西北電網330kV自耦變壓器零序過流保護配置及整定計算研究陜西電力調度中心（西安710004）趙海鳴劉健[摘要]通過對西北電網330 kV自耦變壓器零序過電流保護的配置和整定計算的研究，針對其大多數配置和整定計算不滿足規程要求及西北電網變壓器后備保護第Ⅰ段比較后一級（跳三側）動作時限不大于2 s的規定，提出了適合西北電網特點，既能以較短時限動作切除故障又不失去選擇性的330 kV自耦變壓器零序過電流保護的配置、整定計算原則。

　　0引言西北330 kV超高壓系統中除發電廠升壓變壓器外，幾乎全部采用自耦變壓器。截止1999年底，僅陜西電網330 kV自耦變壓器近40臺，隨著電網建設的發展，330 kV電網自耦變壓器的數量還將迅速增加。

　　自耦變壓器由于結構的特殊性，在運行中有其自身的特點和要求。為了避免自耦變壓器連接的超高壓電網中發生單相接地故障時，在中壓繞組上出現過電壓，要求自耦變壓器中性點必須直接接地或經過小電抗接地。當系統發生單相接地短路時，零序電流可在高、中壓電網間流動，而流經接地中性點的零序電流數值及相位、隨系統的運行方式不同，其大小、方向會有較大變化。由于系統中大容量自耦變壓器的不斷增加，中性點必須接地，使得系統的短路容量很大。當系統發生故障時，對一次設備的影響非常大。西北330 kV電網中，變壓器中壓側大多為 kV ，而 kV線路又往往不配置快速保護及開關失靈保護，在變壓器差動范圍外（中、低壓母線開線出口）發生短路時，一旦故障不能較快切除，對變壓器的危害尤為突出。

　　kV出線開關爆炸，故障未能及時切除，與其連接的330 kV1號自耦變壓器（容量240 MVA）的后備保護動作時間為3 .5s ，切除故障時間較長（大于變壓器制造規程中要求的熱穩定允許時限2 s的規定），造成變壓器燒壞報廢的特大事故。經與變壓器制造廠有關專家多次研究，認為大型自耦變壓器在其出口處發生故障，當故障切除時間超過2 s ，可能造成變壓器燒毀。

　　為此，原西北電業管理局在西北電網中提出反事故措施：保主網和主設備，犧牲局部、保全整體為原則，要求變壓器相間后備保護及零序過流保護的第一段比較后一級（跳三側）切除故障的時限，不得大于變壓器的熱穩定允許時限2 s.對這一特殊的規定，相間后備保護通過采用阻抗保護的方法可以較方便地滿足選擇性、靈敏性和速動性的要求，但對西北電網內自耦變壓器零序過流保護整定計算則更加特殊和復雜。近期陜西省電力公司進行的保護四查中發現：陜西電網中330 kV自耦變壓器的零序過流保護在配置、整定計算中仍然存在著相當多的問題，不能滿足上述要求。整定計算人員普遍反映不能很好地理解和掌握變壓器保護，特別是零序過流保護的配置和整定方法。筆者對上述問題重點進行分析研究。

　　1自耦變壓器零序過電流保護的配置結合西北電網的實際情況，330 kV自耦變壓器零序過電流保護的配置應遵循以下原則：試驗研究西北電力技術6/2000自耦變壓器的零序過電流保護應分別在高壓及中壓側配置，并接在由本側電流互感器組成的零序電流過濾器上。在高壓或中壓側電網發生接地故障時，零序電流可在自耦變壓器的高、中壓電網間流動，為滿足選擇性要求，高壓和中壓側的零序過電流保護應裝設方向元件作為變壓器的接地后備保護還應在高、中壓裝設不帶方向的零序過電流保護在變壓器內部發生單相接地故障，當高壓側或中壓側斷開，而未斷開側零序過流保護的靈敏度不夠時，在自耦變壓器中性點回路還應裝設一段式零序過電流保護。

　　根據變壓器中壓側連接系統情況的不同，自耦變壓器的高、中壓零序過電流保護配置、整定計算一般可分為中壓側無零序電源和中壓側有零序電源兩種情況。

　　1.1中壓側無零序電源時自耦變壓器零序過電流保護的配置1 .1.1中壓側通常設置兩段零序方向過電流保護，其方向指向本側母線，第Ⅰ段作本側母線的后備，第Ⅱ段作本側母線出線后備。其中第Ⅰ段設三級時限，跳閘方式分別為：第一級時限t跳本側母聯（或分段）開關，第二級時限t跳主變本側開關，第三級時限t跳主變三側開關。第Ⅱ段設一級時限t跳主變三側開關。

　　1 .1.2高壓側應設置兩段零序過電流保護，第Ⅰ段帶方向，其方向指向變壓器做該變壓器的后備，并設置三級時限，跳閘方式分別為：第一級時限t跳中壓側母聯（或分段）開關，第二級時限t跳主變中壓側開關，第三級時限t跳主變三側開關。第Ⅱ段不帶方向，同時作該主變和本側母線出線后備，設置一級時限t跳主變三側開關。

　　1.2中壓側有零序電源時自耦變壓器零序過電流保護的配置1 .2.1中壓側中壓側零序過電流保護應設兩段，第Ⅰ段配置與1 .1.1中第Ⅰ段完全相同。第Ⅱ段不帶方向，既作主變也作本側母線出線后備，動作時限設置一級t跳主變三側開關。

　　1 .2.2高壓側高壓側零序過電流保護應設兩段，第Ⅰ段帶方向，其方向指向本側母線，作本側母線的后備，動作時限設置兩級，跳閘方式分別為：第一級時限t跳主變高壓側開關，第二級時限t跳主變三側開關。第Ⅱ段不帶方向，既作主變也作本側出線后備，動作時限設置一級t跳主變三側開關。

　　2自耦變壓器零序過電流保護的整定計算2.1中壓側無零序電源時自耦變壓器零序過電流保護的整定計算2 .1.1中壓側2 .1.1.1第Ⅰ段動作電流整定（1）按與本側出線的零序方向過電流保護的第Ⅰ（Ⅱ）段或快速主保護配合整定（2）按本側母線接地故障靈敏度不小于1 .5整定。

　　取同時滿足上述2個條件的值為整定值。當以上兩個條件不能同時滿足時應按條件（2）進行整定。因靈敏度若不滿足要求，保護范圍也就不夠，設置本段保護就失去意義。

　　2 .1.1.2第Ⅰ段動作時限整定按與本側母線出線的零序方向過電流保護相應段或快速主保護時限配合整定t按t加一級時差整定t按t加一級時差整定，且不應大于2 s.

　　如按保靈敏度整定或與母線出線的零序方向過電流保護相應段時限配合整定，變壓器保護的動作時限不滿足不大于2 s的要求時，時限應按不大于2 s整定。

　　這時要對相應出線的定值按反配合的要求進行調整如果出線定值調整后與變壓器定值仍然無法滿足要求時，將失配點放在出線上，不能造成變壓器保護越級動作，應對出線的保護采取增加配置、設置解列點、重合閘糾正等措施，盡可能減少因保護失配造成的影響。

　　2 .1.1.3第Ⅱ段動作電流整定（1）按與本側母線出線的零序方向過電流保護的第Ⅲ（Ⅳ）段相配合整定。

　　（2）按本側出線末端接地故障靈敏度不小于1 .2整定。

　　取同時滿足上述2個條件的值為整定值。當以上兩個條件不能同時滿足時應按條件（2）整定。否則本段將起不到作本側母線出線的后備作用。

　　2 .1.1.4第Ⅱ段動作時限整定試驗研究西北電力技術6/ 2000按與本側母線出線零序方向過電流保護第Ⅲ（Ⅳ）段相應動作時間配合整定，在滿足選擇性前提下盡量縮短動作時限。

　　2 .1.2高壓側2 .1.2.1第Ⅰ段（方向指向變壓器）動作電流整定按與主變中壓側零序方向過電流保護的第Ⅰ段配合整定。

　　2 .1.2.2第Ⅰ段動作時間整定按與主變中壓側零序方向過電流保護第Ⅰ段第一級動作時限配合整定t按與主變中壓側零序方向過電流保護第Ⅰ段第二級動作時限配合整定t按與主變中壓側零序方向過電流保護第Ⅰ段第三級動作時限配合整定，也可按主變中壓側零序方向過電流保護第Ⅰ段第三級動作時間整定。其值不應大于2 s，若不滿足要求時，按上述2 .1.1.2中整定原則進行調整。

　　2 .1.2.3第Ⅱ段（無方向）動作電流整定（1）按與主變中壓側零序方向過電流保護的第Ⅱ段配合整定（2）按與本側出線的零序方向過電流保護的第Ⅲ（Ⅳ）段相配合整定（3）按中壓母線接地故障靈敏度不小于1 .3整定（4）按本側母線接地故障靈敏度不小于1 .5整定（5）按本側出線末端接地故障靈敏度不小于1 .2整定。

　　取同時滿足上述5個條件的值為零序電流整定值。當以上5個條件不能同時滿足時應按條件（3）、（4）、（5）同時滿足整定。否則本段將起不到作該主變及本側母線出線的后備作用。

　　2 .1.2.4第Ⅱ段（無方向）動作時限整定（1）按與本側母線出線的零序方向過電流保護第Ⅲ（Ⅳ）段相應的動作時限配合整定（2）按與主變中壓側零序方向過電流保護的第Ⅱ段動作時限配合整定（3）按與本側母線出線的接地距離保護第Ⅱ（Ⅲ）段相應的動作時限配合整定。

　　在滿足選擇性前提下盡量縮短動作時限。

　　2.2中壓側有零序電源時自耦變壓器零序過電流保護的整定計算2 .2.1中壓側2 .2.1.1第Ⅰ段動作電流整定其整定方法與2 .1.1.1相同。

　　2 .2.1.2第Ⅰ段動作時間整定其整定方法與2 .1.1.2相同。

　　2 .2.1.3第Ⅱ段（無方向）動作電流整定（1）按與本側母線出線的零序方向過電流保護的第Ⅲ（Ⅳ）段配合整定（2）按與主變高壓側出線零序方向過電流保護的第Ⅲ（Ⅳ）段配合整定（3）按高壓母線接地故障靈敏度不小于1 .3整定（4）按本側母線接地故障靈敏度不小于1 .5整定（5）按本側母線出線末端接地故障靈敏度不小于取同時滿足上述5個條件的值為零序電流整定值。當以上5個條件不能同時滿足時應按條件（3）、（4）、（5）同時滿足整定。否則本段將起不到作該主變及本側母線出線的后備作用。

　　2 .2.1.4第Ⅱ段動作時間整定（1）按與本側母線出線的零序方向過電流保護的第Ⅲ（Ⅳ）段相應動作時間配合整定（2）按與主變高壓側出線零序方向過電流保護的第Ⅲ（Ⅳ）段相應動作時間配合整定（3）按與本側母線出線的接地距離保護第Ⅱ（Ⅲ）段相應的動作時限配合整定。

　　在滿足選擇性前提下盡量縮短動作時限。

　　2 .2.2高壓側2 .2.2.1第Ⅰ段動作電流整定（1）按與本側母線出線的零序方向過電流保護的第Ⅰ（Ⅱ）段或快速主保護配合整定（2）按保本側母線接地故障靈敏度不小于1 .5整定。

　　取同時滿足上述2個條件的值為零序電流整定值。由于高壓側出線均配置兩套快速保護，故本段整定一定會滿足要求。

　　2 .2.2.2第Ⅰ段動作時間整定按與本側母線出線的零序方向過電流保護的第Ⅰ（Ⅱ）段或快速主保護動作時間相配合整定t按加一級時差整定，且不應大于2 s.本段整定時限可以滿足不大于2 s要求。

　　試驗研究西北電力技術6/2000 2 .2.2.3第Ⅱ段（無方向）動作電流整定（1）按與本側母線出線的零序方向過電流保護的第Ⅲ（Ⅳ）段配合整定（2）按與主變中壓側母線出線零序方向過電流保護的第Ⅲ（Ⅳ）段配合整定（3）按中壓母線接地故障靈敏度不小于1 .3整定（4）按高壓母線接地故障靈敏度不小于1 .5整定（5）按本側母線出線末端接地故障靈敏度不小于取同時滿足上述5個條件的值為零序電流整定值。當以上5個條件不能同時滿足時應按條件（3）、（4）、（5）同時滿足整定。

　　2 .2.2.4第Ⅱ段動作時間整定（1）按與主變高壓側零序方向過電流保護的第Ⅰ段第二級動作時間配合整定（2）按與主變中壓側零序方向過電流保護的第Ⅰ段第三級動作時間配合整定（3）按與本側母線出線的零序方向過電流保護的第Ⅲ（Ⅳ）段相應動作時間配合整定（4）按與中壓側母線出線的零序方向過電流保護的第Ⅲ（Ⅳ）段相應動作時間配合整定（5）按與本側母線出線的接地距離保護第Ⅱ（Ⅲ）段相應的動作時限配合整定。

　　在滿足選擇性前提下盡量縮短動作時限。

　　1王維儉，孟慶和，宋繼成等。DL/T 684 1999大型發電機變壓器繼電保護整定計算導則（變壓器保護的整定計算部分）[ M ] .北京：中國電力出版社2陳曾田。電力變壓器保護[ M] .北京：中國電力出版3催家佩，孟慶炎，陳永芳，熊炳耀。電力系統繼電保護與安全自動裝置整定計算[ M] .北京：水利電力出版社，1993趙海鳴，女， 1962年出生，工程師，長期從事330 kV電網繼電保護整定計算工作。

　　信息報道西門子發電集團大力開拓中國電力市場2000年11月8日，西門子發電集團在北京第八屆國際電力設備及技術展覽會的新聞發布會上披露：該集團公司以先進的技術、一流的設備、靈活的方式大力開拓中國電力市場。目前，西門子正履行11個大型燃煤電廠項目的合同，總裝機容量約14　M W.其中，尤以上海外高橋二期2×900 MW超臨界機組比較為矚目。除電站汽輪機外，還提供工業汽輪機172臺，同時大力拓展燃氣輪機市場，如海南洋浦電廠2×137 MW機組和廣東明珠電廠2×48 M W機組。西門子發電集團還積極參與中國老電廠的現代化改造，已對我國16個發電廠、總容量3 300 M W機組進行了改造，目前正在進行 MW前蘇聯制造和125 M W以上機組的現代化改造工作。

　　西門子發電集團在北京、上海、南京、杭州、濟南、無錫等地建立了14個制造電力設備的合資企業，總投資約5億多德國馬克，占在華總投資的1/4左右，主要合資生產大型汽輪發電機組、輸變電設備、電站自動化儀表等。

　　在西部大開發的熱潮中，西門子發電集團特別關注西北天然氣的開發，努力推廣清潔、高效的燃氣輪機和聯合循環發電技術。2000年6月與甘肅省簽定了蘭州第二熱電廠4×300 MW燃氣蒸汽聯合循環發電機組和西固熱電廠總計400 M W改造項目的意向書，對陜西、青海和新疆開發天然氣、建設燃氣電站以及老廠改造實行長期跟蹤。西門子發電集團可為中國市場提供額定功率為67 MW、159 M W、190 MW和245 M W等不同等級的燃氣輪機及各種單軸和多軸的聯合循環發電機組，單機效率比較高達38 .5，聯合循環效率可達58 以上。

　　西門子發電集團還主動參與中國的核電建設。西門子發電集團今后在參與中國天然氣聯合循環發電、整體煤氣化聯合循環發電，輸配電設備、核電、水電建設等方面都將推出更多的舉措。

　　西北電力試驗研究院羅輝宇供稿試驗研究西北電力技術6/ 2000