變壓器熱穩(wěn)定性的相關(guān)問題

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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可能考驗變壓器熱穩(wěn)定性的故障

2．1.500kV變壓器

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。

2．2.220kV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(yùn)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(diǎn)。

3變壓器相間后備保護(hù)的配置與整定在此僅關(guān)心變壓器相間后備保護(hù)的定值問題。

3．1.整定規(guī)程要求

《220～500kV電網(wǎng)繼電保護(hù)裝置運(yùn)行整定規(guī)程》中要求：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)。主電網(wǎng)間聯(lián)絡(luò)變壓器的短路故障后備保護(hù)整定：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。

3．2.500kV變壓器的保護(hù)

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

3．3.220kV聯(lián)絡(luò)變壓器的保護(hù)

變壓器低壓側(cè)：基于另外兩側(cè)并列運(yùn)行及故障時分段開關(guān)跳閘的因素，低壓側(cè)過流保護(hù)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(yùn)行中定值整定的可行性取決于低壓側(cè)是否有送出線路。低壓側(cè)為10kV的變壓器，其出線一般直供用戶，出線保護(hù)延時應(yīng)限制在1s，主變低壓側(cè)過流保護(hù)的延時可控制在2s內(nèi)。低壓側(cè)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(hù)的延時按正常配合一般要長于1．5s，這就使得主變低壓側(cè)過流保護(hù)的整定延時大于2s。變壓器中壓側(cè)：使本側(cè)相間后備保護(hù)動作時間不大于2s應(yīng)該說有很大的困難。在現(xiàn)有按躲變壓器負(fù)荷電流整定的過流保護(hù)整定原則不變的情況下，增加一段短路保護(hù)過流定值。實際系統(tǒng)試算表明，在變壓器并列運(yùn)行、系統(tǒng)有檢修時此保護(hù)對本側(cè)母線兩相短路的靈敏度難以達(dá)到1．5的要求。變壓器高壓側(cè)：高壓側(cè)母線故障時，流過變壓器繞組的電流一般較中、低壓側(cè)故障時小，變壓器熱穩(wěn)定允許的情況下，由按躲額定負(fù)荷電流整定的過流保護(hù)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(cè)有電源的變壓器保護(hù)

只考慮變壓器中、低壓側(cè)相關(guān)設(shè)備短路時對變壓器熱穩(wěn)定性的影響。變壓器低壓側(cè)：應(yīng)與聯(lián)變低壓側(cè)的保護(hù)相同。變壓器中壓側(cè)：增加一段短路保護(hù)過流定值，可考慮與出線的阻抗II段配合（II段應(yīng)對本線及相鄰的下一級線路故障有靈敏度），躲過出線相聯(lián)變電站其他側(cè)母線短路流過本變壓器的故障電流，確保變壓器的熱穩(wěn)定，其動作后先跳母聯(lián)再跳變壓器各側(cè)。變壓器高壓側(cè)：與聯(lián)絡(luò)變類似，作為變壓器中、低壓側(cè)故障的后備保護(hù)。也可增加一段短路過流保護(hù)，與中、低壓的短路過流段配合。在中、低壓側(cè)故障但保護(hù)拒動或開關(guān)拒動時，高壓側(cè)過流保護(hù)動作切除故障。以保大容量主設(shè)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(diǎn)靠近用戶，使保護(hù)越級動作造成的影響范圍盡量縮小。重要用戶負(fù)荷可以考慮用備投方式解決供電可靠性。

4建議

1）設(shè)計、制造及運(yùn)行各環(huán)節(jié)都應(yīng)注意其安全性。其動、熱穩(wěn)定性的設(shè)計應(yīng)充分考慮變壓器是否并列運(yùn)行，并列運(yùn)行的臺數(shù)，幾側(cè)有電源及電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式等要求。

2）為了確保變壓器運(yùn)行中承受故障的熱穩(wěn)定性，制造廠應(yīng)提供變壓器繞組流過故障電流大小與允許時間的關(guān)系曲線，類似于發(fā)電機(jī)允許承受負(fù)序的A值要求。

3）變壓器保護(hù)的配置與整定時，應(yīng)根據(jù)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(guān)系曲線配置與之相適應(yīng)的保護(hù)。

4）變壓器差動保護(hù)的范圍應(yīng)包括低壓側(cè)開關(guān)，使低壓側(cè)開關(guān)與TA間的故障不對變壓器的熱穩(wěn)定構(gòu)成威脅。

5）變壓器保護(hù)應(yīng)盡可能實現(xiàn)微機(jī)化，可以有較多的過流保護(hù)段，使各側(cè)的過流保護(hù)能有相對較快的延時段跳變壓器各側(cè)開關(guān)，特別是中、低壓側(cè)保護(hù)跳變壓器各側(cè)開關(guān)的保護(hù)段有利于變壓器盡快脫離故障點(diǎn)。