯和差動)無延時動作切除故障變壓器,設(shè)備是否損壞主要取決于變壓器的動穩(wěn)定性。而在變壓器各側(cè)母線及其相連間隔的引出設(shè)備故障時,若故障設(shè)備未配保護(hù)(如低壓側(cè)母線保護(hù))或保護(hù)拒動時,則只能靠變壓器后備保護(hù)動作跳開相應(yīng)開關(guān)使變壓器脫離故障。因后備保護(hù)帶延時動作,所以變壓器必然要承受一定時間段內(nèi)的區(qū)外故障造成的過電流,在此時間段內(nèi)變壓器是否損壞主要取決于變壓器的熱穩(wěn)定性。因此,變壓器后備保護(hù)的定值整定與變壓器自身的熱穩(wěn)定要求之間存在著必然的聯(lián)系。
  
  2 變壓器設(shè)計熱穩(wěn)定指標(biāo)
  文獻(xiàn)[1]中要求“對稱短路電流I的持續(xù)時間:當(dāng)使用部門未提出其它要求時,用于計算承受短路耐熱能力的電流I的持續(xù)時間為2s。注:對于自耦變壓器和短路電流超過25倍額定電流的變壓器,經(jīng)制造廠與使用部門協(xié)商后,采用的短路電流持續(xù)時間可以小于2s。”

  當(dāng)以平均電壓作為基準(zhǔn)電壓,以1000MVA為基準(zhǔn)容量時,可以計算出對應(yīng)的系統(tǒng)等值電抗標(biāo)幺值。

  按以上設(shè)計考慮,一臺220kV/120MVA普通三卷變壓器,取變壓器典型參數(shù)(高低壓阻抗比為22.4)計算可知:低壓側(cè)能夠承受的熱穩(wěn)定電流標(biāo)幺值約為0.51。當(dāng)兩臺這樣的變壓器并列運行,低壓側(cè)母線故障本側(cè)分段開關(guān)跳開時,變壓器低壓繞組中可能的短路電流可達(dá)到0.75倍標(biāo)幺值,比設(shè)計值增大了近50%。若三臺這樣的變壓器并列運行,變耦變壓器,按技術(shù)規(guī)程[2]要求,裝設(shè)瓦斯保護(hù)、過激磁保護(hù)、雙重差動保護(hù),同時在其高、中壓側(cè)均裝設(shè)了阻抗保護(hù)及零序方向電流保護(hù),低壓側(cè)裝設(shè)過流保護(hù)。這些保護(hù)均作用于跳閘。高、中壓側(cè)的阻抗保護(hù)和低壓側(cè)過流保護(hù)屬變壓器的相間后備保護(hù)。由于500kV變壓器多為單相式變壓器,所以變壓器本體不會發(fā)生相間故障。在變壓器所連接的高、中壓系統(tǒng)中,線路保護(hù)一般配置了雙重縱聯(lián)保護(hù),并有完整的后備保護(hù),這樣線路的故障一般會較快地切除,對變壓器影響較小。因此,變壓器的相間后備保護(hù)應(yīng)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(500kV側(cè)母線設(shè)有雙套母差保護(hù))。中、低壓母線故障流過變壓器的短路電流大,不僅引起變壓器繞組過熱,還可能造成繞組的動穩(wěn)定破壞,誘發(fā)嚴(yán)重的內(nèi)部故障。零序方向電流保護(hù)屬變壓器的接地故障后備保護(hù),可以反應(yīng)變壓器內(nèi)部、高中壓側(cè)母線及與高中壓母線鄰近的電氣設(shè)備的接地故障。

  3.2 220kV及以下變壓器
  220kV變壓器多為三相式三卷變壓器,按技術(shù)規(guī)程要求,一般裝設(shè)瓦斯保護(hù)、差動保護(hù),同時在其高、中壓側(cè)均裝設(shè)了復(fù)合電壓閉鎖過流保護(hù)及零序方向過電流保護(hù)與間隙保護(hù),低壓側(cè)裝設(shè)復(fù)合電壓閉鎖過流保護(hù)。各側(cè)復(fù)合電壓閉鎖過流保護(hù)及零序方向過電流保護(hù)綜合,可以反應(yīng)變壓器內(nèi)部、各側(cè)母線及母線鄰近的電氣設(shè)備的接地與相間故障,作為變壓器自身主保護(hù)及各側(cè)母線及母線鄰近的電氣設(shè)備的后備保護(hù)。110kV及以下變壓器一般裝設(shè)瓦斯保護(hù)(對油浸式變壓器)、差動保護(hù),110kV側(cè)零序過電流保護(hù)、間隙保護(hù)及各側(cè)過流保護(hù)或復(fù)合電壓閉鎖過流保護(hù),這些保護(hù)的作用與220kV變壓器的作用相似。
  
  4 可能考驗變壓器熱穩(wěn)定性的故障

  4.1 500kV變壓器
  由于變壓器自身主保護(hù)裝置及其交、直流回路的完全雙重化配置,應(yīng)可以不再考慮變壓器差動保護(hù)范圍內(nèi)故障對變壓器熱穩(wěn)定性的考驗。500kV系統(tǒng)母線、線路保護(hù)的完全雙重化配置,快速保護(hù)在保護(hù)范圍上的交叉布置,及完善的失靈保護(hù),筆者認(rèn)為可以不考慮500kV系統(tǒng)側(cè)故障對變壓器熱穩(wěn)定性的考驗。
  220kV系統(tǒng)側(cè)線路保護(hù)雙重化配置,母線保護(hù)目前多為單配置。因此,當(dāng)母差保護(hù)校驗停運或故障拒動時,變壓器只能靠其后備保護(hù)動作使其脫離故障點。變壓器開關(guān)(或轉(zhuǎn)帶時旁路開關(guān))與TA間的故障很可能靠變壓器后備保護(hù)脫離故障點。
  變壓器低壓側(cè)一般經(jīng)由母線帶站用變、電抗器及電容器,有的變電站可能帶較少的站外負(fù)荷。很多站低壓母線未配母差保護(hù),因此母線故障變壓器只能靠其后備保護(hù)動作使其脫離故障點;再者,當(dāng)站用變或電抗器及電容器故障而其開關(guān)或保護(hù)拒動時,變壓器也要靠其后備保護(hù)動作使其脫離故障點。

  4.2 220kV及以下變壓器
  對于兩側(cè)系統(tǒng)都有電源的聯(lián)絡(luò)變壓器:任何一側(cè)母差保護(hù)校驗停運或故障拒動時;變壓器開關(guān)與TA間故障時;旁路轉(zhuǎn)帶方式在主變套管TA至旁母引線、旁路母線、旁路開關(guān)與TA間故障時;母線(220kV母線除外)上其他開關(guān)所帶電氣設(shè)備故障而其開關(guān)或保護(hù)拒動時變壓器只能靠其后備保護(hù)動作使其脫離故障點。
  對于僅高壓側(cè)系統(tǒng)有電源的降壓變壓器:中、低側(cè)母差保護(hù)校驗停運或故障拒動時;中、低壓側(cè)變壓器開關(guān)與TA間故障時;中、低壓側(cè)母線上其他開關(guān)所帶電氣設(shè)備故障而其開關(guān)或保護(hù)拒動時變壓器只能靠其后備保護(hù)動作使其脫離故障點。
  
  5 變壓器相間后備保護(hù)的配置與整定
  變壓器接地故障保護(hù)定值與其所帶負(fù)荷的關(guān)系不大,因此接地故障后備保護(hù)的整定延時一般較短,能夠滿足2s的熱穩(wěn)定時間要求。在此僅關(guān)心變壓器相間后備保護(hù)的定值問題。

  5.1 整定規(guī)程要求
  《220~500kV電網(wǎng)繼電保護(hù)裝置運行整定規(guī)程》中要求[3]:
  變壓器各側(cè)的過電流保護(hù)均按躲變壓器額定負(fù)荷整定,但不作為短路保護(hù)的一級參與選擇性配合,其動作時間應(yīng)大于所有出線保護(hù)的最長時間。
  變壓器短路故障后備保護(hù)應(yīng)主要作為相鄰元件及變壓器內(nèi)部故障的后備保護(hù)。主電源側(cè)的變壓器相間短路后備保護(hù)主要作為變壓器內(nèi)部故障的后備保護(hù)。其它各側(cè)的后備保護(hù)主要作為本側(cè)引線、本側(cè)母線和相鄰線路的后備保護(hù),并盡可能當(dāng)變壓器內(nèi)部故障時起后備作用。以較短時限動作于縮小故障影響范圍,以較長時限動作于斷開變壓器各側(cè)斷路器。
  主電網(wǎng)間聯(lián)絡(luò)變壓器的短路故障后備保護(hù)整定:高(中)壓側(cè)(主電源側(cè))相間短路后備保護(hù)動作方向可指向變壓器,作為變壓器高(中)壓側(cè)繞組及對側(cè)母線相間短路故障的后備保護(hù),并對中(高)壓側(cè)母線故障有足夠的靈敏度,靈敏系數(shù)大于1.5;如采用阻抗保護(hù)作為后備保護(hù),且不裝設(shè)振蕩閉鎖回路,則其動作時間應(yīng)躲過系統(tǒng)振蕩周期,其反方向偏移阻抗部分作為本側(cè)母線故障的后備保護(hù)。
  供電變電所降壓變壓器的短路故障后備保護(hù)整定:高壓側(cè)(主電源側(cè))相間短路后備保護(hù)動作方向指向變壓器,對中壓側(cè)母線故障有足夠靈敏度。

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