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摘要：变压器的造价昂贵，一旦发生故障遭到损坏，其检修难度大、时间长，会造成很大的经济损失。220kV变压器整定计算的正确性、合理性也就显得尤为重要。除了要保证变压器安全运行外，还要最大限度地缩小故障影响范围，要求在继电保护的整体配置上尽量做到完善、合理。文章以唐山电网220kV变压器保护整定计算为例，介绍了变压器保护整定原则并分析了几个在实际运行过程中出现的特殊案例，供大家在今后的变压器整定计算工作中参考。
关键词：变压器保护；整定计算；原则
作者简介：李锦锦（1982-），女，河南安阳人，华北电网唐山供电公司调度中心，工程师。（河北 唐山 063000）
中图分类号：TM41 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2011）33-0158-02
一、唐山地区220kV变压器保护整定原则
唐山地区220kV变压器保护配置了双重化主、后一体变压器电气量保护，一套非电气量保护。双重化配置的两套保护均含纵联差动保护构成的主保护以及由复合电压闭锁相间过流保护、零序过流保护、间隙零序保护、过负荷保护等构成的后备保护。
1.主保护整定原则
根据规程规定，“6.3MVA及以上变压器，2MVA及以上电流速断保护灵敏性不能满足要求的变压器均应配置差动保护。”
变压器的差动保护是按照循环电流原理构成，即将变压器电流进行相量相加，使正常运行和区外故障时流入保护装置的电流基本为0，而区内故障时流入保护装置的电流大于差动保护的动作电流整定值，保护无时限动作跳主变各侧断路器。变压器差动保护的保护范围为各侧差动保护用电流互感器所包围的区域。
差动保护一般包括比率制动差动元件、励磁涌流制动元件、TA断线闭锁元件、抗饱和元件、过励磁元件等。[3]各厂家差动保护原理基本相同，但保护定值的整定计算方法有区别，保护定值单的内容差别较大，不能完全按继电保护装置整定规程或其装置技术说明书进行整定。其中TA断线闭锁元件一般不需要整定，仅通过控制字投退；抗饱和元件也不需要整定；主要考虑比率制动差动元件和谐波制动元件的整定。除了比率差动元件外，还配置有差动速断元件，因此对差动速断元件也要进行考虑。
唐山地区220kV变压器差动保护整定原则如下：变压器TA断线不闭锁差动保护；比率制动特性变压器差动保护的折线斜率均按各厂家规定，范围一般取0.5；差动速断按正常运行方式下高压侧引线故障有灵敏度整定，一般120MVA及以下容量变压器整定为6Ie，120MVA及以上容量变压器整定为8Ie；二次谐波原理的差动保护其二次谐波制动系数取0.15；差动保护单相动作即出口跳闸。
2.后备保护整定原则
变压器后备保护的配置一般在各侧分别配置，构成所谓的高后备、中后备、低后备。各侧后备保护的作用有区别，对于作为系统的降压变和联络变的220kV变压器而言，主电源侧的高后备主要作为变压器内部故障的后备保护及其中、低压侧母线故障的后备保护。中、低压侧的后备保护则主要作为各侧引出线、各侧母线及各侧相邻线路的后备保护。由于作用不同，因此各侧后备保护的整定计算方法不同。对于220kV变压器而言，采用了双重化后构成了双主双后的配置。在主保护加强的情况下，对后备保护应当进行优化，以更好地发挥其作用。在整定计算中尤其应该考虑后备保护的合理整定，满足灵敏性、选择性、可靠性等要求。
对于高压侧的后备保护，由于配置了双重化的两套差动保护，同时高压侧本身主后保护都实现了双重化，高压侧母线保护也基本实现了双重化，对高压侧线路和母线保护的后备保护要求相对低一些，因此应主要考虑对中低压侧的远后备，尤其应保证其灵敏性。相对而言，中、低压侧的各种保护的配置和性能及可靠性等都不如高压侧保护，应当加强和完善中、低压侧的后备保护，重视中、低压侧与周围保护的整定配合以提高变压器后备保护的可靠性。
下面具体介绍唐山地区220kV主变高后备、中后备、低后备保护整定原则。
（1） 高压侧后备保护整定原则。高压侧复合电压闭锁过流保护：保护为两段式，第一段带方向，方向可整定，设两个时限，第一时限跳母联，第二时限跳本侧。第二段不带方向，设一个时限，跳总出口；三侧复合电压（U，U2，U0）闭锁相间过流保护，三侧复合电压构成“或”门。
高压侧零序过流保护：保护设置两段式：一段带方向，方向指向220kV母线，第一时限跳两分段，第二时限跳本母联，第三时限跳本侧；二段不带方向，跳总出口。
高压侧中性点间隙零序电流保护及零序电压保护：保护为一段一时限。延时跳总出口。
过负荷保护：保护为单相式延时动作于信号。
（2）中压侧后备保护整定原则。中压侧复合电压闭锁过流保护：保护设置两段式：第一段第一时限跳母联，第二时限跳本侧；二段不带方向，跳总出口。
中压侧零序过流保护：保护设置两段式：一段带方向，第一时限跳母联或分段，第二时限跳本侧；二段不带方向，跳总出口。
中压侧中性点间隙零序电流保护及零序电压保护：保护为一段一时限。延时跳总出口。
过负荷保护：保护为单相式延时动作于信号。
（3） 低压侧后备保护整定原则。配置低压侧时限速断保护：保护为一段二时限。
低压侧复合电压闭锁过流保护：保护为一段三时限。
过负荷保护：保护为单相式延时动作于信号。
二、唐山地区变压器保护动作案例分析及对整定方案的影响
由于各个变电站短路水平不同，一次接线也有区别，实际故障情况极其复杂，保护的动作行为可能并不完全符合整定的预期，下面对实际运行中的一些案例进行了分析，并提出了整定计算中需要注意的事项及建议。
1.励磁涌流判据的选取问题
唐山地区220kV溯河变电站主变保护配置为南瑞继保的RCS-978和深圳南瑞的PRS-778。2011年7月16日00时19分10秒，溯河变电站3号主变RCS-978主变差动保护工频变化量和比率差动元件动作，跳开3号主变三侧开关，PRS-778主变差动保护启动后没有动作。故障原因为3号主变低压侧故障，故障点在主变差动保护范围内，因此RCS-978主变差动保护动作跳开3号主变三侧开关动作正确，PRS-778保护启动后未动作。经检查分析，原因如下：PRS-778主变差动保护采用波形识别逻辑判别励磁涌流，经过对保护录波图的分析发现，故障波形并非工频正弦波，有明显的波形不对称特征；含有丰富的谐波分量，其中以四次谐波为最多，超过20%。故障波形由于有较大的四次谐波导致波形畸变，不对称度较大，满足波形识别逻辑，判别为励磁涌流，导致保护未动作。而RCS-978采用的是二次谐波制动原理，因此保护正确动作。故障时PRS-778保护装置录波图如下图1所示。
此次PRS-778型主变差动保护拒动虽然是由于故障情况复杂，但也说明了双重化配置的保护采用不同厂家、不同原理的必要性。现在的微机主变保护装置都能提供两种及以上的励磁涌流判别方式，在实际整定时一定要注意将两套保护的励磁涌流判据选为不同的原理，以最大限度保证差动保护在任何情况下都能正确动作。
2.220kV主变间隙保护定值整定的问题
唐山220kV遵化变电站主接线为双母线，220kV 3号、4号两台主变分别运行于两条母线，双母线并列运行，3号变220kV 侧中性点接地运行，4号变220kV 侧中性点经间隙接地。2008年5月11日上午8:58，天气中雨，该站2214、2215双回线因雷击C相同时跳闸，0.5s后重合成功。基本上在重合的同时，4号主变两套220kV间隙过流保护动作，跳开了4号主变三侧开关。图2为现场调取的4号主变故障报告。由图2分析可知，在故障发生时，4号主变220kV侧间隙被击穿，间隙零序电流保护动作，经过500ms后出口跳开主变三侧开关，571ms以后2214、2215重合闸动作出口。此时主变早已跳闸。
一般来说，220kV线路发生单相接地故障时，零序电流流经中性点接地的变压器，中性点经间隙接地的变压器间隙不会被击穿。由于这两条220kV线路是本站主供电源，负荷很大，又因为当时中雨的天气，空气湿度大，所以在这两条线路非全相运行期间，使间隙击穿，致使间隙零序保护启动，结果造成了主变保护误跳闸。
要解决上述问题有两种方法：一种是提高间隙零序电流保护的定值；另一种是延长间隙零序保护的动作时间，只要能可靠躲过线路单相重合闸时间即可，建议整定为0.7s。这样，就可以避免上述情况的再次发生。
3.主变低压侧后备加装时限速断保护问题
随着电网建设规模不断扩大，系统短路容量逐渐增大，个别变电站母线的短路容量呈阶跃式上升，在变电站中、低压侧母线短路时会对变压器造成很大冲击。例如，2001年6月16日，220kV倴城变电站10kV母线短路造成1号变压器低压线圈变形烧损；2001年8月6日，110kV建明变电站35kV出口遭雷击三相短路，导致1号变压器中压线圈变形烧损。
为避免破坏性冲击对变压器造成的损伤，从整定计算角度出发，只能缩短变压器后备保护动作时限。为此，唐山电网要求在220kV变压器低压侧及110kV变压器中、低压侧加装时限速断保护，此时限速断保护的整定原则为保护定值按与本侧35kV、10kV（6kV）出线速断保护配合，可靠系数取1.15；动作时限可以与本侧出线速断保护同级，以0.3s或0.6s跳开母线分段断路器；以0.6s或0.9s跳开变压器本侧断路器。
考虑到变压器低压侧出线线路有的很长，导致发生故障时母线残压值很高，可能导致低压侧复合电压闭锁元件无法动作。按照保证可靠性、牺牲选择性的原则，我们取消了低压侧时限速断保护的复合电压闭锁，以确保低压侧时限速断保护可靠动作。
经过近十年运行实践检验，以上整定方案简单可靠，有效避免了由于中、低压侧出口短路造成的变压器烧损事故。
三、结束语
本文介绍了唐山地区220kV变压器差动及后备保护的整定原则，结合几个实际动作案例对变压器保护整定计算中一些问题提出了建议。由于各站短路水平不同，一次接线也有区别，所以上述情况并不针对所有220kV变压器保护。但总的来说，只有以规程为依据，结合实际情况才能使保护整定更准确合理，对一次设备的保护更可靠，从而使整定计算在电网的安全稳定运行中发挥更大作用。
参考文献：
[1]李红.110kV变压器保护的配置及整定计算[J].科技资讯,2010,(36).
[2]庞素红,张丽,唐晋.220kV降压变压器保护整定计算的探讨[J].电力系统保护与控制,2009,(18).
[3]国家电力调度通信中心.国家电网公司继电保护培训教材[M].北京:中国电力出版社,2009.
[4]陈杰明.变压器差动保护及定值整定的探讨[J].中国电力教育,
2007,(S3).
（责任编辑：刘辉）
关键词：变压器保护；整定计算；原则
作者简介：李锦锦（1982-），女，河南安阳人，华北电网唐山供电公司调度中心，工程师。（河北 唐山 063000）
中图分类号：TM41 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2011）33-0158-02
一、唐山地区220kV变压器保护整定原则
唐山地区220kV变压器保护配置了双重化主、后一体变压器电气量保护，一套非电气量保护。双重化配置的两套保护均含纵联差动保护构成的主保护以及由复合电压闭锁相间过流保护、零序过流保护、间隙零序保护、过负荷保护等构成的后备保护。
1.主保护整定原则
根据规程规定，“6.3MVA及以上变压器，2MVA及以上电流速断保护灵敏性不能满足要求的变压器均应配置差动保护。”
变压器的差动保护是按照循环电流原理构成，即将变压器电流进行相量相加，使正常运行和区外故障时流入保护装置的电流基本为0，而区内故障时流入保护装置的电流大于差动保护的动作电流整定值，保护无时限动作跳主变各侧断路器。变压器差动保护的保护范围为各侧差动保护用电流互感器所包围的区域。
差动保护一般包括比率制动差动元件、励磁涌流制动元件、TA断线闭锁元件、抗饱和元件、过励磁元件等。[3]各厂家差动保护原理基本相同，但保护定值的整定计算方法有区别，保护定值单的内容差别较大，不能完全按继电保护装置整定规程或其装置技术说明书进行整定。其中TA断线闭锁元件一般不需要整定，仅通过控制字投退；抗饱和元件也不需要整定；主要考虑比率制动差动元件和谐波制动元件的整定。除了比率差动元件外，还配置有差动速断元件，因此对差动速断元件也要进行考虑。
唐山地区220kV变压器差动保护整定原则如下：变压器TA断线不闭锁差动保护；比率制动特性变压器差动保护的折线斜率均按各厂家规定，范围一般取0.5；差动速断按正常运行方式下高压侧引线故障有灵敏度整定，一般120MVA及以下容量变压器整定为6Ie，120MVA及以上容量变压器整定为8Ie；二次谐波原理的差动保护其二次谐波制动系数取0.15；差动保护单相动作即出口跳闸。
2.后备保护整定原则
变压器后备保护的配置一般在各侧分别配置，构成所谓的高后备、中后备、低后备。各侧后备保护的作用有区别，对于作为系统的降压变和联络变的220kV变压器而言，主电源侧的高后备主要作为变压器内部故障的后备保护及其中、低压侧母线故障的后备保护。中、低压侧的后备保护则主要作为各侧引出线、各侧母线及各侧相邻线路的后备保护。由于作用不同，因此各侧后备保护的整定计算方法不同。对于220kV变压器而言，采用了双重化后构成了双主双后的配置。在主保护加强的情况下，对后备保护应当进行优化，以更好地发挥其作用。在整定计算中尤其应该考虑后备保护的合理整定，满足灵敏性、选择性、可靠性等要求。
对于高压侧的后备保护，由于配置了双重化的两套差动保护，同时高压侧本身主后保护都实现了双重化，高压侧母线保护也基本实现了双重化，对高压侧线路和母线保护的后备保护要求相对低一些，因此应主要考虑对中低压侧的远后备，尤其应保证其灵敏性。相对而言，中、低压侧的各种保护的配置和性能及可靠性等都不如高压侧保护，应当加强和完善中、低压侧的后备保护，重视中、低压侧与周围保护的整定配合以提高变压器后备保护的可靠性。
下面具体介绍唐山地区220kV主变高后备、中后备、低后备保护整定原则。
（1） 高压侧后备保护整定原则。高压侧复合电压闭锁过流保护：保护为两段式，第一段带方向，方向可整定，设两个时限，第一时限跳母联，第二时限跳本侧。第二段不带方向，设一个时限，跳总出口；三侧复合电压（U，U2，U0）闭锁相间过流保护，三侧复合电压构成“或”门。
高压侧零序过流保护：保护设置两段式：一段带方向，方向指向220kV母线，第一时限跳两分段，第二时限跳本母联，第三时限跳本侧；二段不带方向，跳总出口。
高压侧中性点间隙零序电流保护及零序电压保护：保护为一段一时限。延时跳总出口。
过负荷保护：保护为单相式延时动作于信号。
（2）中压侧后备保护整定原则。中压侧复合电压闭锁过流保护：保护设置两段式：第一段第一时限跳母联，第二时限跳本侧；二段不带方向，跳总出口。
中压侧零序过流保护：保护设置两段式：一段带方向，第一时限跳母联或分段，第二时限跳本侧；二段不带方向，跳总出口。
中压侧中性点间隙零序电流保护及零序电压保护：保护为一段一时限。延时跳总出口。
过负荷保护：保护为单相式延时动作于信号。
（3） 低压侧后备保护整定原则。配置低压侧时限速断保护：保护为一段二时限。
低压侧复合电压闭锁过流保护：保护为一段三时限。
过负荷保护：保护为单相式延时动作于信号。
二、唐山地区变压器保护动作案例分析及对整定方案的影响
由于各个变电站短路水平不同，一次接线也有区别，实际故障情况极其复杂，保护的动作行为可能并不完全符合整定的预期，下面对实际运行中的一些案例进行了分析，并提出了整定计算中需要注意的事项及建议。
1.励磁涌流判据的选取问题
唐山地区220kV溯河变电站主变保护配置为南瑞继保的RCS-978和深圳南瑞的PRS-778。2011年7月16日00时19分10秒，溯河变电站3号主变RCS-978主变差动保护工频变化量和比率差动元件动作，跳开3号主变三侧开关，PRS-778主变差动保护启动后没有动作。故障原因为3号主变低压侧故障，故障点在主变差动保护范围内，因此RCS-978主变差动保护动作跳开3号主变三侧开关动作正确，PRS-778保护启动后未动作。经检查分析，原因如下：PRS-778主变差动保护采用波形识别逻辑判别励磁涌流，经过对保护录波图的分析发现，故障波形并非工频正弦波，有明显的波形不对称特征；含有丰富的谐波分量，其中以四次谐波为最多，超过20%。故障波形由于有较大的四次谐波导致波形畸变，不对称度较大，满足波形识别逻辑，判别为励磁涌流，导致保护未动作。而RCS-978采用的是二次谐波制动原理，因此保护正确动作。故障时PRS-778保护装置录波图如下图1所示。
此次PRS-778型主变差动保护拒动虽然是由于故障情况复杂，但也说明了双重化配置的保护采用不同厂家、不同原理的必要性。现在的微机主变保护装置都能提供两种及以上的励磁涌流判别方式，在实际整定时一定要注意将两套保护的励磁涌流判据选为不同的原理，以最大限度保证差动保护在任何情况下都能正确动作。
2.220kV主变间隙保护定值整定的问题
唐山220kV遵化变电站主接线为双母线，220kV 3号、4号两台主变分别运行于两条母线，双母线并列运行，3号变220kV 侧中性点接地运行，4号变220kV 侧中性点经间隙接地。2008年5月11日上午8:58，天气中雨，该站2214、2215双回线因雷击C相同时跳闸，0.5s后重合成功。基本上在重合的同时，4号主变两套220kV间隙过流保护动作，跳开了4号主变三侧开关。图2为现场调取的4号主变故障报告。由图2分析可知，在故障发生时，4号主变220kV侧间隙被击穿，间隙零序电流保护动作，经过500ms后出口跳开主变三侧开关，571ms以后2214、2215重合闸动作出口。此时主变早已跳闸。
一般来说，220kV线路发生单相接地故障时，零序电流流经中性点接地的变压器，中性点经间隙接地的变压器间隙不会被击穿。由于这两条220kV线路是本站主供电源，负荷很大，又因为当时中雨的天气，空气湿度大，所以在这两条线路非全相运行期间，使间隙击穿，致使间隙零序保护启动，结果造成了主变保护误跳闸。
要解决上述问题有两种方法：一种是提高间隙零序电流保护的定值；另一种是延长间隙零序保护的动作时间，只要能可靠躲过线路单相重合闸时间即可，建议整定为0.7s。这样，就可以避免上述情况的再次发生。
3.主变低压侧后备加装时限速断保护问题
随着电网建设规模不断扩大，系统短路容量逐渐增大，个别变电站母线的短路容量呈阶跃式上升，在变电站中、低压侧母线短路时会对变压器造成很大冲击。例如，2001年6月16日，220kV倴城变电站10kV母线短路造成1号变压器低压线圈变形烧损；2001年8月6日，110kV建明变电站35kV出口遭雷击三相短路，导致1号变压器中压线圈变形烧损。
为避免破坏性冲击对变压器造成的损伤，从整定计算角度出发，只能缩短变压器后备保护动作时限。为此，唐山电网要求在220kV变压器低压侧及110kV变压器中、低压侧加装时限速断保护，此时限速断保护的整定原则为保护定值按与本侧35kV、10kV（6kV）出线速断保护配合，可靠系数取1.15；动作时限可以与本侧出线速断保护同级，以0.3s或0.6s跳开母线分段断路器；以0.6s或0.9s跳开变压器本侧断路器。
考虑到变压器低压侧出线线路有的很长，导致发生故障时母线残压值很高，可能导致低压侧复合电压闭锁元件无法动作。按照保证可靠性、牺牲选择性的原则，我们取消了低压侧时限速断保护的复合电压闭锁，以确保低压侧时限速断保护可靠动作。
经过近十年运行实践检验，以上整定方案简单可靠，有效避免了由于中、低压侧出口短路造成的变压器烧损事故。
三、结束语
本文介绍了唐山地区220kV变压器差动及后备保护的整定原则，结合几个实际动作案例对变压器保护整定计算中一些问题提出了建议。由于各站短路水平不同，一次接线也有区别，所以上述情况并不针对所有220kV变压器保护。但总的来说，只有以规程为依据，结合实际情况才能使保护整定更准确合理，对一次设备的保护更可靠，从而使整定计算在电网的安全稳定运行中发挥更大作用。
参考文献：
[1]李红.110kV变压器保护的配置及整定计算[J].科技资讯,2010,(36).
[2]庞素红,张丽,唐晋.220kV降压变压器保护整定计算的探讨[J].电力系统保护与控制,2009,(18).
[3]国家电力调度通信中心.国家电网公司继电保护培训教材[M].北京:中国电力出版社,2009.
[4]陈杰明.变压器差动保护及定值整定的探讨[J].中国电力教育,
2007,(S3).
（责任编辑：刘辉）