變壓器熱穩定性的相關問題

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1引言

電力變壓器的故障分為內部和外部兩種故障。內部故障指變壓器油箱里面發生的各種故障，主要靠瓦斯和差動保護動作切除變壓器；外部故障指油箱外部絕緣套管及其引出線上發生的各種故障，一般情況下由差動保護動作切除變壓器。速動保護（瓦斯和差動）無延時動作切除故障變壓器，設備是否損壞主要取決于變壓器的動穩定性。而在變壓器各側母線及其相連間隔的引出設備故障時，若故障設備未配保護（如低壓側母線保護）或保護拒動時，則只能靠變壓器后備保護動作跳開相應開關使變壓器脫離故障。因后備保護帶延時動作，所以變壓器必然要承受一定時間段內的區外故障造成的過電流，在此時間段內變壓器是否損壞主要取決于變壓器的熱穩定性。因此，變壓器后備保護的定值整定與變壓器自身的熱穩定要求之間存在著必然的聯系。

2可能考驗變壓器熱穩定性的故障

2．1.500kV變壓器

500kV系統母線、線路保護的完全雙重化配置，快速保護在保護范圍上的交叉布置，及完善的失靈保護，筆者認為可以不考慮500kV系統側故障對變壓器熱穩定性的考驗。

2．2.220kV及以下變壓器

對于兩側系統都有電源的聯絡變壓器：任何一側母差保護校驗停運或故障拒動時；變壓器開關與TA間故障時；旁路轉帶方式在主變套管TA至旁母引線、旁路母線、旁路開關與TA間故障時；母線（220kV母線除外）上其他開關所帶電氣設備故障而其開關或保護拒動時變壓器只能靠其后備保護動作使其脫離故障點。

3變壓器相間后備保護的配置與整定在此僅關心變壓器相間后備保護的定值問題。

3．1.整定規程要求

《220～500kV電網繼電保護裝置運行整定規程》中要求：變壓器各側的過電流保護均按躲變壓器額定負荷整定，但不作為短路保護的一級參與選擇性配合，其動作時間應大于所有出線保護的最長時間。變壓器短路故障后備保護應主要作為相鄰元件及變壓器內部故障的后備保護。主電網間聯絡變壓器的短路故障后備保護整定：如采用阻抗保護作為后備保護，且不裝設振蕩閉鎖回路，則其動作時間應躲過系統振蕩周期，其反方向偏移阻抗部分作為本側母線故障的后備保護。供電變電所降壓變壓器的短路故障后備保護整定：高壓側（主電源側）相間短路后備保護動作方向指向變壓器，對中壓側母線故障有足夠靈敏度。

3．2.500kV變壓器的保護

當220kV側母差保護校驗停運或故障拒動及開關與TA間故障時，變壓器高壓側及本側的阻抗保護對于金屬性短路故障應能可靠動作，且保護整定延時可以在1．5～2．0s之間。如果短路為非金屬性的，經弧光短路時，阻抗保護可能靈敏度不足或整定延時長于2．0s。變壓器低壓側的電壓閉鎖過流保護多重化配置，才可以保證在任何情況下運行設備都由兩套交、直流輸入和輸出回路相互獨立，并分別控制不同斷路器的繼電保護裝置進行保護。

3．3.220kV聯絡變壓器的保護

變壓器低壓側：基于另外兩側并列運行及故障時分段開關跳閘的因素，低壓側過流保護切除故障的時間不僅要不大于2．0s，而且要盡量壓縮到更短的時間。實際運行中定值整定的可行性取決于低壓側是否有送出線路。低壓側為10kV的變壓器，其出線一般直供用戶，出線保護延時應限制在1s，主變低壓側過流保護的延時可控制在2s內。低壓側為35kV的變壓器均有送出線路，此線路帶下一級變電站，因此，此線路保護的延時按正常配合一般要長于1．5s，這就使得主變低壓側過流保護的整定延時大于2s。變壓器中壓側：使本側相間后備保護動作時間不大于2s應該說有很大的困難。在現有按躲變壓器負荷電流整定的過流保護整定原則不變的情況下，增加一段短路保護過流定值。實際系統試算表明，在變壓器并列運行、系統有檢修時此保護對本側母線兩相短路的靈敏度難以達到1．5的要求。變壓器高壓側：高壓側母線故障時，流過變壓器繞組的電流一般較中、低壓側故障時小，變壓器熱穩定允許的情況下，由按躲額定負荷電流整定的過流保護動作（延時在5s左右）使變壓器脫離故障。

3．4.220kV及以下僅高壓側有電源的變壓器保護

只考慮變壓器中、低壓側相關設備短路時對變壓器熱穩定性的影響。變壓器低壓側：應與聯變低壓側的保護相同。變壓器中壓側：增加一段短路保護過流定值，可考慮與出線的阻抗II段配合（II段應對本線及相鄰的下一級線路故障有靈敏度），躲過出線相聯變電站其他側母線短路流過本變壓器的故障電流，確保變壓器的熱穩定，其動作后先跳母聯再跳變壓器各側。變壓器高壓側：與聯絡變類似，作為變壓器中、低壓側故障的后備保護。也可增加一段短路過流保護，與中、低壓的短路過流段配合。在中、低壓側故障但保護拒動或開關拒動時，高壓側過流保護動作切除故障。以保大容量主設備安全為首，并盡量兼顧對用戶供電可靠性的原則。盡可能將不配合點靠近用戶，使保護越級動作造成的影響范圍盡量縮小。重要用戶負荷可以考慮用備投方式解決供電可靠性。

4建議

1）設計、制造及運行各環節都應注意其安全性。其動、熱穩定性的設計應充分考慮變壓器是否并列運行，并列運行的臺數，幾側有電源及電網中性點接地方式等要求。

2）為了確保變壓器運行中承受故障的熱穩定性，制造廠應提供變壓器繞組流過故障電流大小與允許時間的關系曲線，類似于發電機允許承受負序的A值要求。

3）變壓器保護的配置與整定時，應根據制造廠提供的變壓器繞組流過故障電流大小與允許時間的關系曲線配置與之相適應的保護。

4）變壓器差動保護的范圍應包括低壓側開關，使低壓側開關與TA間的故障不對變壓器的熱穩定構成威脅。

5）變壓器保護應盡可能實現微機化，可以有較多的過流保護段，使各側的過流保護能有相對較快的延時段跳變壓器各側開關，特別是中、低壓側保護跳變壓器各側開關的保護段有利于變壓器盡快脫離故障點。