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浅析变压器运行的安全与继电保护
0引言
电力变压器的故障分为内部和外部两种故障。内部故障指变压器油箱里面发生的各种故障，主要靠瓦斯和差动保护动作切除变压器；外部故障指油箱外部绝缘套管及其引出线上发生的各种故障，一般情况下由差动保护动作切除变压器。速动保护无延时动作切除故障变压器，设备是否损坏主要取决于变压器的动稳定性。而在变压器各侧母线及其相连间隔的引出设备故障时，若故障设备未配保护或保护拒动时，则只能靠变压器后备保护动作跳开相应开关使变压器脱离故障。因后备保护带延时动作，所以变压器必然要承受一定时间段内的区外故障造成的过电流，在此时间段内变压器是否损坏主要取决于变压器的热稳定性。因此，变压器后备保护的定值整定与变压器自身的热稳定要求之间存在着必然的联系。
1　变压器相间后备保护的配置与整定
变压器接地故障保护定值与其所带负荷的关系不大，因此接地故障后备保护的整定延时一般较短，能够满足2 s的热稳定时间要求。在此仅关心变压器相间后备保护的定值问题。
1．1　500 kV变压器的保护
　　当220kV侧母差保护校验停运或故障拒动及开关与TA间故障时，变压器高压侧及本侧的阻抗保护对于金属性短路故障应能可靠动作，且保护整定延时可以在1．5～2．0 s之间。如果短路为非金属性的，经弧光短路时，阻抗保护可能灵敏度不足或整定延时长于2．0 s。最好在本侧设一个保变压器热稳定的反时限过流保护，其整定值应由变压器的热稳定要求决定。如果只设一个电压闭锁定时限的过流保护，则其电流定值应保证在变压器本侧流过的电流接近热稳定电流时可靠动作，如整定为0．8倍的设计允许热稳定电流值（主要考虑TA和保护装置本身的测量误差），且使变压器脱离故障点动作延时不长于2．0 s。问题是当实际故障电流略小于保护定值时，保护将不能动作使变压器脱离故障点，故障电流仍有可能在较长的时间内造成变压器热稳定的破坏。所以，还需要有一个延时较长（如3．0～5．0s），动作值更小的电压闭锁过流保护。笔者认为：220 kV侧母差保护双重化配置，并合理设计失灵保护，由它们共同实现使变压器快速脱离故障点，也应是较好的方案220 kV母差保护直接跳变压器各侧开关，虽也可解决开关与TA间故障及母线故障变压器该侧开关拒动的问题，但在多数情况下多跳了开关，在一些情况下还可能导致500 kV另一元件停电。）
变压器低压侧一般采用三角形接线，高、中压侧的阻抗保护很可能对低压侧短路起不到保护作用］。因此，变压器低压侧的电压闭锁过流保护多重化配置，才可以保证在任何情况下运行设备都由两套交、直流输入和输出回路相互独立，并分别控制不同断路器的继电保护装置进行保护。单相式500 kV变压器的低压侧设有套管TA，可测量到变压器低压侧各相线圈流过的电流。在近低压侧断路器处还设有外附TA。这样的TA布局方便了低压侧保护多重化的交流电流回路接线要求，可将过流保护分别接于套管TA和外附TA。在保护装置设计和制造时，要做到过流各有自身的直流逆变电源和出口跳闸继电器。在二次回路设计时，要做到使它们的直流电源受不同的熔断器控制，其中一套保护的直流熔断器熔断时不影响其他过流保护的正常运行。在保护出口所跳断路器的设计中，应满足既有跳低压侧断路器的保护段，又有跳变压器各侧断路器的保护段。实际计算表明：此过流保护应能保证对低压母线的故障有足够的灵敏度且动作时间在1．0 s以内。
　　2．3　220 kV联络变压器的保护
　　　变压器低压侧：过流保护对于未装设母差的低压侧母线，应是此母线故障的主保护；装设了母差的低压侧母线，主变开关与TA间的故障（TA未在开关近母线侧时）也只能靠后备保护切除；作为出线保护的后备。基于另外两侧并列运行及故障时分段开关跳闸的因素，低压侧过流保护切除故障的时间不仅要不大于2．0 s，而且要尽量压缩到更短的时间。实际运行中定值整定的可行性取决于低压侧是否有送出线路。低压侧为10 kV的变压器，其出线一般直供用户，出线保护延时应限制在1 s，主变低压侧过流保护的延时可控制在2 s内。低压侧为35 kV的变压器均有送出线路，此线路带下一级变电站，因此，此线路保护的延时按正常配合一般要长于1．5 s，这就使得主变低压侧过流保护的整定延时大于2 s。若将主变低压侧过流保护的延时整定为2 s，必然与出线后备保护失配，有越级跳闸的可能。需要增加与出线保护限时电流速断配合的变压器低压侧短路过流保护，综合考虑有配合关系的保护定值，提高保护的速动性和选择性。此短路过流保护应有跳变压器各侧的功能。
　　变压器高压侧：作为主电源的短路过流保护应作为变压器中、低压侧故障的后备保护。在中、低压侧故障但保护拒动或开关拒动时，高压侧过流保护应动作切除故障，并与中、低压的短路过流段配合，但对中、低压侧故障可能灵敏度不足，在220 kV变压器保护微机化并实现双重配置，且中、低压侧过流都具有满足延时要求并跳三侧的保护段后，高压侧过流可不做严格要求。高压侧母线故障时，流过变压器绕组的电流一般较中、低压侧故障时小，变压器热稳定允许的情况下，由按躲额定负荷电流整定的过流保护动作（延时在5 s左右）使变压器脱离故障。
　　1．2220 kV及以下仅高压侧有电源的变压器保护
　　只考虑变压器中、低压侧相关设备短路时对变压器热稳定性的影响。
　　变压器低压侧：应与联变低压侧的保护相同。
　　变压器中压侧：增加一段短路保护过流定值，可考虑与出线的阻抗II段配合（II段应对本线及相邻的下一级线路故障有灵敏度），躲过出线相联变电站其他侧母线短路流过本变压器的故障电流，确保变压器的热稳定，其动作后先跳母联再跳变压器各侧。对于多级串供的线路保护要做好保护定值的综合考虑，尽量减少不配合。此短路过流保护若在某方式下对中压侧母线灵敏度不足时，应核算此时流过变压器的故障电流是否允许持续到按躲变压器负荷电流整定的过流保护动作。
　　变压器高压侧：与联络变类似，作为变压器中、低压侧故障的后备保护。也可增加一段短路过流保护，与中、低压的短路过流段配合。在中、低压侧故障但保护拒动或开关拒动时，高压侧过流保护动作切除故障。
　　以保大容量主设备安全为首，并尽量兼顾对用户供电可靠性的原则。尽可能将不配合点靠近用户，使保护越级动作造成的影响范围尽量缩小。重要用户负荷可以考虑用备投方式解决供电可靠性。