水泥廠配電變壓器保護的整定計算探討

楊龍彬

水泥廠配電變壓器保護的整定計算探討

楊龍彬

隨著水泥生產線規模的不斷擴大，高壓電動機和配電變壓器的臺數不斷增加。高壓電動機的保護比較簡單，因為高壓電機的啟動電流遠小于線路的短路電流，電動機的速斷與過流保護較容易整定。而對于配電變壓器的保護需要精確計算，保護值過大會引起變壓器損壞而起不到保護作用，保護整定值過小會引起越級跳閘，造成大面積的停電，嚴重影響水泥廠的正常生產。目前水泥廠普遍采用的低壓配電變壓器容量在630～2 000kVA之間，連接組別為D，yn11型油浸變壓器，本文重點談談在配電變壓器整定過程中的一些體會。

1　配電變壓器電流保護概述

（1）根據國家標準GB 50062《電力裝置的繼電保護和自動裝置設計規范》（以下簡稱《規范》）規定，400kVA及以上配電變壓器要裝設電流速斷保護、過電流保護及防止低壓母線單相接地的電流保護，對可能過負荷的變壓器還應裝設過負荷保護。

電流速斷保護可對變壓器繞組部分相間短路起保護作用。

過電流保護是對電流速斷保護的補充，也是變壓器的主保護，它能對變壓器繞組所有的相間短路故障起保護作用。

（2）配電變壓器高壓側電流互感器通常采用三相星形保護接線或二相星形保護接線。只要二相星形保護接線的過電流保護靈敏系數校驗滿足要求，采用二相星形保護接線就是合理的。但采用三相星形接線時，過電流保護靈敏系數要比二相星形接線大一倍。

2　配電變壓器電流速斷保護

（1）電流速斷保護的動作電流，為保證其保護的選擇性，即保證變壓器低壓側發生任何類型短路的電流速斷保護均不誤動，應按避過變壓器低壓側短路時，流過保護裝置的最大電流進行整定。

在電力系統最大運行方式下（此時電力系統阻抗最小），變壓器低壓端發生三相短路時，流過保護裝置的電流即是最大電流

（2）在有些設計手冊中規定，電流速斷保護動作電流應避過電力系統最大運行方式，變壓器低壓側兩相短路電流流過高壓側保護安裝處穿越短路電流是不對的。

設低壓側三相短路時通過高壓側的短路容量為Sd1，通過變壓器低壓側的短路容量為Sd2，那么有：

式中：

不計變壓器內部功耗，高低壓側通過的短路容量應相等：

式中：

（3）配電變壓器電流速斷保護一次動作電流Ιdz應為：

二次動作電流：

式中：

nL——保護電流互感器變比

Kk——可靠系數，可以在1.0～1.2之間取值

Kjx——接線系數，保護電流互感器采用二相或三相星形接線均取1

（4）從《規范》可知，400～2 000kVA變壓器要設置電流速斷保護和過電流保護，電流速斷保護靈敏系數不符合要求時，可不裝縱聯差動保護，但電流速斷保護仍應保留。

《規范》對電流速斷保護靈敏系數無明確要求，設計實踐證明，電流速斷保護靈敏系數要求≮2是合適的。在多數情況下，配電變壓器的電流速斷保護靈敏系數可滿足要求。

變壓器電流速斷保護靈敏系數，應按電力系數最小運行方式下（電力系統阻抗最大），變壓器高壓端發生兩相短路時的電流進行校驗。

式中：

Ιdz——變壓器電流速斷保護一次動作電流

3　配電變壓器過電流保護

（1）變壓器過電流保護的動作電流根據變壓器高壓側額定電流Ιe1進行整定。過電流保護二次動作電流：

過電流保護一次動作電流Ιdz：

式中：

Kk——可靠系數，可以在1.0～1.2之間取值

Kh——繼電器返回系數，取0.85

Kgh——過負荷系數，可以在1.3～1.5之間取值

（2）變壓器過電流保護靈敏系數應按電力系統最小運行方式下，變壓器低壓端二相短路時，流過高壓側保護裝置的電流進行校驗。

變壓器低壓側發生兩相短路時，在高壓側三相均有電流流過，兩相電流大小相等、方向相同。第三相的電流最大，其值是另兩相電流之和，其方向與另兩相電流相反。最大電流出現在兩相短路相別中的滯后相，即低壓b、c兩相短路，高壓側C相出現最大電流。最大電流值為：，其他兩相電流值為。其中，為變壓器低壓側兩相短路電流。

從上述可知：當變壓器高壓側保護電流互感器在B、C相安裝并接成星形接線，在低壓側發生a、b兩相短路時，將在高壓側B相出現最大電流，而B相未裝電流互感器且未裝相應的保護繼電器時，校驗過電流保護靈敏系數就不能用最大電流，而只能用最大電流的一半來校驗。這也是本文前面講的變壓器采用三相星形接線的過電流保護靈敏系數比二相星形保護接線提高一倍的原因。

（3）配電變壓器過電流保護靈敏系數Km校驗：

對二電流互感器二繼電器星形接線時按下式校驗：式中：

為與下一級保護有選擇性的配合，變壓器過電流保護動作時限，一般取0.5s。

4　配電變壓器的低壓側單相接地保護

（1）實現變壓器低壓側單相接地保護有三種較好的措施。一是利用變壓器高壓側過電流保護兼作變壓器低壓側單相接地保護，其條件是變壓器低壓側母線發生單相短路時，其保護靈敏系數要符合要求；二是在變壓器中性點母線上裝設專用零序保護，簡單可行，保護靈敏系數高；三是變壓器低壓側總斷路器選擇具有接地保護功能的斷路器，最為簡單。

（2）由理論分析可知，變壓器低壓側發生單相接地短路時，在變壓器高壓側只有兩相有短路電流流過，其電流大小相等，方向相反，短路相別的超前相的電流為零。

式中：

（3）利用高壓側過電流保護兼作低壓側單相接地保護時，靈敏系數的校驗：

式中：

當Km≥1.5時，可利用過電流保護兼作變壓器低壓側單相接地保護，不用增添任何設備和接線。其不足是過電流保護裝置動作后，從動作信號無法判斷是相間短路還是低壓側單相接地短路。

（4）在變壓器中性點母線上裝設零序保護，實現低壓側單相接地保護，由裝置在低壓側中性點母線上的LQG-0.5電流互感器及在其二次回路的繼電器構成。繼電器的常開接點動作接通高壓斷路器的跳閘脫扣線圈。LQG-0.5電流互感器一次額定電流按大于并接近變壓器低壓側額定電流的30%選擇，二次額定電流5A。繼電器的整定值可選5A，動作時限取0.7s。

保護靈敏系數：

式中：

nL——LQG-0.5電流互感器變比

設計實踐證明，絕大多數情況下此種保護靈敏系數均能滿足要求，且靈敏系數較高。

（5）利用變壓器低壓側主斷路器的接地保護功能實現接地保護，仍然按變壓器低壓側額定電流的30%選擇動作電流，若此計算電流小于斷路器設備要求的最小接地整定電流，應選用最小接地整定電流。為與下一級接地保護有選擇性配合，要確定保護動作時限，保護動作時限一般與低壓總斷路器的短延時過電流保護時限相同。同樣應該校驗保護靈敏系數。

利用變壓器低壓側總斷路器接地保護功能時，一定要注意設備要求的電流互感器接線。斷路器中接地保護的原理均是按避過變壓器中性母線最大不平衡電流構成，即在中性母線上出現大于最大不平衡電流的情況，就地低壓側出現了單相接地短路。要獲得變壓器中性母線上的不平衡電流有兩種方法：一是在中性點主母線上裝設電流互感器；二是從變壓器低壓側三相主母線上的電流互感器取三相電流矢量和。因此，低壓總斷路器上的接地保護獲取變壓器不平衡電流的方法也就有兩種。若采用第一種方法，電氣設計需要在變壓器中性點母線上裝設電流互感器；若采用第二種方式，斷路器設備內已經解決，電氣設計不用另外選擇三個電流互感器供斷路器中的接地保護使用。

這里要說明，斷路器漏電保護不能用作變壓器低壓側單相接地保護。若如此，當低壓側導體對地絕緣降低出現漏電電流＞500mA，低壓總斷路器就可能動作斷開，嚴重影響供電可靠性。

變壓器低壓側總斷路器上裝設瞬時過電流保護是不合適的，因它無法與下一級饋電線上的斷路器的瞬時過電流保護做的保護選擇性配合。也就是說下一級饋線斷路器出線端附近發生短路時，低壓總斷路器可能誤動。目前在我們的設計中均采用短路短延時0.2s。

Discussion on Setting Calculation of Cement Plant's Distribution Transformer Protection

TM401.1

A

1001-6171（2016）04-0038-03

通訊地址：天津水泥工業設計研究院有限公司，天津300400；2016-05-24；編輯：趙蓮