變壓器縱差保護(hù)存在的問題及對策

摘要：針對處于電力系統(tǒng)末端山區(qū)電網(wǎng)的短路電抗大小差別大，從一座110 kV變電站的主變壓器縱差保護(hù)的整定和靈敏度校驗(yàn)，探討整定存在的問題及解決方案。

關(guān)鍵詞：主變壓器；縱差；整定；校驗(yàn)

　　作為變壓器主保護(hù)之一的縱聯(lián)差動保護(hù)，是按循環(huán)電流原理，以比較變壓器各側(cè)電流的幅值和相位原理構(gòu)成的；其在正常運(yùn)行及保護(hù)范圍外部故障時，因保護(hù)裝置內(nèi)沒有動作電流流過，所以保護(hù)裝置不會動作；而在變壓器繞組和引出線發(fā)生多相短路故障，大電流接地系統(tǒng)側(cè)繞組和引出線發(fā)生單相接地短路，及繞組匝間發(fā)生短路故障時，能快速無選擇地動作跳開變壓器各側(cè)斷路器，從而達(dá)到快速切除故障，保護(hù)變壓器的目的。

　　蕉嶺電網(wǎng)作為山區(qū)縣級電網(wǎng)，處于電力系統(tǒng)的末端，不僅受電力系統(tǒng)運(yùn)行方式變化影響較大，而且受電網(wǎng)內(nèi)小水電等地方電源的裝機(jī)容量影響大，其90%以上裝機(jī)為無水庫調(diào)節(jié)徑流式小水電站，導(dǎo)致系統(tǒng)（含地方電源）提供至縣級電網(wǎng)變電站短路電抗差別大（大運(yùn)行方式時提供至110kV變電站110kV母線的短路電流是小運(yùn)行方式的3倍以上），這就給縣級電網(wǎng)變電站，主變壓器縱差保護(hù)的整定和靈敏度校驗(yàn)帶來一定的困難。

　　現(xiàn)在就以蕉嶺電網(wǎng)110kV新鋪?zhàn)冸娬?# 主變壓器，SSZ9-40000/115/38.5/11，整定計(jì)算為例，說明縱差保護(hù)整定和校驗(yàn)應(yīng)注意的問題。

1 相關(guān)參數(shù)

　　電力系統(tǒng)(含地方電源)提供至110kV新鋪?zhàn)冸娬?10kV母線的大運(yùn)行方式和小運(yùn)行方式正序短路電抗分別為：

X大方式=0.0710 和X小方式=0.2156；以上數(shù)值均為標(biāo)么值，其基準(zhǔn)容量SB=100MVA，基準(zhǔn)電壓U B=115kV，則其基準(zhǔn)電抗X B=U B2/S B=132.25Ω。

　　2# 主變壓器參數(shù)：型號SSZ9-40000/115/38.5/11，額定分接時短路電壓百分?jǐn)?shù)為：高對中壓UT(1-2)%=9.6，中對低壓為UT(2-3)%=6.8，高對低壓UT(1-3)%=17.8；高壓側(cè)額定電流IE=200.8A。

2 數(shù)據(jù)計(jì)算

　　為了計(jì)算過程的直觀顯示，其平均額定電壓UC=115kV。

　　110kV、35kV和10kV母線短路點(diǎn)名稱編號分別為d1、d2和d3，短路電流分別為Id1、Id2和Id3；該變電站正常運(yùn)行方式為2#主變壓器單獨(dú)運(yùn)行。

　　該變電站以供建材用電為主；接入該站35kV和10kV母線的地方小水電電源容量小，它們提供至該變電站母線短路電流小，因此可以忽略不計(jì)；此外，因?yàn)殡娋W(wǎng)內(nèi)R＜0.3X，依據(jù)三相交流系統(tǒng)短路電流計(jì)算GB/T 15544的規(guī)定，計(jì)算可忽略電阻。

　　電力系統(tǒng)提供至該站110kV母線短路電流，經(jīng)計(jì)算：

　　大運(yùn)行方式正序三相短路電流I(3)d1大=7.08kA；小運(yùn)行方式正序三相短路電流I(3)dI小=2.33 kA；則其小運(yùn)行方式正序兩相短路電流為I(2)d1小= 2.02kA。

　　僅2#主變壓器運(yùn)行時系統(tǒng)最大方式下提供至該站35kV和10kV母線短路電流計(jì)算。

　　各繞組短路電壓百分?jǐn)?shù)計(jì)算：

　　高壓側(cè)繞組短路電壓經(jīng)計(jì)算為V1%=10.3；中壓側(cè)繞組短路電壓經(jīng)計(jì)算為V2%=-0.7；低壓側(cè)繞組短路電壓經(jīng)計(jì)算為V3%=7.5。

　　各繞組等值電抗計(jì)算：

　　高壓側(cè)繞組電抗為X1=34.05Ω；中壓側(cè)繞組電抗為X2=0Ω；低壓側(cè)繞組電抗為X3=24.80Ω。
　　
　　系統(tǒng)最大運(yùn)行方式下，提供至110kV新鋪?zhàn)冸娬?5kV母線三相短路電流為：I(3)d2大=1.53kA；系統(tǒng)最大方式下提供至110kV新鋪?zhàn)冸娬?0kV母線三相短路電流為：I(3)d3大=0.97kA。

3 差動動作電流的整定和靈敏度校驗(yàn)

　　該臺主變壓器縱差保護(hù)差動動作電流整定應(yīng)考慮如下方面。

　　依據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，等容量變壓器的勵磁涌流按照5倍高壓側(cè)額定電流整定，因此躲過勵磁涌流按照5IE=1004A（一次值）整定。

　　依據(jù)有關(guān)技術(shù)規(guī)程規(guī)定，繼電保護(hù)和安全自動裝置應(yīng)符合可靠性、選擇性、靈敏性和速動性的要求。同時依據(jù)該規(guī)程的規(guī)定：靈敏度是指在設(shè)備或線路的被保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生金屬性短路時，保護(hù)裝置應(yīng)具有必要的靈敏系數(shù)。靈敏系數(shù)應(yīng)根據(jù)正常(含正常檢修)運(yùn)行方式和故障類型計(jì)算。該規(guī)定變壓器縱差保護(hù)的差電流元件短路保護(hù)的最小靈敏系數(shù)不宜小于“2.0”，也就是說KLM≥2，其中I(2)d1小=2.02kA，則IDZ≤I(2)d1小/2=1.01kA，才能滿足最小靈敏系數(shù)不小于2.0的要求。

　　現(xiàn)在問題就出現(xiàn)了，差動動作電流整定值能躲過勵磁涌流，但如果按照躲過外部短路產(chǎn)生的最大不平衡電流整定，則差動動作電流整定值應(yīng)大于I(3)d2大，即1.53kA；如果要滿足靈敏度要求的話，差電流元件的整定值應(yīng)小于1.01kA。對于該主變壓器縱差保護(hù)而言，是應(yīng)該按照躲過外部短路產(chǎn)生的最大不平衡電流整定，還是以滿足靈敏度要求。以筆者的觀點(diǎn)，滿足靈敏度要求是首要的。滿足靈敏度要求是確保可靠動作的前提，也就是確保差動保護(hù)在保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生短路故障時能快速切除故障，才能做到該動作的時候就動作，從而最終達(dá)到保護(hù)主變壓器、保護(hù)電網(wǎng)的目的。

　　因此，在整定方案中將110kV新鋪?zhàn)冸娬?#主變壓器的差動動作電流整定為1.01kA，其能躲過勵磁涌流，且能滿足靈敏度的要求；對于不能躲過外部短路產(chǎn)生的最大不平衡電流的問題，結(jié)合該主變壓器微機(jī)保護(hù)裝置的特點(diǎn)，不但投入差動速斷保護(hù)，也投入比率差動保護(hù)，以提高保護(hù)躲過外部短路時產(chǎn)生的最大不平衡電流的能力。該保護(hù)方案作為繼電保護(hù)方案特殊處理方式，經(jīng)過主管安全生產(chǎn)領(lǐng)導(dǎo)審批后，至今運(yùn)行已超過一年時間，未發(fā)生拒動或者誤動事故，確保了電網(wǎng)和設(shè)備的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

　　將110kV 新鋪?zhàn)冸娬?#主變壓器的整定經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)用到蕉嶺電網(wǎng)內(nèi)，同樣存在整定難題的其余6個110kV和35kV變電站，共11臺主變壓器的縱聯(lián)差動保護(hù)動作電流的整定上，以上所有保護(hù)方案已運(yùn)行一年以上，均未發(fā)生保護(hù)的拒動或者誤動事故，保護(hù)正確動作率為100%，從而為確保電網(wǎng)的安全運(yùn)行作出了努力。