变压器热稳定性的相关问题

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1引言

电力变压器的故障分为内部和外部两种故障。内部故障指变压器油箱里面发生的各种故障，主要靠瓦斯和差动保护动作切除变压器；外部故障指油箱外部绝缘套管及其引出线上发生的各种故障，一般情况下由差动保护动作切除变压器。速动保护（瓦斯和差动）无延时动作切除故障变压器，设备是否损坏主要取决于变压器的动稳定性。而在变压器各侧母线及其相连间隔的引出设备故障时，若故障设备未配保护（如低压侧母线保护）或保护拒动时，则只能靠变压器后备保护动作跳开相应开关使变压器脱离故障。因后备保护带延时动作，所以变压器必然要承受一定时间段内的区外故障造成的过电流，在此时间段内变压器是否损坏主要取决于变压器的热稳定性。因此，变压器后备保护的定值整定与变压器自身的热稳定要求之间存在着必然的联系。

2可能考验变压器热稳定性的故障

2．1.500kV变压器

500kV系统母线、线路保护的完全双重化配置，快速保护在保护范围上的交叉布置，及完善的失灵保护，笔者认为可以不考虑500kV系统侧故障对变压器热稳定性的考验。

2．2.220kV及以下变压器

对于两侧系统都有电源的联络变压器：任何一侧母差保护校验停运或故障拒动时；变压器开关与TA间故障时；旁路转带方式在主变套管TA至旁母引线、旁路母线、旁路开关与TA间故障时；母线（220kV母线除外）上其他开关所带电气设备故障而其开关或保护拒动时变压器只能靠其后备保护动作使其脱离故障点。

3变压器相间后备保护的配置与整定在此仅关心变压器相间后备保护的定值问题。

3．1.整定规程要求

《220～500kV电网继电保护装置运行整定规程》中要求：变压器各侧的过电流保护均按躲变压器额定负荷整定，但不作为短路保护的一级参与选择性配合，其动作时间应大于所有出线保护的最长时间。变压器短路故障后备保护应主要作为相邻元件及变压器内部故障的后备保护。主电网间联络变压器的短路故障后备保护整定：如采用阻抗保护作为后备保护，且不装设振荡闭锁回路，则其动作时间应躲过系统振荡周期，其反方向偏移阻抗部分作为本侧母线故障的后备保护。供电变电所降压变压器的短路故障后备保护整定：高压侧（主电源侧）相间短路后备保护动作方向指向变压器，对中压侧母线故障有足够灵敏度。

3．2.500kV变压器的保护

当220kV侧母差保护校验停运或故障拒动及开关与TA间故障时，变压器高压侧及本侧的阻抗保护对于金属性短路故障应能可靠动作，且保护整定延时可以在1．5～2．0s之间。如果短路为非金属性的，经弧光短路时，阻抗保护可能灵敏度不足或整定延时长于2．0s。变压器低压侧的电压闭锁过流保护多重化配置，才可以保证在任何情况下运行设备都由两套交、直流输入和输出回路相互独立，并分别控制不同断路器的继电保护装置进行保护。

3．3.220kV联络变压器的保护

变压器低压侧：基于另外两侧并列运行及故障时分段开关跳闸的因素，低压侧过流保护切除故障的时间不仅要不大于2．0s，而且要尽量压缩到更短的时间。实际运行中定值整定的可行性取决于低压侧是否有送出线路。低压侧为10kV的变压器，其出线一般直供用户，出线保护延时应限制在1s，主变低压侧过流保护的延时可控制在2s内。低压侧为35kV的变压器均有送出线路，此线路带下一级变电站，因此，此线路保护的延时按正常配合一般要长于1．5s，这就使得主变低压侧过流保护的整定延时大于2s。变压器中压侧：使本侧相间后备保护动作时间不大于2s应该说有很大的困难。在现有按躲变压器负荷电流整定的过流保护整定原则不变的情况下，增加一段短路保护过流定值。实际系统试算表明，在变压器并列运行、系统有检修时此保护对本侧母线两相短路的灵敏度难以达到1．5的要求。变压器高压侧：高压侧母线故障时，流过变压器绕组的电流一般较中、低压侧故障时小，变压器热稳定允许的情况下，由按躲额定负荷电流整定的过流保护动作（延时在5s左右）使变压器脱离故障。

3．4.220kV及以下仅高压侧有电源的变压器保护

只考虑变压器中、低压侧相关设备短路时对变压器热稳定性的影响。变压器低压侧：应与联变低压侧的保护相同。变压器中压侧：增加一段短路保护过流定值，可考虑与出线的阻抗II段配合（II段应对本线及相邻的下一级线路故障有灵敏度），躲过出线相联变电站其他侧母线短路流过本变压器的故障电流，确保变压器的热稳定，其动作后先跳母联再跳变压器各侧。变压器高压侧：与联络变类似，作为变压器中、低压侧故障的后备保护。也可增加一段短路过流保护，与中、低压的短路过流段配合。在中、低压侧故障但保护拒动或开关拒动时，高压侧过流保护动作切除故障。以保大容量主设备安全为首，并尽量兼顾对用户供电可靠性的原则。尽可能将不配合点靠近用户，使保护越级动作造成的影响范围尽量缩小。重要用户负荷可以考虑用备投方式解决供电可靠性。

4建议

1）设计、制造及运行各环节都应注意其安全性。其动、热稳定性的设计应充分考虑变压器是否并列运行，并列运行的台数，几侧有电源及电网中性点接地方式等要求。

2）为了确保变压器运行中承受故障的热稳定性，制造厂应提供变压器绕组流过故障电流大小与允许时间的关系曲线，类似于发电机允许承受负序的A值要求。

3）变压器保护的配置与整定时，应根据制造厂提供的变压器绕组流过故障电流大小与允许时间的关系曲线配置与之相适应的保护。

4）变压器差动保护的范围应包括低压侧开关，使低压侧开关与TA间的故障不对变压器的热稳定构成威胁。

5）变压器保护应尽可能实现微机化，可以有较多的过流保护段，使各侧的过流保护能有相对较快的延时段跳变压器各侧开关，特别是中、低压侧保护跳变压器各侧开关的保护段有利于变压器尽快脱离故障点。