一种基于变压器内部故障的保护定值计算方法

郑 进

（山西蓝焰煤层气集团有限责任公司，山西晋中 048000）

0 引言

煤层气生产供电具有点多面广的特点，供电线路长，多跨越山区、林区等防火重点区域，且负荷对连续供电要求不高。因此在10 kV等级的供电线路保护装置定值计算中，多以可靠、灵敏动作为偏重，确保故障线路可迅速切除故障，由此也产生了保护动作频繁、停电范围广、恢复送电工作量大的问题。在煤层气供用电系统维护中，不断对不需线路停电的故障分析，优化保护配置方案，减少停电次数、范围和送电工作量成为煤层气供电系统运行技术分析的重要工作之一。

分析10 kV系统各类故障的原因，并针对性地提出整改措施，对提高10 kV系统稳定性，降低故障率有极重要的作用，对其他以10 kV供电系统为主要供电方式的各类企业定值配置具有参考意义。本文针对由变压器内部故障引起的线路跳闸故障进行分析，根据分析结果提出整改措施，在实际运行中收到了明显的效果。

1 故障回路技术参数

南二区自35 kV 蓝焰35 kV 电站10 kV 南二区624 间隔出线，使用LGJ-95钢芯铝绞线架空敷设，线路长度12.6 km，全线负载变压器23台，总负荷容量2480 kVA，负载最大变压器315 kVA，最小变压器80 kVA，每台变压器配RW-10型跌落式熔断器。线路停电后影响范围广、设计重要负载多、故障查找难度大、恢复送电工作量大、对生产影响大。10 kV南二区开关定值单如表1所示。

表1 10 kV南二区开关定值单

2 故障经过

2017年6月15日17时20分，35 kV 变电站10 kV 南二区线路在雷雨天气情况下过流一段保护动作，断路器跳闸，分析动作电流可能为雷电感应放电造成的跳闸。20时，雷雨过后，对10 kV南二区线路试送，未成功。随后对线路设备进行全面巡检，发现南二区37号变压器喷油，疑似内部故障，经检测确系该变压器故障。切除该变压器后送电成功。

3 故障参数及分析

故障数据记录，2次均为过流一段保护动作，动作值如表2所示。

表2 故障数据记录

（1）变压器短路电流计算

因为系统为单电源辐射式结构，因此重点将系统线路变压器结构图和等值电路表示为如图1～2所示[1]。

图1 系统接线图

图2 等效电路图

采用标幺值法进行短路电流计算。选基准容量Sj=100 MVA，基准电压Uj=10.5 kV，以主变容量作为系统容量SN=12500 kVA，假设断路器为理想断路器。则计算步骤如下：

系统电抗标么值Xs*为：

架空线路及电缆电抗标么值Xw1*为：

最大变压器标么值XT*为：

总阻抗X∑*为：

则最远端三相短路电流为：

转换为保护装置二次侧电流I2：

式中：Sj为基准容量；Uj为基准电压；Ij为基准电流；Zj为基准阻抗；X∑*为线路总阻抗。

（2）校验灵敏度系数

灵敏系数按最小运行方式下线路始端两相短路电流来校验[2]：

（3）故障电流、保护动作电流装置定值对比

由于本文采用实用公式进行粗略计算，计算电流只能精确在6 A 左右，对比2 次保护动作电流均在计算电流范围内。故由此推断，故障原因为变压器内部短路故障引起[3]。

4 故障分析

经过对比故障电流和变压器内部短路电流，不难得出故障原因为雷雨天气引起的感应过电压，对变压器内部绝缘薄弱点造成击穿，形成短路故障。短路后因跌落保险熔丝配置过大，未能及时熔断，加之保护装置动作值过小导致南一区624回路跳闸[4]。总结跳闸原因如下。

（1）10 kV南二区开关过流一段保护定值设置过小，无法躲过线路最大变压器内部故障电流。

（2）变压器跌落保险熔丝配置过大，无法及时切除故障变压器。对于全线负载23 台变压器的线路来说，变压器内部故障不应该引起全线跳闸，因此可以判断出原定值计算方案不符合线路运行要求，为此需要对出线开关定值进行调整。

5 定值优化方案

原开关定值计算以系统最小运行方式计算短路电流，得到的定值未考虑变压器内部短路对其造成的影响，不适用于现有系统的运行。原变压器跌落保险熔丝设定以短路速断为原则配置，未考虑变压器熔丝熔断的时限性，不适用现有运行方式[5]。

（1）对10 kV南二区开关定值重新计算，按照躲过系统所带最大变压器内部短路故障电流作为过流一段保护定值。计算步骤同变压器内部短路电流，根据变压器位置和线路长度调整计算参数，得出计算结果如下：

转换为保护装置二次侧电流I2：

式中：X∑

*为线路总阻抗。

处于安全的角度考虑，定值调整后可能不能迅速切除线路末端两相短路故障，因此增加过流二段保护，确保保护配置安全合理，保护定值采用原过流一段定值，时限为0.05 s[6]。

（2）对熔丝按变压器最大负荷1.1倍配置[7]。

（3）通过对定值的调整和跌落保险熔丝的更换措施后，在2018年夏季成功切除故障变压器2 台，并且未引起整条线路10 kV开关动作，大幅降低了故障影响范围。原线路运行稳定性、可靠性大幅提高[8]。整定后的定值单如表3所示。

表3 整定后的定值单

6 结束语

在当前10 kV系统保护定值以线路速动性为主的整定原则下，部分线路设备故障将影响整个系统的运行，通过引入新的保护定值计算方法，根据最大设备故障电流调整定值，同时将原定值作为设置短延时做后备保护，在实际应用中大幅提高系统稳定性，取得了良好的效果。这种计算方法对企业10 kV供电系统定值优化具有良好的实际效果，行业人员可参照计算设置。