中小型水电站主变低压侧后备保护的选择

龙 珊

（湖南省水利水电勘测设计研究总院 长沙市 410007）

1 概 述

在中小型水电站，主变的后备保护配置中，我们一般选择在低压侧配置复合电压启动过流保护作为对主变和线路的后备保护。保护范围到相邻元件末端即线路末端。而在通过对不同的主接线形式，不同装机容量的若干个中小型水电站的继电保护整定过程中，笔者发现有大部分的电站主变低压侧复合电压启动过电流保护在作为相邻元件也就是线路的后备保护的时候，灵敏度系数是不能达到要求的。而是有一个这样的规律，基本上中小型电站中，单机单变的主变后备保护选择低压侧复压过流是可以满足灵敏度系数要求的，而两台以上的发电机共母线1台主变的形式，主变复压过流却难以满足灵敏度系数的要求。

2 中小型水电站主变后备保护的整定问题

由于负序电流保护无法判断三相短路故障，在中小型水电站中，基本选择复合电压过流保护作为主变低压侧的后备保护，并没有配备负序电流保护或者阻抗保护。这样导致主变低压侧的后备保护只能由负序电压来判断，对主变的保护是不利的。

3 复合电压启动过流保护整定计算分析

现在通过对复合电压启动过流整定计算的公式的分析，根据一次主接线形式，基本确定主变低压侧配置复合电压过流是否能满足灵敏度要求。因为电压整定值都能满足灵敏度系数要求，所以在这里我们只对电流的整定计算进行分析，以便于在保护设备订货之前能配备适合电站的主变低压侧后备保护。

视主变低压侧的基准电压和额定电压为相同的标准电压，基准容量SB为100 MVA。中小型水轮发电机的超瞬变电抗一般为0.17～0.27，通过对灵敏度系数不等式各因素：主变容量、发电机容量和阻抗、主变阻抗、线路阻抗的分析，来判断何种主接线方式，可以使不等式成立，也即在主变低压侧设复合电压过流保护能满足灵敏度要求。在何种主接线方式下是不成立也即灵敏度不符合要求而只能设置阻抗保护。

式中IOP——动作电流；

I（2）k.min——最小运行方式下相邻元件末端两相短路电流。

式中SN——主变容量；

UL——主变低压侧额定电压。

SB为 100 MVA。

式中XG，XT，Xl——分别为发电机，主变，线路的阻抗的标幺值；

SN——主变额定容量。

我们先以主变高压侧末端为保护范围。

单机单变时近似认为发电机容量与主变容量相同。中小型水电站变压器的短路阻抗为10.5%来计算，不等式变为：

即发电机直轴超瞬变电抗满足这个条件，单机单变接线形式的主变低压侧配备的复合电压过流保护是可以满足灵敏系数的要求的。根据发电机的超瞬变电抗为0.17～0.27这个范围，通过上面的计算过程得知可以保护到240 km 220 kV线路到线路的末端，可以保护到60 km的110 kV线路末端，可以保护到6 km的35 kV线路末端。

两台机1台变时近似认为两台发电机容量和与主变容量相同，即发电机容量为主变容量1/2，不等式变为：

即发电机直轴超瞬变电抗在小于0.218 5的时候才能满足灵敏度要求。实际情况是现在的中小型水电站，少有发电机容量与主变容量相同这样配置的，因为水轮发电机的容量并不是能按标准容量选择的，所以实际情况是主变容量的不到90%这样配置的。也就是说实际情况中，两台机1台变的接线形式发电机直轴超瞬变电抗在0.17以下的范围内才能符合灵敏度要求。而现在机组的这个电抗一般在0.2以上，所以在普遍的情况下，两台机单变的接线形式，主变低压侧复合电压过流保护末端在主变高压侧母线的范围都不能满足灵敏系数的要求的。

3台机1台主变的形式，发电机的直轴超瞬变电抗在0.147以下才能符合。基本不符合现在发电机的阻抗要求。

综合以上结论可以看到，在中小型水电站主变低压侧配置复合电压过电流保护只有在单机单变的情况下才有可能符合灵敏系数要求。而多机单变的接线形式，保护范围连主变高压侧末端都基本难以保护到。而在实际情况中，单机单变的接线形式只是其中一部分，而且要先进行整定计算才能确定是否符合灵敏度要求。

4 结 论

这样分析看来，水电站主变低压侧设置复合电压过电流保护，灵敏度符合要求的只局限于单机单变的主接线形式。而在中小型水电站中，这种接线只是一部分，而多数为多机单变的形式。在水利电力出版社出版的《电力系统继电保护原理》书中，对主变压器低压侧复合电压启动过电流保护有这样的论述：对于大容量的变压器和发电机组，由于其额定电流很大，而在相邻元件末端两相短路时的短路电流可能较小，因此采用复合电压启动的过电流保护往往不能满足作为相邻元件后备保护时对灵敏系数的要求。在这种情况下，应采用负序过电流保护，以提高不对称短路时的灵敏性。当过电流保护均不能满足要求时，应当设阻抗保护。

通过本文分析并且综合书中的论述，笔者认为在中小型水电站中宜配置阻抗保护作为主变的主要后备保护，而不推荐配置复合电压启动过流保护。