變壓器縱差保護存在的問題及對策

摘要：針對處于電力系統末端山區電網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的整定和靈敏度校驗，探討整定存在的問題及解決方案。

關鍵詞：主變壓器；縱差；整定；校驗

　　作為變壓器主保護之一的縱聯差動保護，是按循環電流原理，以比較變壓器各側電流的幅值和相位原理構成的；其在正常運行及保護范圍外部故障時，因保護裝置內沒有動作電流流過，所以保護裝置不會動作；而在變壓器繞組和引出線發生多相短路故障，大電流接地系統側繞組和引出線發生單相接地短路，及繞組匝間發生短路故障時，能快速無選擇地動作跳開變壓器各側斷路器，從而達到快速切除故障，保護變壓器的目的。

　　蕉嶺電網作為山區縣級電網，處于電力系統的末端，不僅受電力系統運行方式變化影響較大，而且受電網內小水電等地方電源的裝機容量影響大，其90%以上裝機為無水庫調節徑流式小水電站，導致系統（含地方電源）提供至縣級電網變電站短路電抗差別大（大運行方式時提供至110kV變電站110kV母線的短路電流是小運行方式的3倍以上），這就給縣級電網變電站，主變壓器縱差保護的整定和靈敏度校驗帶來一定的困難。

　　現在就以蕉嶺電網110kV新鋪變電站2# 主變壓器，SSZ9-40000/115/38.5/11，整定計算為例，說明縱差保護整定和校驗應注意的問題。

1 相關參數

　　電力系統(含地方電源)提供至110kV新鋪變電站110kV母線的大運行方式和小運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；以上數值均為標么值，其基準容量SB=100MVA，基準電壓U B=115kV，則其基準電抗X B=U B2/S B=132.25Ω。

　　2# 主變壓器參數：型號SSZ9-40000/115/38.5/11，額定分接時短路電壓百分數為：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；高壓側額定電流IE=200.8A。

2 數據計算

　　為了計算過程的直觀顯示，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；該變電站正常運行方式為2#主變壓器單獨運行。

　　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；此外，因為電網內R＜0.3X，依據三相交流系統短路電流計算GB/T 15544的規定，計算可忽略電阻。

　　電力系統提供至該站110kV母線短路電流，經計算：

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

　　僅2#主變壓器運行時系統最大方式下提供至該站35kV和10kV母線短路電流計算。

　　各繞組短路電壓百分數計算：

　　高壓側繞組短路電壓經計算為V1%=10.3；中壓側繞組短路電壓經計算為V2%=-0.7；低壓側繞組短路電壓經計算為V3%=7.5。

　　各繞組等值電抗計算：

　　高壓側繞組電抗為X1=34.05Ω；中壓側繞組電抗為X2=0Ω；低壓側繞組電抗為X3=24.80Ω。
　　
　　系統最大運行方式下，提供至110kV新鋪變電站35kV母線三相短路電流為：I(3)d2大=1.53kA；系統最大方式下提供至110kV新鋪變電站10kV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

　　該臺主變壓器縱差保護差動動作電流整定應考慮如下方面。

　　依據運行經驗，等容量變壓器的勵磁涌流按照5倍高壓側額定電流整定，因此躲過勵磁涌流按照5IE=1004A（一次值）整定。

　　依據有關技術規程規定，繼電保護和安全自動裝置應符合可靠性、選擇性、靈敏性和速動性的要求。同時依據該規程的規定：靈敏度是指在設備或線路的被保護范圍內發生金屬性短路時，保護裝置應具有必要的靈敏系數。靈敏系數應根據正常(含正常檢修)運行方式和故障類型計算。該規定變壓器縱差保護的差電流元件短路保護的最小靈敏系數不宜小于“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不小于2.0的要求。

　　現在問題就出現了，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生的最大不平衡電流整定，則差動動作電流整定值應大于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小于1.01kA。對于該主變壓器縱差保護而言，是應該按照躲過外部短路產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，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在保護范圍內發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，從而最終達到保護主變壓器、保護電網的目的。

　　因此，在整定方案中將110kV新鋪變電站2#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生的最大不平衡電流的問題，結合該主變壓器微機保護裝置的特點，不但投入差動速斷保護，也投入比率差動保護，以提高保護躲過外部短路時產生的最大不平衡電流的能力。該保護方案作為繼電保護方案特殊處理方式，經過主管安全生產領導審批后，至今運行已超過一年時間，未發生拒動或者誤動事故，確保了電網和設備的安全、穩定運行。

　　將110kV 新鋪變電站2#主變壓器的整定經驗，應用到蕉嶺電網內，同樣存在整定難題的其余6個110kV和35kV變電站，共11臺主變壓器的縱聯差動保護動作電流的整定上，以上所有保護方案已運行一年以上，均未發生保護的拒動或者誤動事故，保護正確動作率為100%，從而為確保電網的安全運行作出了努力。