西北电网330kV自耦变压器零序过流保护配置及整定计算研究

西北电网330kV自耦变压器零序过流保护配置及整定计算研究陕西电力调度中心（西安710004）赵海鸣刘健[摘要]通过对西北电网330kV自耦变压器零序过电流保护的配置和整定计算的研究，针对其大多数配置和整定计算不满足规程要求及西北电网变压器后备保护第Ⅰ段后一级（跳三侧）动作时限不大于2s的规定，提出了适合西北电网特点，既能以较短时限动作切除故障又不失去选择性的330kV自耦变压器零序过电流保护的配置、整定计算原则。

0引言西北330kV超高压系统中除发电厂升压变压器外，几乎全部采用自耦变压器。截止1999年底，仅陕西电网330kV自耦变压器近40台，随着电网建设的发展，330kV电网自耦变压器的数量还将迅速增加。

自耦变压器由于结构的特殊性，在运行中有其自身的特点和要求。为了避免自耦变压器连接的超高压电网中发生单相接地故障时，在中压绕组上出现过电压，要求自耦变压器中性点必须直接接地或经过小电抗接地。当系统发生单相接地短路时，零序电流可在高、中压电网间流动，而流经接地中性点的零序电流数值及相位、随系统的运行方式不同，其大小、方向会有较大变化。由于系统中大容量自耦变压器的不断增加，中性点必须接地，使得系统的短路容量很大。当系统发生故障时，对一次设备的影响非常大。西北330kV电网中，变压器中压侧大多为kV，而kV线路又往往不配置快速保护及开关失灵保护，在变压器差动范围外（中、低压母线开线出口）发生短路时，一旦故障不能较快切除，对变压器的危害尤为突出。

kV出线开关爆炸，故障未能及时切除，与其连接的330kV1号自耦变压器（容量240MVA）的后备保护动作时间为3.5s，切除故障时间较长（大于变压器制造规程中要求的热稳定允许时限2s的规定），造成变压器烧坏报废的特大事故。经与变压器制造厂有关专家多次研究，认为大型自耦变压器在其出口处发生故障，当故障切除时间超过2s，可能造成变压器烧毁。

为此，原西北电业管理局在西北电网中提出反事故措施：保主网和主设备，牺牲局部、保全整体为原则，要求变压器相间后备保护及零序过流保护的段后一级（跳三侧）切除故障的时限，不得大于变压器的热稳定允许时限2s.对这一特殊的规定，相间后备保护通过采用阻抗保护的方法可以较方便地满足选择性、灵敏性和速动性的要求，但对西北电网内自耦变压器零序过流保护整定计算则更加特殊和复杂。近期陕西省电力公司进行的保护四查中发现：陕西电网中330kV自耦变压器的零序过流保护在配置、整定计算中仍然存在着相当多的问题，不能满足上述要求。整定计算人员普遍反映不能很好地理解和掌握变压器保护，特别是零序过流保护的配置和整定方法。笔者对上述问题重点进行分析研究。

1自耦变压器零序过电流保护的配置结合西北电网的实际情况，330kV自耦变压器零序过电流保护的配置应遵循以下原则：试验研究西北电力技术6/2000自耦变压器的零序过电流保护应分别在高压及中压侧配置，并接在由本侧电流互感器组成的零序电流过滤器上。在高压或中压侧电网发生接地故障时，零序电流可在自耦变压器的高、中压电网间流动，为满足选择性要求，高压和中压侧的零序过电流保护应装设方向元件作为变压器的接地后备保护还应在高、中压装设不带方向的零序过电流保护在变压器内部发生单相接地故障，当高压侧或中压侧断开，而未断开侧零序过流保护的灵敏度不够时，在自耦变压器中性点回路还应装设一段式零序过电流保护。

根据变压器中压侧连接系统情况的不同，自耦变压器的高、中压零序过电流保护配置、整定计算一般可分为中压侧无零序电源和中压侧有零序电源两种情况。

1.1中压侧无零序电源时自耦变压器零序过电流保护的配置1.1.1中压侧通常设置两段零序方向过电流保护，其方向指向本侧母线，第Ⅰ段作本侧母线的后备，第Ⅱ段作本侧母线出线后备。其中第Ⅰ段设三级时限，跳闸方式分别为：级时限t跳本侧母联（或分段）开关，第二级时限t跳主变本侧开关，第三级时限t跳主变三侧开关。第Ⅱ段设一级时限t跳主变三侧开关。

1.1.2高压侧应设置两段零序过电流保护，第Ⅰ段带方向，其方向指向变压器做该变压器的后备，并设置三级时限，跳闸方式分别为：级时限t跳中压侧母联（或分段）开关，第二级时限t跳主变中压侧开关，第三级时限t跳主变三侧开关。第Ⅱ段不带方向，同时作该主变和本侧母线出线后备，设置一级时限t跳主变三侧开关。

1.2中压侧有零序电源时自耦变压器零序过电流保护的配置1.2.1中压侧中压侧零序过电流保护应设两段，第Ⅰ段配置与1.1.1中第Ⅰ段完全相同。第Ⅱ段不带方向，既作主变也作本侧母线出线后备，动作时限设置一级t跳主变三侧开关。

1.2.2高压侧高压侧零序过电流保护应设两段，第Ⅰ段带方向，其方向指向本侧母线，作本侧母线的后备，动作时限设置两级，跳闸方式分别为：级时限t跳主变高压侧开关，第二级时限t跳主变三侧开关。第Ⅱ段不带方向，既作主变也作本侧出线后备，动作时限设置一级t跳主变三侧开关。

2自耦变压器零序过电流保护的整定计算2.1中压侧无零序电源时自耦变压器零序过电流保护的整定计算2.1.1中压侧2.1.1.1第Ⅰ段动作电流整定（1）按与本侧出线的零序方向过电流保护的第Ⅰ（Ⅱ）段或快速主保护配合整定（2）按本侧母线接地故障灵敏度不小于1.5整定。

取同时满足上述2个条件的值为整定值。当以上两个条件不能同时满足时应按条件（2）进行整定。因灵敏度若不满足要求，保护范围也就不够，设置本段保护就失去意义。

2.1.1.2第Ⅰ段动作时限整定按与本侧母线出线的零序方向过电流保护相应段或快速主保护时限配合整定t按t加一级时差整定t按t加一级时差整定，且不应大于2s.

如按保灵敏度整定或与母线出线的零序方向过电流保护相应段时限配合整定，变压器保护的动作时限不满足不大于2s的要求时，时限应按不大于2s整定。

这时要对相应出线的定值按反配合的要求进行调整如果出线定值调整后与变压器定值仍然无法满足要求时，将失配点放在出线上，不能造成变压器保护越级动作，应对出线的保护采取增加配置、设置解列点、重合闸纠正等措施，尽可能减少因保护失配造成的影响。

2.1.1.3第Ⅱ段动作电流整定（1）按与本侧母线出线的零序方向过电流保护的第Ⅲ（Ⅳ）段相配合整定。

（2）按本侧出线末端接地故障灵敏度不小于1.2整定。

取同时满足上述2个条件的值为整定值。当以上两个条件不能同时满足时应按条件（2）整定。否则本段将起不到作本侧母线出线的后备作用。

2.1.1.4第Ⅱ段动作时限整定试验研究西北电力技术6/2000按与本侧母线出线零序方向过电流保护第Ⅲ（Ⅳ）段相应动作时间配合整定，在满足选择性前提下尽量缩短动作时限。

2.1.2高压侧2.1.2.1第Ⅰ段（方向指向变压器）动作电流整定按与主变中压侧零序方向过电流保护的第Ⅰ段配合整定。

2.1.2.2第Ⅰ段动作时间整定按与主变中压侧零序方向过电流保护第Ⅰ段级动作时限配合整定t按与主变中压侧零序方向过电流保护第Ⅰ段第二级动作时限配合整定t按与主变中压侧零序方向过电流保护第Ⅰ段第三级动作时限配合整定，也可按主变中压侧零序方向过电流保护第Ⅰ段第三级动作时间整定。其值不应大于2s，若不满足要求时，按上述2.1.1.2中整定原则进行调整。

2.1.2.3第Ⅱ段（无方向）动作电流整定（1）按与主变中压侧零序方向过电流保护的第Ⅱ段配合整定（2）按与本侧出线的零序方向过电流保护的第Ⅲ（Ⅳ）段相配合整定（3）按中压母线接地故障灵敏度不小于1.3整定（4）按本侧母线接地故障灵敏度不小于1.5整定（5）按本侧出线末端接地故障灵敏度不小于1.2整定。

取同时满足上述5个条件的值为零序电流整定值。当以上5个条件不能同时满足时应按条件（3）、（4）、（5）同时满足整定。否则本段将起不到作该主变及本侧母线出线的后备作用。

2.1.2.4第Ⅱ段（无方向）动作时限整定（1）按与本侧母线出线的零序方向过电流保护第Ⅲ（Ⅳ）段相应的动作时限配合整定（2）按与主变中压侧零序方向过电流保护的第Ⅱ段动作时限配合整定（3）按与本侧母线出线的接地距离保护第Ⅱ（Ⅲ）段相应的动作时限配合整定。

在满足选择性前提下尽量缩短动作时限。

2.2中压侧有零序电源时自耦变压器零序过电流保护的整定计算2.2.1中压侧2.2.1.1第Ⅰ段动作电流整定其整定方法与2.1.1.1相同。

2.2.1.2第Ⅰ段动作时间整定其整定方法与2.1.1.2相同。

2.2.1.3第Ⅱ段（无方向）动作电流整定（1）按与本侧母线出线的零序方向过电流保护的第Ⅲ（Ⅳ）段配合整定（2）按与主变高压侧出线零序方向过电流保护的第Ⅲ（Ⅳ）段配合整定（3）按高压母线接地故障灵敏度不小于1.3整定（4）按本侧母线接地故障灵敏度不小于1.5整定（5）按本侧母线出线末端接地故障灵敏度不小于取同时满足上述5个条件的值为零序电流整定值。当以上5个条件不能同时满足时应按条件（3）、（4）、（5）同时满足整定。否则本段将起不到作该主变及本侧母线出线的后备作用。

2.2.1.4第Ⅱ段动作时间整定（1）按与本侧母线出线的零序方向过电流保护的第Ⅲ（Ⅳ）段相应动作时间配合整定（2）按与主变高压侧出线零序方向过电流保护的第Ⅲ（Ⅳ）段相应动作时间配合整定（3）按与本侧母线出线的接地距离保护第Ⅱ（Ⅲ）段相应的动作时限配合整定。

在满足选择性前提下尽量缩短动作时限。

2.2.2高压侧2.2.2.1第Ⅰ段动作电流整定（1）按与本侧母线出线的零序方向过电流保护的第Ⅰ（Ⅱ）段或快速主保护配合整定（2）按保本侧母线接地故障灵敏度不小于1.5整定。

取同时满足上述2个条件的值为零序电流整定值。由于高压侧出线均配置两套快速保护，故本段整定一定会满足要求。

2.2.2.2第Ⅰ段动作时间整定按与本侧母线出线的零序方向过电流保护的第Ⅰ（Ⅱ）段或快速主保护动作时间相配合整定t按加一级时差整定，且不应大于2s.本段整定时限可以满足不大于2s要求。

试验研究西北电力技术6/20002.2.2.3第Ⅱ段（无方向）动作电流整定（1）按与本侧母线出线的零序方向过电流保护的第Ⅲ（Ⅳ）段配合整定（2）按与主变中压侧母线出线零序方向过电流保护的第Ⅲ（Ⅳ）段配合整定（3）按中压母线接地故障灵敏度不小于1.3整定（4）按高压母线接地故障灵敏度不小于1.5整定（5）按本侧母线出线末端接地故障灵敏度不小于取同时满足上述5个条件的值为零序电流整定值。当以上5个条件不能同时满足时应按条件（3）、（4）、（5）同时满足整定。

2.2.2.4第Ⅱ段动作时间整定（1）按与主变高压侧零序方向过电流保护的第Ⅰ段第二级动作时间配合整定（2）按与主变中压侧零序方向过电流保护的第Ⅰ段第三级动作时间配合整定（3）按与本侧母线出线的零序方向过电流保护的第Ⅲ（Ⅳ）段相应动作时间配合整定（4）按与中压侧母线出线的零序方向过电流保护的第Ⅲ（Ⅳ）段相应动作时间配合整定（5）按与本侧母线出线的接地距离保护第Ⅱ（Ⅲ）段相应的动作时限配合整定。

在满足选择性前提下尽量缩短动作时限。

1王维俭，孟庆和，宋继成等。DL/T6841999大型发电机变压器继电保护整定计算导则（变压器保护的整定计算部分）[M].北京：中国电力出版社2陈曾田。电力变压器保护[M].北京：中国电力出版3催家佩，孟庆炎，陈永芳，熊炳耀。电力系统继电保护与安全自动装置整定计算[M].北京：水利电力出版社，1993赵海鸣，女，1962年出生，工程师，长期从事330kV电网继电保护整定计算工作。

信息报道西门子发电集团大力开拓中国电力市场2000年11月8日，西门子发电集团在北京第八届国际电力设备及技术展览会的新闻发布会上披露：该集团公司以先进的技术、的设备、灵活的方式大力开拓中国电力市场。目前，西门子正履行11个大型燃煤电厂项目的合同，总装机容量约14MW.其中，尤以上海外高桥二期2×900MW超临界机组为瞩目。除电站汽轮机外，还提供工业汽轮机172台，同时大力拓展燃气轮机市场，如海南洋浦电厂2×137MW机组和广东明珠电厂2×48MW机组。西门子发电集团还积极参与中国老电厂的现代化改造，已对我国16个发电厂、总容量3300MW机组进行了改造，目前正在进行MW前苏联制造和125MW以上机组的现代化改造工作。

西门子发电集团在北京、上海、南京、杭州、济南、无锡等地建立了14个制造电力设备的合资企业，总投资约5亿多德国马克，占在华总投资的1/4左右，主要合资生产大型汽轮发电机组、输变电设备、电站自动化仪表等。

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西北电力试验研究院罗辉宇供稿试验研究西北电力技术6/2000