10kV干式电力变压器继电保护的研究

10kV干式电力变压器继电保护的研究

徐建华

惠盟电力科技有限公司广东广州510000

摘要：电力变压器继电保护措施对电力系统的正常运行较为关键，所以加强对电力变压器的继电保护的研究显得尤为重要。本文介绍了继电保护的概念和重要性，对10kV电力变压器的继电保护类型作了简单的描述，结合实例，对电力变压器的继电保护进行了分析与探讨。

关键词：变压器；继电保护；基本要求；动作电流；故障保护

引言

电力资源对国民经济发展的作用十分重要，处于各项建设的核心环节。而变压器作为电力主体中重要的组成部分，它的运行好坏直接影响电力系统的安全性、稳定性以及可靠性，对整个系统运行造成严重的影响。可见保护变压器是提高电网系统可靠性必须重要的环节，良好的继电保护能够对变压器提供保护，进而预防和缩小变压器发生事故的范围，是为电力用户提供安全且稳定供电的有效保证。本文就电力变压器的继电保护实例进行探讨。

1继电保护基本概念

1.1继电保护的概念

研究电力系统故障和危及安全运行的异常工况，以探讨其对策的反事故自动化措施。由于这些措施主要用带有触点或辅助触点的继电器来保护电力系统及其元件，例如线路、发电机、变压器和母线等，使之免遭损害，所以称其为继电保护。

1.2继电保护的任务

当电力系统发生故障或异常工况时，在最短时间和最小区域内，自动将故障设备从系统中切除，或发出信号由值班人员消除异常工况，以避免设备的损坏和对相邻地区供电的影响，以便尽快恢复供电。

1.3继电保护的基本要求

继电保护和自动装置的设计应以合理的运行方式和可能的故障类型为依据，并满足可靠性、选择性、灵敏性和速动性四项基本要求。

（1）可靠性

可靠性是指保护应该动作时应动作，不该动作时不动作。为保证可靠性，宜选用可实现的最简单的保护方式，应采用由可靠的元件和尽可能简单的回路构成的性能良好的装置，并应具备必要的检测、闭锁等措施。

（2）选择性

选择性是指首先由故障设备或线路本身的保护切除故障，当故障设备或线路本身的保护或断路器拒动时才允许由相邻设备、线路的保护等切除故障。因此为保证选择性，对相邻设备和线路有配合要求的保护和同一保护内有配合要求的两元件，其灵敏系数及动作时间在一般情况下应相互配合。

（3）灵敏性

灵敏性是指在设备或线路的被保护范围内发生金属性短路时，保护装置应具有必要的灵敏系数。灵敏系数应根据不利的正常运行方式和不利的故障类型计算，但可不考虑可能性很小的情况。

（4）速动性

速动性是指保护装置应能尽快地切除短路故障，其目的是提高系统稳定性，减轻故障设备和线路的损坏程度，缩小故障波及范围，提高自动重合闸和备用电源或备用设备自动投入的效果等。

1.4继电保护的分类

按继电保护装置的作用，一般可以分为主保护、后备保护和辅助保护。

1.4.1主保护

满足系统稳定及设备安全要求，快速而有选择地切除被保护元件范围内的故障的保护。

1.4.2后备保护

分为远后备与近后备两种方式：

（1）远后备。当主保护或断路器拒绝动作时，由相邻元件的保护实现后备保护。为此，每个元件的保护装置除装设作为本身的主保护以外，还应装设作为相邻元件的后备保护。

（2）近后备。当本元件主保护或断路器拒绝动作时，由本元件的另一套保护或本变电所另一台断路器实现后备。为此，每一元件应装设单独的主保护与后备保护，并装设必要的断路器失灵保护。

1.4.3辅助保护

为补充主保护和后备保护的不足而增设的简单保护。例如为加速切除故障或消除方向元件的死区，可用电流速断来实现。

2电力变压器的继电保护

电力变压器的继电保护通常有以下几种：①绕组及其引出线的相间短路和在中性点直接接地或经小电阻接地侧的单相接地保护；②绕组的匝间短路；③外部相间短路引起的过电流；④中性点直接接地或经小电阻接地的电力网中外部接地短路引起的过电流及中性点过电压；⑤过负荷；⑥油面降低；⑦变压器油温过高、绕组温度过高、油箱压力过高、产生瓦斯或冷却系统故障。

鉴于电气设计工作主要研究的是防范外部故障，且目前干式变压器的应用范围越来越广泛，主要对变压器引出线的短路故障进行分析。

GB/T50062—2008《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》中第4.0.3条，针对变压器引出线、套管及内部短路故障的保护范围已经有了详细的说明，结合《工业与民用配电设计手册》第三版第七章的内容，电力变压器的继电保护配置（容量在5000kV•A以下的电力变压器）如下表所示。

通过上表不难看出，除容量小于400kV•A的变压器外，目前大多数的设计中，高压侧均采用断路器，变压器均需要装设带时限的过电流保护，并且当过电流保护时限大于0.5s时，还需要加装电流速断保护；对于2000～5000kV•A的变压器，当电流速断保护不能满足灵敏性时，还需要装设纵联差动保护。除此之外，不大于1600kV•A的变压器还应该考虑低压侧的单相接地保护。

另外，在考虑变压器的继电保护时，除了需要计算保护装置的动作电流，还需要对保护装置的灵敏度进行校验。

以上仅为电力变压器继电保护的基本要求，在实际的保护整定计算及运用中，当电力系统运行方式、变压器中性点接地类型、继电器的选用和接线方式不同时，继电保护整定电流限值、灵敏度校验及保护时限等均有变化。下面主要通过一个实际案例，对保护整定计算和校验作一个系统的说明。

3电力变压器继电保护实例

某大型研发中心项目，两路10kV高压进线，高压母线采用单母线分段运行方式，高压开关柜采用断路器保护；选用两台10/0.4kV的干式变压器，容量为1250kV•A，变压器型号为SCB11－10/0.4kV－1250//Dyn11。低压侧母线采用单母线分段运行方式。10kV母线上短路容量假定为300MV•A。系统架构图如图1所示。

在这里需要说明一点，10kV母线上的系统短路容量为假定，在校验保护装置的灵敏系数是否满足时，应按系统最小运行方式下的情况进行分析校验。

本案例中，过电流继电器选用GL感应型，是考虑到GL型继电器的反时限特性。反时限过电流继电器的动作根据电流的大小决定，电流上升越快动作时间越短，上升慢时间就长。而DL定时限过电流继电器是根据电流的大小变化，在大于整定值时发出信号，通过时间继电器延时，到时间就发出跳闸信号。所以对短路这种情况来说用GL型是最理想的，可以做到瞬时保护，而DL型一定要在时间继电器延时时间到才能动作。

3.1过电流保护

根据短路电流的计算方法（或查《工业与民用配电设计手册》第三版P.169）不难得出：在变压器低压侧发生三相短路时，变压器出口端的三相短路电流为Ik＝25.22kA，流过高压侧的超瞬态电流为

4结束语

综上所述，电力变压器是电力系统中输配电力不可缺少的重要设备，为此，要科学合理地进行继电保护装置的设置，以确保电力系统的安全稳定经济运行。在现实运行中需对现有继电保护进行认真的整定计算。本文结合案例，介绍了对10kV干式电力变压器的过电流、电流速断及单相接地故障的继电保护装置动作电流的整定及保护装置灵敏系数的计算方法及校验过程。实际设计中，最大与最小运行方式下系统的短路容量存在着巨大的区别，尤其是灵敏度校验时，对计算结果产生影响，必须严格根据计算结果设计。要是灵敏度不符合要求，则必须按照GB/T50062—2008《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》规定的内容，考虑其他的保护类型。

参考文献：

[1]李冰.浅谈电力变压器的继电保护[J].城市建设理论研究（电子版）.2013

[2]叶晗迪.浅析电力变压器继电保护[J].城市建设理论研究：电子版.2015

[3]郑国强.对电力变压器继电保护设计的探讨[J].山东工业技术.2015