摘要：通過(guò)分析變壓器熱穩(wěn)定要求及其在運(yùn)行中可能承受的故障考驗(yàn)，提出了變壓器保護(hù)定值整定應(yīng)考慮的相關(guān)問(wèn)題，對(duì)其相間故障后備保護(hù)應(yīng)具備的能力提出了看法。并對(duì)變壓器設(shè)計(jì)、運(yùn)行及其保護(hù)配置與整定提出了建議。
關(guān)鍵詞：變壓器 熱穩(wěn)定 保護(hù)配置 整定

1　引言

　　電力變壓器的故障分為內(nèi)部和外部?jī)煞N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(dòng)保護(hù)動(dòng)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(dòng)保護(hù)動(dòng)作切除變壓器。速動(dòng)保護(hù)（瓦斯和差動(dòng)）無(wú)延時(shí)動(dòng)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(dòng)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(shí)，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(dòng)時(shí)，則只能靠變壓器后備保護(hù)動(dòng)作跳開(kāi)相應(yīng)開(kāi)關(guān)使變壓器脫離故障。因后備保護(hù)帶延時(shí)動(dòng)作，所以變壓器必然要承受一定時(shí)間段內(nèi)的區(qū)外故障造成的過(guò)電流，在此時(shí)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　變壓器設(shè)計(jì)熱穩(wěn)定指標(biāo)

　　文獻(xiàn)［1］中要求“對(duì)稱短路電流I的持續(xù)時(shí)間：當(dāng)使用部門(mén)未提出其它要求時(shí)，用于計(jì)算承受短路耐熱能力的電流I的持續(xù)時(shí)間為2s。注：對(duì)于自耦變壓器和短路電流超過(guò)25倍額定電流的變壓器，經(jīng)制造廠與使用部門(mén)協(xié)商后，采用的短路電流持續(xù)時(shí)間可以小于2s。”
　　GB1094．5—85中僅提供雙繞組三相變壓器對(duì)稱短路電流I值的計(jì)算式：
　　

　　式中：Zt為折算到所考慮繞組的變壓器的短路阻抗，Zs為系統(tǒng)阻抗。

　　 　　當(dāng)以平均電壓作為基準(zhǔn)電壓，以1000 MVA為基準(zhǔn)容量時(shí)，可以計(jì)算出與表1相對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)等值電抗標(biāo)幺值如表2。

　　按以上設(shè)計(jì)考慮，一臺(tái)220kV/120MVA普通三卷變壓器，取變壓器典型參數(shù)（高低壓阻抗比為22．4）計(jì)算可知：低壓側(cè)能夠承受的熱穩(wěn)定電流標(biāo)幺值約為0．51。當(dāng)兩臺(tái)這樣的變壓器并列運(yùn)行，低壓側(cè)母線故障本側(cè)分段開(kāi)關(guān)跳開(kāi)時(shí)，變壓器低壓繞組中可能的短路電流可達(dá)到0．75倍標(biāo)幺值，比設(shè)計(jì)值增大了近50％。若三臺(tái)這樣的變壓器并列運(yùn)行，變耦變壓器，按技術(shù)規(guī)程［2］要求，裝設(shè)瓦斯保護(hù)、過(guò)激磁保護(hù)、雙重差動(dòng)保護(hù)，同時(shí)在其高、中壓側(cè)均裝設(shè)了阻抗保護(hù)及零序方向電流保護(hù)，低壓側(cè)裝設(shè)過(guò)流保護(hù)。這些保護(hù)均作用于跳閘。高、中壓側(cè)的阻抗保護(hù)和低壓側(cè)過(guò)流保護(hù)屬變壓器的相間后備保護(hù)。由于500 kV變壓器多為單相式變壓器，所以變壓器本體不會(huì)發(fā)生相間故障。在變壓器所連接的高、中壓系統(tǒng)中，線路保護(hù)一般配置了雙重縱聯(lián)保護(hù)，并有完整的后備保護(hù)，這樣線路的故障一般會(huì)較快地切除，對(duì)變壓器影響較小。因此，變壓器的相間后備保護(hù)應(yīng)主要在其各側(cè)母線故障時(shí)起作用，特別是中、低壓側(cè)母線的故障（500 kV側(cè)母線設(shè)有雙套母差保護(hù)）。中、低壓母線故障流過(guò)變壓器的短路電流大，不僅引起變壓器繞組過(guò)熱，還可能造成繞組的動(dòng)穩(wěn)定破壞，誘發(fā)嚴(yán)重的內(nèi)部故障。零序方向電流保護(hù)屬變壓器的接地故障后備保護(hù)，可以反應(yīng)變壓器內(nèi)部、高中壓側(cè)母線及與高中壓母線鄰近的電氣設(shè)備的接地故障。
　　3．2　220 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(shù)規(guī)程要求，一般裝設(shè)瓦斯保護(hù)、差動(dòng)保護(hù)，同時(shí)在其高、中壓側(cè)均裝設(shè)了復(fù)合電壓閉鎖過(guò)流保護(hù)及零序方向過(guò)電流保護(hù)與間隙保護(hù)，低壓側(cè)裝設(shè)復(fù)合電壓閉鎖過(guò)流保護(hù)。各側(cè)復(fù)合電壓閉鎖過(guò)流保護(hù)及零序方向過(guò)電流保護(hù)綜合，可以反應(yīng)變壓器內(nèi)部、各側(cè)母線及母線鄰近的電氣設(shè)備的接地與相間故障，作為變壓器自身主保護(hù)及各側(cè)母線及母線鄰近的電氣設(shè)備的后備保護(hù)。110 kV及以下變壓器一般裝設(shè)瓦斯保護(hù)（對(duì)油浸式變壓器）、差動(dòng)保護(hù)，110 kV側(cè)零序過(guò)電流保護(hù)、間隙保護(hù)及各側(cè)過(guò)流保護(hù)或復(fù)合電壓閉鎖過(guò)流保護(hù)，這些保護(hù)的作用與220 kV變壓器的作用相似。

4　可能考驗(yàn)變壓器熱穩(wěn)定性的故障

　　4．1　500kV變壓器
　　由于變壓器自身主保護(hù)裝置及其交、直流回路的完全雙重化配置，應(yīng)可以不再考慮變壓器差動(dòng)保護(hù)范圍內(nèi)故障對(duì)變壓器熱穩(wěn)定性的考驗(yàn)。500 kV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500 kV系統(tǒng)側(cè)故障對(duì)變壓器熱穩(wěn)定性的考驗(yàn)。
　　220 kV系統(tǒng)側(cè)線路保護(hù)雙重化配置，母線保護(hù)目前多為單配置。因此，當(dāng)母差保護(hù)校驗(yàn)停運(yùn)或故障拒動(dòng)時(shí)，變壓器只能靠其后備保護(hù)動(dòng)作使其脫離故障點(diǎn)。變壓器開(kāi)關(guān)（或轉(zhuǎn)帶時(shí)旁路開(kāi)關(guān)）與TA間的故障很可能靠變壓器后備保護(hù)脫離故障點(diǎn)。
　　變壓器低壓側(cè)一般經(jīng)由母線帶站用變、電抗器及電容器，有的變電站可能帶較少的站外負(fù)荷。很多站低壓母線未配母差保護(hù)，因此母線故障變壓器只能靠其后備保護(hù)動(dòng)作使其脫離故障點(diǎn)；再者，當(dāng)站用變或電抗器及電容器故障而其開(kāi)關(guān)或保護(hù)拒動(dòng)時(shí)，變壓器也要靠其后備保護(hù)動(dòng)作使其脫離故障點(diǎn)。
　　4．2　220 kV及以下變壓器
　　對(duì)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(yàn)停運(yùn)或故障拒動(dòng)時(shí)；變壓器開(kāi)關(guān)與TA間故障時(shí)；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(kāi)關(guān)與TA間故障時(shí)；母線（220kV母線除外）上其他開(kāi)關(guān)所帶電氣設(shè)備故障而其開(kāi)關(guān)或保護(hù)拒動(dòng)時(shí)變壓器只能靠其后備保護(hù)動(dòng)作使其脫離故障點(diǎn)。
　　對(duì)于僅高壓側(cè)系統(tǒng)有電源的降壓變壓器：中、低側(cè)母差保護(hù)校驗(yàn)停運(yùn)或故障拒動(dòng)時(shí)；中、低壓側(cè)變壓器開(kāi)關(guān)與TA間故障時(shí)；中、低壓側(cè)母線上其他開(kāi)關(guān)所帶電氣設(shè)備故障而其開(kāi)關(guān)或保護(hù)拒動(dòng)時(shí)變壓器只能靠其后備保護(hù)動(dòng)作使其脫離故障點(diǎn)。
　　
5　變壓器相間后備保護(hù)的配置與整定

　　變壓器接地故障保護(hù)定值與其所帶負(fù)荷的關(guān)系不大，因此接地故障后備保護(hù)的整定延時(shí)一般較短，能夠滿足2 s的熱穩(wěn)定時(shí)間要求。在此僅關(guān)心變壓器相間后備保護(hù)的定值問(wèn)題。