摘要：通過分析變壓器熱穩定要求及其在運行中可能承受的故障考驗，提出了變壓器保護定值整定應考慮的相關問題，對其相間故障后備保護應具備的能力提出了看法。并對變壓器設計、運行及其保護配置與整定提出了建議。

關鍵詞：變壓器 熱穩定 保護配置 整定

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。

按以上設計考慮，一臺220kV/120MVA普通三卷變壓器，取變壓器典型參數(高低壓阻抗比為22.4)計算可知：低壓側能夠承受的熱穩定電流標幺值約為0.51。當兩臺這樣的變壓器并列運行，低壓側母線故障本側分段開關跳開時，變壓器低壓繞組中可能的短路電流可達到0.75倍標幺值，比設計值增大了近50%。若三臺這樣的變壓器并列運行，變耦變壓器，按技術規程[2]要求，裝設瓦斯保護、過激磁保護、雙重差動保護，同時在其高、中壓側均裝設了阻抗保護及零序方向電流保護，低壓側裝設過流保護。這些保護均作用于跳閘。高、中壓側的阻抗保護和低壓側過流保護屬變壓器的相間后備保護。由于500 kV變壓器多為單相式變壓器，所以變壓器本體不會發生相間故障。在變壓器所連接的高、中壓系統中，線路保護一般配置了雙重縱聯保護，并有完整的后備保護，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應主要在其各側母線故障時起作用，特別是中、低壓側母線的故障(500 kV側母線設有雙套母差保護)。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定破壞，誘發嚴重的內部故障。零序方向電流保護屬變壓器的接地故障后備保護，可以反應變壓器內部、高中壓側母線及與高中壓母線鄰近的電氣設備的接地故障。

220 kV及以下變壓器

220 kV變壓器多為三相式三卷變壓器，按技術規程要求，一般裝設瓦斯保護、差動保護，同時在其高、中壓側均裝設了復合電壓閉鎖過流保護及零序方向過電流保護與間隙保護，低壓側裝設復合電壓閉鎖過流保護。各側復合電壓閉鎖過流保護及零序方向過電流保護綜合，可以反應變壓器內部、各側母線及母線鄰近的電氣設備的接地與相間故障，作為變壓器自身主保護及各側母線及母線鄰近的電氣設備的后備保護。110 kV及以下變壓器一般裝設瓦斯保護(對油浸式變壓器)、差動保護，110 kV側零序過電流保護、間隙保護及各側過流保護或復合電壓閉鎖過流保護，這些保護的作用與220 kV變壓器的作用相似。

變壓器低壓側一般采用三角形接線，高、中壓側的阻抗保護很可能對低壓側短路起不到保護作用[4]。因此，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。單相式500 kV變壓器的低壓側設有套管TA，可測量到變壓器低壓側各相線圈流過的電流。在近低壓側斷路器處還設有外附TA。這樣的TA布局方便了低壓側保護多重化的交流電流回路接線要求，可將過流保護分別接于套管TA和外附TA。在保護裝置設計和制造時，要做到過流各有自身的直流逆變電源和出口跳閘繼電器。在二次回路設計時，要做到使它們的直流電源受不同的熔斷器控制，其中一套保護的直流熔斷器熔斷時不影響其他過流保護的正常運行。在保護出口所跳斷路器的設計中，應滿足既有跳低壓側斷路器的保護段，又有跳變壓器各側斷路器的保護段。實際計算表明：此過流保護應能保證對低壓母線的故障有足夠的靈敏度且動作時間在1.0 s以內。

220 kV聯絡變壓器的保護

一般中壓側的電源較弱(不以中壓側的電壓等級為主網架的電網)，高壓側故障時流過變壓器的故障電流遠小于中、低壓側故障時流過的電流，應重點考慮中、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：過流保護對于未裝設母差的低壓側母線，應是此母線故障的主保護;裝設了母差的低壓側母線，主變開關與TA間的故障(TA未在開關近母線側時)也只能靠后備保護切除;作為出線保護的后備。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2.0 s，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10 kV的變壓器，其出線一般直供用戶，出線保護延時應限制在1 s，主變低壓側過流保護的延時可控制在2 s內。低壓側為35 kV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1.5 s，這就使得主變低壓側過流保護的整定延時大于2 s。若將主變低壓側過流保護的延時整定為2 s，必然與出線后備保護失配，有越級跳閘的可能。需要增加與出線保護限時電流速斷配合的變壓器低壓側短路過流保護，綜合考慮有配合關系的保護定值，提高保護的速動性和選擇性。此短路過流保護應有跳變壓器各側的功能。

變壓器中壓側：使本側相間后備保護動作時間不大于2 s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。為了壓縮動作時間，可考慮與出線的阻抗II段配合，但要求此II段應對本線及相鄰的下一級線路故障有靈敏度，聯絡線的阻抗II段因有電源的助增很難滿足此要求。因此，變壓器本側電流定值應躲過出線阻抗II段保護范圍末端的短路。對于輻射線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。短路過流保護動作后先跳本側母聯再跳變壓器本側開關最后跳各側。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。可以考慮增加負序電流保護以提高兩相短路的靈敏度，但綜合考慮各種短路的需求，最好還是在本側設一個保變壓器熱穩定的反時限過流保護，其整定值應由變壓器的熱穩定要求決定。