定时限与反时限在变压器电流保护中的比较

定时限与反时限在变压器电流保护中的比较

  邹财

中国石油兰州石化公司机电仪运维中心电气一部 甘肃省兰州市 730060

摘要

定时限过流保护和反时限过流保护，被广泛运用于变压器的后备保护。本文就是对这两种过流保护在变压器中作为后备保护分别进行计算分析。

关键字：变压器反时限定时限

一、前言

在石油化工企业，广泛应用变压器来降低电压，来达到可靠供电。在系统运行中变压器是不可缺少的重要电气设备。它的故障将对供电可靠性和系统安全运行带来严重影响。同时大容量的变压器也是十分贵重的设备。因此对变压器装设可靠的继电保护装置是十分必要的。定时限过流保护和反时限过流保护，被广泛运用于变压器的后备保护。本文就是通过对这两种过流保护在变压器保护中的应用进行计算对比分析。

二、变压器常见故障与保护配置

1. 变压器故障和异常运行状态

变压器故障分为油箱内故障和油箱外故障。

变压器油箱内故障包括绕组之间的相间短路、一相绕组中发生的匝间短路、绕组与铁芯或外壳之间发生的单相接地短路等；变压器油箱外故障包括引出线发生的各种相间短路、引出线套管闪络或破碎时通过外壳发生的单相接地短路等。

2. 变压器保护配置

  根据继电保护有关规定，变压器应装设以下保护

(1)变压器主保护

   变压器主保护包括气体保护、纵差动保护或电流速断保护等。

   ①瓦斯保护(气体保护)。变压器瓦斯保护也称气体保护，用于反映变压器油箱内部的各种故障，以及变压器漏油造成的油面降低。

   ②纵差动保护或电流速断保护。用于反映变压器绕组、套管及引出线上的短路故障，根据变压器的容量大小，装设纵差动保护或电流速断保护，动作跳开变压器各侧断路器。

(2)变压器后备保护及过负荷保护

   ①过电流保护。用于反映外部相间故障引起的变压器过电流，并作为变压器主保护的后备保护。

   ②零序保护。用于反映中性点直接接地变压器高压侧绕组接地短路故障，以及高压侧系统的接地短路故障，作为变压器主保护及相邻元件接地故障的后备保护。

   ③过负荷保护。用于反映400kVA及以上变压器的三相对称负荷。过负荷保护只需取一相电流，延时动作于并发信号。  

二、变压器电流速断保护

   对于中、小容量的变压器，可以装设单独的电流速断保护，与瓦斯保护配合构成变压器的主保护。

   电流速断保护是防止相间短路故障的保护，所以都按不完全星形的两相两继电器接线方式构成。由于电流继电器1、2的触点容量小，不能直接闭合断路器的跳闸线圈YT回路，必须经过中间继电器。如果采用GL型继电器构成电流保护，则由于GL型继电器本身兼有速断元件，因此电流速断保护和过电流保护共用一套继电器，不必另装电流速断保护装置。

三、变压器气体保护

   当变压器油箱内部发生故障时，短路电流产生电弧使变压器油和绝缘介质分解，产生大量气体，而且故障越严重，产生的气体越多，反映这种气体而动作的保护，称为气体保护，也称瓦斯保护。

   变压器气体保护分轻瓦斯和重瓦斯保护两部分。轻瓦斯保护动作时，只发信号；重瓦斯保护时，瞬时切除变压器。

   气体继电器也称瓦斯继电器，是气体保护的主要元件。安装在变压器油箱与油枕之间的连接管道中。我国电力系统采用多是复合式气体继电器，例如开口杯挡板式气体继电器。

四、变压器后备保护及过负荷保护

1. 变压器相间短路的后备保护

   变压器相间短路的后备保护，反映变压器区外故障引起的变压器过电流，并作为变压器差动保护或电流速断保护和气体保护的后备保护。作为后备保护，其动作时限与相邻元件后备保护配合，按阶梯原则整定；其灵敏度按近后备保护和远后备保护两种情况校验。

(1)过电流保护

   变压器过电流保护与线路定时限过电流保护原理相同，装设在变压器电源侧，由电流元件和时间元件构成，保护动作后切除变压器。电流元件的动作电流按躲过变压器可能出现的最大负荷电流整定。

(2)低电压启动的过电流保护

   低电压启动的过电流保护由电流元件、电压元件、时间元件等构成，电流元件接在变压器电源侧电流互感器TA 二次侧，分别反映三相电流增大时动作；电压元件接在降压变压器低压侧，母线电压互感器TV二次侧电压，分别反映三相电压时动作。当同时有电流元件和电压元件动作时，经过与门Y启动时间电路T1，延时跳开变压器两侧断路器1QF和2QF。

(3)复合电压启动的过电流保护

   如果将保护的三个低电压元件，改为负序电压元件和单个低电压元件，可构成复合电压启动的过电流保护。复合电压启动的过电流保护与低电压启动的过电流保护比较，可以简化保护接线，并提高不对称短路时保护的灵敏度。

2. 变压器接地(零序)保护

   中性点接地保护也称变压器零序保护，用于中性点直接接地系统中，作为变压器高压侧绕组及引出线接地短路、变压器相邻元件接地短路的后备保护。根据变压器中性点接地运行方式不同，接地保护设置也有区别。

   中性点直接接地运行的变压器，接地保护通常采用两段式零序电流保护，变压器中性点通过接地刀闸QS接地，当变压器星形侧绕组以及连接元件发生接地短路时，零序电流流过中性点，保护零序电流取自变压器中性点电流互感器二次侧。保护的每一段均设置两个时限，其中以较短时限t1或t2。跳开断路器QF，以缩小故障影响范围；以较长时限t2和t4跳开母联断路器1QF和2QF。

 在微机保护中，,零序电流还可以自产获得，即利用输入装置的三相电流求和得到。

3. 过负荷保护

   变压器过负荷通常是三相对称的，所以过负荷保护只接一相电流，经过延时发出信号。对于单侧电源三绕组降压变压器，如果三侧容量相同，过负荷保护装在电源侧；如果三侧容量不相同，过负荷保护分别装在电源侧和容量较小一侧。对于双侧电源三绕组降压变压器或联络变压器，过负荷保护分别装在三侧。

三、变压器继电保护整定计算原则

１电流速断保护

1.1整定电流

按躲过变压器低压侧出口三相短路时流过保护的最大电流整定

1.2灵敏度校验

1.3动作时限

 电流速断保护的动作时限为0秒

2过电流保护

2.1按变压器高压侧额定电流整定

2.2灵敏度校验

3过负荷保护

3.1整定电流

按躲过变压器额定电流整定

3.2时限

过负荷保护的动作时限为10秒

四、过电流保护的配置和整定情况

已知某变压器运行参数如下：

1 按定时限过流保护进行三段整定

1.1电流速断保护

                   灵敏度：

1.2定时限电流保护

灵敏度：

1.3过负荷保护

2 按反时限过流保护整定

2.1电流速断保护

                   灵敏度:

2.2反时限过流保护

将n=4.4带入IEC 动作特性方程

推出T=0.12

参考文献

[1]张伟.电厂发电机变压器保护原理及继电保护方式探究[J].低碳世界,2021,11(12):46-47.DOI:10.16844/j.cnki.cn10-1007/tk.2021.12.020.

[2]李华,徐光会.6kV配电变压器高、低压侧保护设置及其配合[J].电气传动自动化,2018,40(03):38-43.

[3]张佳仁.探析变压器并列运行定时限过电流保护动作[J].中国管理信息化,2015,18(24):139-140.

[4]陈小叶.浅谈工厂变压器保护定值计算[J].中国高新技术企业,2014(27):70-71.DOI:10.13535/j.cnki.11-4406/n.2014.27.033.