有關(guān)干式變壓器接地保護配置及短路試驗分析

徐耀

摘要：干式變壓器是目前電網(wǎng)系統(tǒng)中應(yīng)用較為廣泛的部件，由于其特有的作用給電力系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運行帶來了重要保障，然而在日常運維過程中，由于干式變壓器接地保護及配置方面存在的一些問題而導(dǎo)致短路事故常有發(fā)生。基于此，作者對干式變壓器接地保護配置及短路進行試驗分析，提出了改進措施，可為類似事故提供技術(shù)分析和案例參考。

關(guān)鍵詞：干式變壓器;直流電阻;短路問題;保護裝置

隨著現(xiàn)代化建設(shè)的不斷發(fā)展，居民生活水平的不斷提高，我國用電量持續(xù)增大，導(dǎo)致干式變壓器越來越頻繁超載運行。干式變壓器以其優(yōu)異的防火性能、無污染、免維護、耐熱性能高、抗短路能力強、安全可靠和運行維護方便等優(yōu)點，近年來在我國城鎮(zhèn)配電系統(tǒng)中的應(yīng)用也越來越廣泛，但是由于干式接地變壓器的結(jié)構(gòu)與常規(guī)配電變壓器的差別很大，在實際運行中暴露的問題較多，但對于其繼電保護裝置的配置的研究及對整定計算方面的研究資料甚少，而在實際應(yīng)用中干式變壓器發(fā)生故障的頻率也越來越高。本文分析了干式接地變壓器保護配置的現(xiàn)狀問題，提出了接地變壓器保護配置的改進建議。

一、干式變壓器常見的短路故障類型

干式接地變壓器運行中可能發(fā)生的故障與異常有以下幾種：①繞組及其引出線的相間短路;②繞組的匝間短路;③外部故障引起的過電流;④運行溫度升高;⑤中性點引出線直接接地。其中，中性點引出線直接接地意味著10kV系統(tǒng)經(jīng)接地變壓器直接接地，消弧線圈被短接。這時如果系統(tǒng)中發(fā)生單相接地故障，則流過接地變壓器中的電流會大大超過其額定電流，必須快速切除故障。制造廠商一般可以提供的保護裝置配置種類有：①電流速斷保護;②過電流保護;③零序過電流一段保護;④零序過電流二段保護;⑤零序過電壓保護;⑥非電量保護（瓦斯和溫度保護）;⑦低壓側(cè)零序過電流保護等。

二、電力行業(yè)標準中相關(guān)規(guī)定及存在的問題

電力行業(yè)標準《3～110kV電網(wǎng)繼電保護裝置運行整定規(guī)程》中，對于中性點低電阻接地方式下接地變壓器的保護配置作了說明，但對于消弧線圈接地方式下接地變壓器的保護配置未給出說明。參照相關(guān)章節(jié)內(nèi)容，其要求是應(yīng)裝設(shè)三相式的電流速斷保護和過電流保護。保護裝置的整定原則是電流速斷保護應(yīng)躲開接地變壓器低壓側(cè)最大故障電流和勵磁涌流，動作時間取0s;過電流保護應(yīng)躲開接地變壓器高壓側(cè)額定電流，動作時間取1.5～2.5s。按照《運行整定規(guī)程》的要求，過電流保護應(yīng)躲開接地變壓器高壓側(cè)額定電流。由于很多地方110kV變電站所配置的接地變壓器短路阻抗電壓較大，一、二次繞組容量差別又很大，這樣會造成接地變壓器低壓側(cè)發(fā)生相間短路故障時，高壓側(cè)的故障電流數(shù)值較小，致使過電流保護的靈敏度不夠，這意味著高壓側(cè)的過電流保護對低壓繞組發(fā)生的故障不能起到保護作用，而此時低壓側(cè)的保護裝置也無法動作。當接地變壓器發(fā)生匝間短路時，高壓側(cè)電流變化可能會很小，過電流保護無法動作，只能依靠溫度保護。有的運行單位對接地變壓器沒有配置溫度保護或者溫度保護沒有投入運行，這樣當接地變壓器低壓繞組發(fā)生相間短路或匝間短路時，由于存在保護死區(qū)，無法快速切除故障，會造成故障擴大直至接地變壓器燒毀甚至起火，這類事故已發(fā)生多起。

三、干式接地變壓器短路試驗分析

首先，選擇干式接地變壓器繞組絕緣電阻試驗和繞組直流電阻測試試驗兩個項目作為事故分析的試驗依據(jù)，通過絕緣電阻試驗，可以測得高壓對低壓繞組及地、低壓對高壓繞組及地、鐵心對地的絕緣情況;通過高、低繞組直流電阻測試，可以判斷繞組是否有匝間繞組開路或短路情況。事故干式接地變壓器絕緣電阻測試：分別對事故變壓器進行高壓對低壓繞組及地、低壓對高壓繞組及地、鐵心對地的絕緣電阻試驗，測量數(shù)據(jù)如表1所示：

事故干式接地變壓器直流電阻測量：對事故變壓器繞組進行繞組直流電阻測量后（高壓側(cè)繞組在運行擋位進行測量），測量數(shù)據(jù)如表2所示：

3.1試驗結(jié)果及分析

（1）絕緣電阻測試結(jié)果分析

由絕緣電阻測試結(jié)果與產(chǎn)品數(shù)據(jù)比較可知，試驗數(shù)據(jù)均合格，說明干式接地變壓器高、低壓繞組之間絕緣、高低壓繞組和地之間絕緣、鐵心絕緣均良好，由此可以排除接地變壓器事故后繞組對地絕緣損壞的可能。

（2）繞組直流電阻測試結(jié)果分析

由接地變壓器繞組直流電阻測試結(jié)果與產(chǎn)品數(shù)據(jù)比較可知，接地變壓器低壓側(cè)三相繞組電阻大小良好，不平衡率具體參數(shù)見《電力設(shè)備預(yù)防性試驗規(guī)程》，在規(guī)定的要求范圍內(nèi);由接地變壓器高壓側(cè)三組繞組電阻測試結(jié)果可知，高壓A相繞組開路，B、C相繞組電阻大小相當，不平衡率遠超《電力設(shè)備預(yù)防性試驗規(guī)定》規(guī)定值。

3.2改進措施

（1）干式接地變壓器高壓側(cè)過電流保護存在保護死區(qū)的原因，是由于常規(guī)的過電流保護接線方式采用三相電流互感器二次側(cè)接成星形接線，保護裝置取高壓側(cè)的相電流，該相電流中包含外部單相接地時的零序電流和二次繞組的負荷電流，數(shù)值過大。如果將三相電流互感器二次側(cè)繞組接成三角形接線，此時由于保護裝置取的是高壓側(cè)的線電流，其中只含有二次繞組的負荷電流而不含外部單相接地時的零序電流，過電流保護只需躲開接地變壓器低壓側(cè)額定電流，其保護定值可以大大降低，也提高了靈敏度。

（2）接地變壓器溫度保護是采用溫度傳感器測量繞組或絕緣的溫度，同時外接一個溫度控制器用于輸出報警和跳閘信號。因干式接地變壓器是分相布置的，因此應(yīng)在每相配置一個溫度傳感器，該傳感器嵌裝在低壓繞組的上部（低壓繞組布置在接地變壓器的內(nèi)層，正常運行時內(nèi)層繞組的上部溫度最高）。

（3）由于消弧線圈接地系統(tǒng)允許帶單相接地故障運行，因此接地變壓器不需要配置零序電流保護和零序電壓保護，此外采用三角形接線的過電流保護對于低壓側(cè)故障有足夠的靈敏度，因此也不需要配置低壓側(cè)零序過電流保護。但由于三角形接線的過電流保護不能反映零序電流，也就不能切除中性點引出線直接接地故障，所以星形接線的過電流保護應(yīng)當保留。按照上述分析，接地變壓器應(yīng)當配置以下保護裝置：①電流速斷保護（取高壓側(cè)相電流）;②過電流一段保護（取高壓側(cè)相電流）;③過電流二段保護（取高壓側(cè)線電流）;④溫度保護。其中，如果過電流一段保護有足夠的靈敏度則可以不設(shè)過電流二段保護。

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（作者單位：順特電氣設(shè)備有限公司）