江西电网3535355 kVkVkVV及以下变压器保护整定计算原则解析

何志勤，段惠明，宿 昌，李志宏

（国网江西省电力公司，江西南昌 330077）

0 引言

配电网直接面向电力户，其运行可靠性与人民的工作和生活息息相关。继电保护是保障配电网安全的第一道防线，加强配电网继电保护管理是保障智能配电网自愈性的重要内容[1-2]。江西省35 kV及以下配电网规模庞大、运行工况复杂、一次设备建设相对滞后，给地、县供电公司整定计算人员做好配电网整定计算工作带来了艰巨的挑战。现有国家标准[3-5]中尚无专门的配电网整定计算原则可供参考，造成地、县供电公司整定计算人员对整定问题的理解不统一，给江西配电网继电保护的可靠运行带来了风险。

为了全面提升地、县供电公司配电网整定计算水平，江西省电力公司电力调度控制中心组织修编了《江西电网35 kV及以下继电保护整定计算原则》，该原则包含线路保护和变压器保护两部分。本文针对整定计算原则中35 kV变压器保护的主要内容，包括：后备保护按时间定值划分各段的新方法、变压器各时限电流保护的时间定值配合顺序和电流定值整定原则、变压器比率差动保护整定计算和灵敏度校核、复压闭锁元件取值和灵敏度校核等问题进行解析。

1 变压器后备保护整定计算

1.1 按时间定值划分后备保护的原因

现有大型变压器整定计算原则[5]一般按电流定值划分变压器各侧电流保护，再确定各段电流保护对应的时间定值。由于110 kV及以上电网保护厂家较为规范，对按电流定值划分电流保护各段理解基本一致，使该划分方法在实际应用中效果良好。

与输电网不同，配电网保护厂家众多，对后备保护各段的设计理念存在较大差异。若按电流定值划分变压器后备保护各段，地、县调整定计算人员在理解整定原则时易产生歧义。鉴于35 kV变压器后备保护的电流定值整定简单（例如低压侧跳母联断路器定值与跳低压侧断路器定值整定方法完全相同）而时间定值整定较为复杂，整定计算原则按时间定值划分35 kV变压器后备保护各段，再确定各段对应的电流定值。

1.2 变压器后备保护各段划分

在按时间定值划分35 kV变压器后备保护各段时，考虑的条件主要包括：1）是否配有差动保护作为主保护；2）低压侧10 kV出线是否接有小水电等分布式电源；3）低压侧10kV母线是否配有母联（分段）断路器。

计及35 kV变压器面临的最复杂情况，即：未配置差动保护、低压侧10 kV出线接有分布式电源且10 kV母线配有分段断路器，则变压器低压侧应配置两个时限的电流保护，高压侧应配置三个时限的电流保护。其中，低压侧第1时限电流保护跳开10 kV母线的母联（分段）断路器，第2时限电流保护跳开变压器低压侧断路器。两个时限保护均带方向且指向10 kV母线。高压侧第1时限电流保护作为变压器主保护，快速切除主变内部故障，第2时限电流保护跳开变压器各侧断路器。第1时限与第2时限电流保护均带方向且指向35 kV变压器。为保证35 kV出线故障时断路器拒动，变压器高压侧应配置第3时限电流保护，该保护不带方向，作为35 kV出线和变压器的总后备。

当35 kV变压器面临其他情况时，整定计算人员可取消相应的电流保护段（定值取为最大，不参与保护配合）。例如：1）当变压器配置有差动保护时，可取消高压侧第1时限电流保护；2）当低压侧10 kV出线未接分布式电源时，两侧电流保护均可不带方向并取消高压侧第3时限电流保护；3）当低压侧10 kV母线为单母接线而无母联（分段）断路器时，可取消低压侧第1时限电流保护。不同情况下的保护详细设置如表1所示。

表1 不同情况下的35 kV变压器后备保护设置

1.3 变压器后备保护时间定值配合

以图1为例，对35 kV变压器面临的最复杂情况进行说明。后备保护的时间定值应考虑10 kV出线故障时变压器两侧断路器的跳闸顺序，配合定值包括：低压侧第1、第2时限电流保护定值，高压侧第2时限电流保护定值。公式如下：

式（1）中，△t为时间级差，应整定为0.2 s；M为变电站10 kV出线数目。低压侧第1时限电流保护时间定值先与10 kV出线电流末段的最长动作时间配合，进而实现、之间的逐级配合。

当为配合110 kV及以上电网整定计算而需压缩配电网后备保护动作时限时，应注意优先顺序。此时，应首先压缩10 kV出线后备保护时间定值，当压缩后仍无法满足速动性要求时，可将变压器低压侧第2时限时间定值和高压侧第2时限时间定值置为相等，即：。需注意的是，若将这两个定值置为相等，则当变压器跳闸时，当值调度员可能无法区分故障点的具体位置，进而影响故障后的恢复送电时间。因此，该情况须经县供电公司分管领导批准并备案。

后备保护的时间定值配合还应考虑变压器高压侧第3时限电流保护时间定值与35 kV出线后备保护、变压器高压侧第2时限电流保护时间定值间的协调，以保证第3时限电流保护在35 kV线路故障且本侧开关拒动、35 kV母线故障、35 kV变压器内部故障等情况下起到后备保护的作用。公式如下：

式（2）中，时间级差△t整定为0.2 s；N为变电站35 kV出线数目；theat为变压器暂态热稳定极限时间，计及断路器跳闸时间为0.1 s，则theat可整定为1.9 s。

变压器高压侧第1时限电流保护代替差动保护起到变压器主保护作用。因此，当其电流定值能躲过配电变压器励磁涌流及10 kV出线末端电动机自启动电流时，时间定值应整定为0 s，否则按小于或等于0.2 s整定。

需指出的是，35 kV变压器后备保护装置一般提供了低压侧跳各侧开关时限和高压侧跳本侧开关时限供整定计算人员选择。整定计算原则建议将这两段时限取消，并将相关硬压板拆除，从而进一步简化后备保护的时间定值配合，为110 kV及以上电网后备保护整定计算提供足够裕度。

图1 35 kV变电站接线及变压器后备保护动作时限

1.4 变压器后备保护电流定值整定

按变压器面临的最复杂情况进行说明。变压器低压侧第1、第2时限电流保护的电流定值整定方法相同，均按躲变压器低压侧额定电流IN整定。算式见式（3），其中，可靠系数Krel取1.3-1.4。

变压器高压侧第1时限电流保护的电流定值按躲低压侧10 kV母线故障整定。即第1时限电流保护只能保护到变压器的一部分，而不能保护到100%。公式如下：

其中，可靠系数Krel取1.1-1.3，整定原则推荐可靠系数Krel的下限取为1.1，以避免第1时限电流保护在变压器内部故障时保护范围过小。为最大运行方式下低压侧10 kV母线三相短路电流。

变压器高压侧第2、第3时限电流保护的电流定值整定方法相同，均按躲变压器高压侧额定电流IN整定。公式如下：

其中，可靠系数Krel取1.3-1.4。高压侧第2、第3时限电流保护的灵敏度校核方法与低压侧第1、第2时限电流保护相同。

2 变压器比率差动保护整定计算

2.1 比率差动保护整定计算

比率差动保护的动作特性如图2所示：

图2比率差动保护动作特性

图2 中最小动作电流Iop.min的算式为：

其中，Krel为可靠系数，推荐取1.3-1.5；Ker、△U和△m分别为电流互感器（CT）的比误差、变压器调压误差和CT变比不完全匹配误差，取值可参考文献[5]。

起始制动电流Ires.min可取为：

当变压器保护厂家推荐Ires.min值时，可按厂家推荐值整定；当厂家未推荐Ires.min值时，按式（7）整定。

在计算折线斜率Kgra时，需先计算差动保护最大不平衡电流对应的动作电流Iop.max和最大制动电流Ires.min。动作电流算式为：

其中，可靠系数Krel取为 1.3-1.5；Kop、Kcc分别为非周期分量系数和CT同型系数；Icro.max为变压器外部短路时，差动保护最大穿越性电流的周期分量。最大制动电流Ires.min在实际计算中可直接取为最大穿越性电流Icro.max。最终算得折线斜率如下：

2.2 比率差动保护灵敏度校核

由于整定计算软件无法模拟变压器内部故障，整定计算人员可按变压器10 kV侧母线故障校核比率差动定值灵敏度，即：

3 变压器复压闭锁元件整定计算

35 kV变压器高、低压侧后备保护均应投入复压闭锁元件。由于配电网故障时，变压器低压侧电压变化一般比高压侧明显，因此高压侧后备保护的复压闭锁元件宜取本侧和低压侧电压，按或关系出口；低压侧后备保护的复压闭锁元件宜取本侧电压。

与线路保护的复压闭锁元件取值相同，变压器复压闭锁元件低电压定值按Udz≥90 V整定；负序电压定值按Udz.2=2.6 V整定。低电压定值的灵敏度校核算式为：

负序电压定值的灵敏度校核公式如下：

4 结论

为了进一步规范江西35 kV及以下电网整定计算工作，提高配电网继电保护正确动作率，江西省电力公司电力调度控制中心组织修编了《江西电网35 kV及以下继电保护整定计算原则》。本文针对该原则的变压器保护部分进行了解析。阐述了变压器后备保护按时间定值划分各段的新方法，以及变压器各时限电流保护的时间定值配合顺序、电流定值的整定原则，并对变压器比率差动保护整定计算、复压闭锁元件取值和灵敏度校核等问题进行了说明。进而为整定计算人员深入理解整定计算原则奠定了基础。

[1]董旭柱，黄邵远，陈柔伊，等.智能配电网自愈控制技术[J].电力系统自动化，2012，36（18）：17-21.

[2]王增平，姜宪国，张执超，等.智能电网环境下的继电保护[J].电力系统保护与控制，2013，41（2）：13-18.

[3]DL/T 584—2007，3 kV-110 kV电网继电保护装置运行整定规程[S].

[4]崔家佩，等.电力系统继电保护与安全自动装置整定计算[M].北京：中国电力出版社，1993.

[5]DL/T 684—1999，大型发电机变压器继电保护整定计算导则[S].