干式接地变压器的保护配置与整定计算

第２７卷第６期　２０１０年１２月　供用　电　６３　干式接地变压器的保护配置与整定计算　徐缓　（徐州供电公司，江苏徐州　２２１００５）　摘　要：对接地变压器继电保护装置配置存在的问题及其整定计算缺乏研究资料。分析了干式接地变压器保　护配置的现状和存在问题，提出了接地变压器保护配置的改进及其保护的整定计算，并用典型算例进行说明。　在徐州供电公司对这一研究结果的实际应用验证其有效性。　关键词：干式接地变压器；保护配置；整定计算　中图分类号：ＴＭ４１２　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００６—６３５７（２０１０）０６—４　Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｓｅｔｔｉｎｇ　Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｄｒｙ。Ｔｙｐｅ　Ｇｒｏｕｎｄｉｎｇ　Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ　ＸＵＨｕａＴｌ＂　（Ｘｕｚｈｏｕ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｐｏｗｅｒ　Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｘｕｚｈｏｕ　２２１００５，Ｊｉａｎｇｓｕ　Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｄｕｅ　ｔＯ　ｔｈｅ　ｌａｃｋ　ｏｆ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｔ０　ｔｈｅ　ｅｘｉｓｔｉｎｇ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ｆｒｏｍ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｓｅｔｔｉｎｇ　ｃａｌ—　ｃｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｄｒｙ－ｔｙｐｅ　ｇｒｏｕｎｄｉｎｇ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ，ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ａｎａｌｙｚｅｓ　ｐｒｅｓｅｎｔ　ｓｉｔｕａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｅｘｉｓｔｉｎｇ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ，ｐｒｏｖｉｄｅｓ　ｓｏｍｅ　ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｉｔｓ　ｓｅｔｔｉｎｇ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｗｉｔｈ　ａ　ｔｙｐｉｃａｌ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｆｏｒ　ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｏｎ．Ｔｈｅ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ　ｓｅｔｔｉｎｇ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ　ｉｓ　ｃｏｒｒｅｃｔｉｖｅ　ｆｏｒ　ｐｒａｃｔｉｃａｌ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｉｎ　Ｘｕｚｈｏｕ　Ｐｏｗｅｒ　Ｓｕｐｐｌｙ　Ｃｏｍｐａｎｙ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｄｒｙ—ｔｙｐｅ　ｇｒｏｕｎｄｉｎｇ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ；ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ；ｓｅｔｔｉｎｇ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　江苏省城市１０　ｋＶ配电网中性点运行方式　次绕组容量的比值在４～１Ｏ，最大相差１０倍。　主要是经消弧线圈接地，由于变电站的主变压器　表１　Ｉ１０　ｋＶ变电站接地变压器参数配置　低压侧均采用三角形接线，没有中性点引出，因此　额定电压／ｋＶ　１０．５／　１０．５／　１Ｏ．５／　１０．５／　１０．５／　必须使用接地变压器以人工建立１Ｏ　ｋＶ中性点。　０．４　０．４　０．４　０．４　０．４　为了节省投资，变电站建设时普遍采用接地变压　短路阻抗电压／　６　６　６　６　６　一器带二次供站用负荷，取消专用的站用变压器，　次容量／ｋＶ・Ａ　４ＯＯ　５５０　７ＯＯ　８５Ｏ　ｉ　０００　二次容量／ｋＶ・Ａ　１００　１Ｏ０　１Ｏ０　１ＯＯ　１ＯＯ　接地变压器接线方式为ＺＮｙｎｌ１，设备选型则按　消弧容量／ｋＶ・Ａ　３００　４５Ｏ　６３０　７５Ｏ　９０Ｏ　照无油化的原则广泛使用干式接地变压器。　干式接地变压器的结构与常规配电变压器的　１．２故障与异常的类型　差别很大，在实际运行中暴露的问题（如保护装置　干式接地变压器运行中可能发生的故障与异　因灵敏度不足拒动）较多，但对于其继电保护装置　常有以下几种：①绕组及其引出线的相间短路；②　的配置的研究及对整定计算方面的研究资料甚　绕组的匝间短路；③外部故障引起的过电流；④运　少，本文对此进行全面的分析计算。　行温度升高；、⑤中性点引出线直接接地。其中，中　性点引出线直接接地意味着１０　ｋＶ系统经接地　１现状与存在问题　变压器直接接地，消弧线圈被短接。这时如果系　１．１　干式接地变压器参数配置　统中发生单相接地故障，则流过接地变压器中的　江苏省电力公司１１Ｏ　ｋＶ变电站接地变压器　电流会大大超过其额定电流，必须快速切除故障。　的典型参数配置见表１。　１．３　制造厂商对干式接地变压器的保护配置　从表１中统计的数据可以看出，表１中的各不　依据数字式干式接地变压器保护装置说明　同接地变压器二次绕组容量和短路阻抗电压是相　书，制造厂商可以提供的保护装置配置种类有：①　同的，分别为１００　ｋＶ・Ａ和６　，一次绕组容量与二　电流速断保护；②过电流保护；③零序过电流一段　６４　徐　缓：干式接地变压器的保护配置与整定计算　保护；④零序过电流二段保护；⑤零序过电压保　护；⑥非电量保护（瓦斯和温度保护）；⑦低压侧零　序过电流保护。　１．４电力行业标准中有关规定　电力行业标准ＤＩ　／Ｔ５８４－－２００７《３～１１０　ｋＶ　电网继电保护装置运行整定规程》（以下简称《运　行整定规程》）中，对于中性点低电阻接地方式下　接地变压器的保护配置作了说明，但对于消弧线　圈接地方式下接地变压器的保护配置未给出说　明。参照相关章节内容，其要求是应装设　相式　的电流速断保护和过电流保护。保护装置的整定　原则是电流速断保护应躲开接地变压器低压侧最　大故障电流和励磁涌流，动作时问取０　Ｓ；过电流　保护应躲开接地变压器高压侧额定电流，动作时　间取１．５～２．５　Ｓ。　１．５存在问题　按照《运行整定规程》的要求，过电流保护应　躲开接地变压器高压侧额定电流。由于江苏省电　力公司１ｌ０　ｋＶ变电站所配置的接地变压器短路　阻抗电压较大（为６　），一、二次绕组容量差别又　很大（最大相差１Ｏ倍），这样会造成接地变压器低　压侧发生相间短路故障时，高压侧的故障电流数　值较小，致使过电流保护的灵敏度不够，这意味着　高压侧的过电流保护对低压绕组发生的故障不能　起到保护作用，而此时低压侧的保护装置也无法　动作。当接地变压器发生匝间短路时，高压侧电　流变化可能会很小，过电流保护无法动作，只能依　靠温度保护，而温度保护的配置与整定情况在《运　行整定规程》中没有给出说明。　有的运行单位对接地变压器没有配置温度保　护或者温度保护没有投入运行，这佯当接地变压　器低压绕组发生相间短路或匝间短路时，由于存　在保护死区，无法快速切除故障，会造成故障扩大　直至接地变压器烧毁甚至起火，这类事故已发生　多起。如徐州供电公司在２００７年和２００９年内分　别发生一起因保护装置未能及时切除，造成的干　式接地变压器烧毁的事故。　２解决问题的措施　２．１改进保护配置　１）干式接地变压器高压侧过电流保护存在　保护死区的原因，是由于常规的过电流保护接线　方式采用三相电流互感器二次侧接成星形接线，　保护装置取高压侧的相电流，该相电流中包含外　部单相接地时的零序电流和二次绕组的负荷电　流，数值过大。如果将三相电流互感器二次侧绕　组接成三角形接线，此时由于保护装置取的是高　压侧的线电流，其中只含有二次绕组的负荷电流　而不含外部单相接地时的零序电流（零序电流只　能在三角形接线的绕组内部流通），过电流保护　只需躲开接地变压器低压侧额定电流，其保护定　值可以大大降低，也提高了灵敏度。　２）接地变压器温度保护是采用温度传感器　测量绕组或绝缘的温度，同时外接一个温度控制　器用于输出报警和跳闸信号。因干式接地变压器　是分相布置的，因此应在每相配置一个温度传感　器，该传感器嵌装在低压绕组的上部（低压绕组布　置在接地变压器的内层，正常运行时内层绕组的　上部温度最高）。　３）由于消弧线圈接地系统允许带单相接地　故障运行，因此接地变压器不需要配置零序电流　保护和零序电压保护，此外采用三角形接线的过　电流保护对于低压侧故障有足够的灵敏度，因此　也不需要配置低压侧零序过电流保护。但由于三　角形接线的过电流保护不能反映零序电流，也就　不能切除中性点引出线直接接地故障，所以星形　接线的过电流保护应当保留。　按照上述分析，接地变压器应当配置以下保　护装置：①电流速断保护（取高压侧相电流）；②过　电流一段保护（取高压侧相电流）；③过电流二段　保护（取高压侧线电流）；④温度保护。其中，如果　过电流一段保护有足够的灵敏度则可以不设过电　流二段保护。　２．２对改进配置的保护整定计算　１）电流速断保护。整定原则为躲开接地变压　器励磁涌流和低压侧最大故障电流，动作时间取０　Ｓ；相应的整定电流，¨Ｚ　和ｊ。　的计算公式分别如下：　Ｉｌ　一（７～１０），１　（１）　ｆＩ）ｚ２—１．３ＩＤＭＡｘ　（２）　上两式中：　为接地变压器高压侧额定电流；　ＩｎＭ　为接地变压器低压侧故障折算至高压侧的　最大电流。　电流速断保护定值取式（１）与式（２）中数值较　大者。　徐缓：干式接地变压器的保护配置与整定计算　６５　２）过电流一段保护。整定原则为躲开接地变　压器高压侧额定电流，整定电流　计算公式如下：　３典型算例　Ｄｚ一１．５Ｉｌ　（３）　按照江苏省电力公司１１０　ｋＶ变电站接地变　过电流一段保护动作时间取１～１．５　Ｓ。保护　压器的典型配置参数（见表１），取一次绕组的容　定值确定后应计算对接地变压器低压侧故障最小　量为１　０００　ｋＶ・Ａ接地变压器为例进行计算。接　电流和接地变压器中性点直接接地故障最小电流　地变压器型号为ＤＫＳＣ一１０００／１０．５－１００／０．４，绝　的灵敏度，该灵敏度应不小于２。如果灵敏度满　缘等级为Ｆ级；一次绕组额定容量为１　０００　ｋＶ・　足要求，则可以不配置过电流二段保护。如果配　Ａ，低压绕组额定容量为１００　ｋＶ・Ａ，额定电压为　置过电流二段保护，则过电流一段保护按照对中　１０．５／ｏ．４　ｋＶ，额定电流为５５／１４４．３　Ａ，短路阻抗　性点引出线直接接地故障有足够灵敏度的原则整　电压为６　，零序阻抗为３．２　Ｑ／相。系统大运行　定，动作时间可以缩短到０．５～１　Ｓ。　方式等值阻抗为０．５４　ｎ／｝Ｈ，系统小运行方式等　３）过电流二段保护。整定原则为躲开接地　值阻抗为０．７９　ａ／相。　变压器励磁涌流和低压侧额定电流，动作时间取　将有关基础数据代人式（１）～式（５），计算后　１～１．５　Ｓ，相应的整定电流　和　计算公式分　得到保护定值如下。　别如下：　１）电流速断保护取保护定值为５５０　Ａ，动作　Ｄｚ１—１．５　２　（４）　时间为０　Ｓ。　Ｊ　Ｄｚ２一（Ｏ．３～０．５）ｆ１　（５）　２）过电流一段保护取保护定值为８２．５　Ａ，经　上两式中：　。　为接地变压器低压侧额定电流（折　灵敏度校验需要配置过电流二段保护，此时将一段　算至高压数值）。式（５）中保护动作时间短时对应　保护定值按照对中性点引出线直接接地故障灵敏　电流较大值，动作时间长时对应电流较小值。过　度为２的原则，整定值为２１２　Ａ，动作时间为０．５　Ｓ。　电流二段保护定值取式（４）与式（５）中数值较大　３）过电流二段保护保护定值暂定为２７．５　者。保护定值确定后应计算对接地变压器低压侧　Ａ，按照保证灵敏度为２的原则，最终将保护定值　故障最小电流的灵敏度，该灵敏度应不小于２，如　调整为３９．２　Ａ，动作时间为１　Ｓ。　果灵敏度超过２则可以按照保证灵敏度的原则确　４）温度保护。接地变压器绝缘等级为Ｆ级，　定保护定值。　根据表２，温度保护报警定值取１３０℃，跳闸定值　４）温度保护。温度保护定值分跳闸与报警两　取ｌ５Ｏ℃。　种。跳闸定值的整定原则为比接地变压器绝缘系　通过典型算例的保护定值计算可以看出，由　统的温度等级低５℃以保证绝缘不损坏；报警定　于接地变压器典型参数配置中短路阻抗电压取值　值的整定原则为比接地变压器绕组热点温度额定　较大，造成传统的星形接线过电流保护装置的灵　值低１５℃，这是因为干式接地变压器绕组的最高　敏度根本无法满足规程要求，必须另外配置三角　温升与平均温升的差值目前尚缺乏资料（油浸式　形接线的过电流二段保护以保证对低压侧短路故　产品的差值为１３℃），考虑到匝问故障点与温度　障起到保护作用。　测量点不会一致，把裕度放大一些，将干式产品差　４　结语　值确定为１５℃。ＧＢ／Ｔ１７２１１－－１９９８（（干式电力变　压器负载导则》中常用的３种绝缘等级的干式接　本文通过对干式接地变压器继电保护配置方　地变压器有关数据见表２。　案存在的问题进行分析，通过保护整定计算，得到　以下结论。　表２干式接地变压器温度参数表　℃　１）干式接地变压器继电保护装置的基本配　绝缘系统温　绕组热点　温度保护　温度保护　置为电流速断保护、过电流一段保护、温度保护，　度绝缘等级　温度额定值　报警定值　跳闸定值　１３ＯＢ　１２０　１０５　１２５　其中电流速断保护、过电流一段保护取高压侧的　１５５Ｆ　１４５　１３Ｏ　１５Ｏ　相电流。如果过电流一段保护对低压侧故障的灵　１８ＯＨ　ｌ７５　１６０　１７５　（下转第９Ｏ页）　９Ｏ　冯玮，等：射频识别技术在车辆智能化管理系统中的应用　２）在大门较大且不分进出通道的情况下，车　２）随着该系统的深入应用，规范了公司用车　辆如果以较偏的角度进出，则可能出现漏读现象，　在改用抗金属标签后，即使以较偏的角度进出也　能保证读取率在９９　以上。　申请流程，缩减了车辆审批、派单时间，更为车辆　管理人员提供了报表统计、异常车辆记录告警、车　辆保养提醒等实用管理手段，极大的提升了公司　车辆管理水平。　参考文献　３　结语　１）通过无源远距离ＲＦＩＤ在市南供电公司　车辆智能化管理系统中的应用，为公司车辆管理　人员提供了车辆进出记录、用车情况等实时、准确　的车辆信息。该系统具有很高的自动化控制功　能，抗干扰力强、准确率高，同时具有很好的开放　性，易于与其他系统组成更强大的综合性智能化　管理系统。　冯［１］单承赣，单玉峰，姚　磊，等．射频识别（ＲＦＩＤ）原理　与应用［Ｍ］．北京：电力工业出版社，２００８．　收修改稿日期：２Ｏ１Ｏ年９月　玮（１９７４一），工程师，从事信息管理工作　陈明　（１９７０一），从事通信信息运维工作　（上接第６５页）　除故障，运行至今再未发生接地变压器烧毁现象。　参考文献　敏度不够，应当增设过电流二段保护，该保护取高　压侧的线电流。　２）采用本文提出的接地变压器保护配置方　［１］　中华人民共和国国家发展和改革委员会，ＤＩ　／　Ｔ５８４—２Ｏ０７　３～】１０　ｋＶ电网继电保护装置运行整　案与整定计算原则，对其配置了完备的主、后备保　护，特别是对于低压侧故障和局部匝间短路故障，　所产生的短路电流水平较低和整体温度不高但局　部温度过高的故障能够及时尽早切除，避免故障　范围扩大，可有效解决保护装置灵敏性的问题。　３）改进后的接地变压器保护配置方案在徐州　供电公司应用以后，效果良好，由于能及时尽早切　徐定规程Ｉｓ］．北京：中国电力出版社，２００７．　［２］　国家技术监督局．ＧＢ／Ｔ１７２１ｌ一１９９８干式电力变压　器负载导则Ｅｓ］．北京：中国标准出版社，１９９８．　收稿日期：２０１０年月　缓（１９６３一），工程师，主要研究方向为配电网继电保护　技术　２０１０年中国电机工程学会年会在海口召开　２０１０年中国电机工程学会年会于２０１０年１１月２５～２７　Ｅｌ在海口成功召开。本次年会的主题是　“低碳时代的电力发展”。会议邀请专家作主旨报告，组织了智能电网技术现状和发展趋势、低碳清洁发　电技术、能源转换与储能技术、可再生能源与分布式能源４个专题研讨会，还进行了６组论文分组宣讲　交流和４组论文张贴交流，以及小型的新技术、新产品展览和技术参观。　会议共有１０个主旨报告，主要涉及智能电网、电网发展、可再生能源、核电技术等热点领域。周孝　信院士作了“现代电网技术发展前景”的报告；中国华能集团公司副总经理那希志作了“坚持绿色能源　奉献清洁能源”的报告；中国电力投资集团公司副总经理张晓鲁作了“核电技术发展及工程实践”的报　告；韩国电气学会会长朴锺根作了“韩国智能电网技术及发展”的报告；国家发展和改革委员会能源研　究所副所长李俊峰作了“国内外可再生能源发展回顾与展望”的报告；香港工程师学会高级副会长陈福　祥作了“香港电机工程之绿色意念”的报告；西安交通大学党委书记王建华作了“智能电网与智能化电　力设备”的报告；香港大学教授吴复利作了“智能电网中的智能运行”的报告；国际大电网组织前秘书长　Ｊｅａｎ　Ｋｏｗａｌ作了“未来电网系统：Ｃｉｇｒｅ愿景一未来活动规划”的报告；上海电缆研究所所长魏东作了　“低碳经济与电线电缆发展”的报告。　（由《供用电》编辑部供稿）