牵引变压器过负荷保护整定分析

杨 健

（郑州铁路局 郑州供电段，河南郑州450005）

目前，牵引变压器过负荷保护一般按2倍额定电流60 s报警，120 s跳闸整定，新线开通时也有按1.5倍额定电流60 s报警，90 s跳闸整定，部分综合自动保护装置（以下称综自保护）采用极度反时限过负荷保护，启动电流按1.0倍额定电流整定。由于保护整定值相对保守，二段保护与一段保护时差较小，部分综自保护极度反时限过负荷保护存在按实时电流计算整体动作时间的缺陷，运行中经常发生过负荷保护跳闸，造成全所停电，严重影响运输生产安全。

1 过负荷保护设置的意义

主变压器（以下称主变）过负荷二段保护除作为主变的后备保护外，还作为馈线的远后备保护。当馈线断路器拒分或馈线保护整体拒动时，主变一、二次低压过流保护的保护范围有限，而电力系统继电保护仅保护到牵引供电系统变电所母线侧，此时主变过负荷二段保护很可能成为唯一的保护手段，保证变压器及牵引供电系统的运行安全。特别是当馈线电流增量保护未投入运行，馈线负荷电流不断增大，馈线距离保护负荷区保护范围小，遇到高阻接地故障馈线保护存在拒动的可能性较大，牵引供电系统运行安全受到威胁。根据近几年保护动作跳闸情况分析，馈线出现高阻接地故障的情况时有发生，设置主变过负荷保护非常必要。

2 过负荷保护整定分析

牵引变电所运行检修规程（简称检规）第40条规定：在事故情况下允许的变压器过负荷值可参照表1执行（查《关于印发输变电设备技术标准的通知》（国家电网生［2004］634号文“110（66）k V～500 k V 油浸式变压器（电抗器）技术标准”中油浸式变压器过负荷标准为：150%额定负荷连续运行不低于30 min，分析认为应该将过负荷60%的标准修改为过负荷50%的标准）。

按表1规定，主变过负荷达2倍额定电流时允许运行10 min，实际运行按2倍额定电流60 s报警，120 s跳闸整定，整定值过于保守。但是，定时限过负荷保护在负荷波动时存在返回问题，在超过动作电流较大时均不能正确反映主变内部热状态，整定值也不易过大。

表1 变压器过负荷值

2.1 主变过负荷运行现状及对保护整定的要求

对于定时限过负荷保护，洛阳三门峡主变曾出现过负荷超过2倍额定电流运行5 min的情况，主变温升仍较低，运行未见异常。考虑变压器负荷利用率较低（一般在20%～40%），主变有较大的过负荷运行能力。

重负荷区段，馈线过流、距离保护在负荷区的动作电流一般为主变额定电流的2.4倍左右，在此电流下馈线保护、主变低压过流保护拒动的可能性较大，过负荷保护应能可靠保护主变运行安全。超过以上电流，主变低压过流保护仍有拒动的可能，过负荷保护可按满足远后备保护的要求进行整定，即当发生高阻接地故障后，低压过流保护的低压不能可靠启动时，过负荷保护应在此电流下按模拟曲线方程及时跳闸，完成远后备保护功能。

2.2 按反时限特性模拟过负荷曲线方程

按变压器在1.1倍额定电流下能长期运行，可得到模拟过负荷曲线方程（1），当I GF＝1.1倍额定电流，t GF＝800 s时，曲线基本符合“检规”规定的过负荷要求，模拟曲线见图1～图3。

t为牵引变压器过负荷运行时间，s；T GF为时间常数，s；I为主变过负荷电流，A；I GF为主变过负荷门槛电流，A。

2.3 圃田变电所过负荷保护整定计算实例

圃田变电所馈线发生近端高阻接地故障后，过负荷保护可按以下方法进行整定计算：

（1）计算主变二次侧临界短路电流I

U e为母线额定电压，V；U zd为主变低压过流电压整定值，V；Xclmax为电力系统最大运行方式下短路阻抗，Ω；Xclmin为电力系统最小运行方式下短路阻抗，Ω；Xb为牵引变压器短路阻抗，Ω。

（2）计算在主变二次侧临界短路电流下主变能承受的时间t

将系统最大运行方式（系统最小运行方式）下的临界短路电流I代入公式（1）。

图1 2 min跳闸整定过负荷二段保护动作特性图

图2 3 min跳闸整定过负荷二段保护动作特性图

图3 5 min跳闸整定过负荷二段保护动作特性图

（3）计算过负荷保护延时t

对于定时限过负荷保护，按2倍额定电流动作，延时应按0.31 min（1.40 min）跳闸整定。

对于极度反时限过负荷保护可按参考文献［2］中的计算公式（3）进行整定计算。

①按1.1倍额定电流启动，将临界短路电流I和主变能承受的时间t代入公式（3）计算T GF

②按1.1倍额定电流启动，将计算的T GF代入公式（3），计算过负荷电流达2倍额定电流的延时t

可见，对于极度反时限过负荷保护，按2倍额定电流60 s报警，120 s跳闸整定，能获得完美的保护，也就是按5 min跳闸整定，保护特性也较为优良。

2.4 变电所过负荷保护整定计算统计分析

在系统最小运行方式下，变电所馈线发生近端高阻接地故障，计算的临界短路电流较为合理。在此条件下，按以上分析计算方法，共对郑州供电段9座变电所定时限、极度反时限过负荷保护进行了整定计算分析。

定时限过负荷保护，按2倍额定电流动作，平均延时应按0.7 min跳闸整定。极度反时限过负荷保护，按1.1倍额定电流启动，过负荷电流达2倍额定电流时的平均动作时间应按3.2 min跳闸整定。从分析结果可以看到，定时限过负荷保护整定较为困难，极度反时限过负荷保护整定较为宽松。

2.5 主变过负荷保护整定原则

综合考虑主变过负荷能力、保护动作特性及整定方法，主变过负荷保护可按以下原则进行整定：

定时限过负荷一段保护按2倍额定电流60 s报警整定，过负荷二段保护视负荷情况按2倍额定电流120，180，300 s 3个等级跳闸整定。

极度反时限过负荷保护按2倍额定电流60 s报警整定，过负荷二段保护按2倍额定电流300 s跳闸整定。

按2倍额定电流120，180，300 s跳闸整定情况下，定时限、极度反时限过负荷二段保护动作特性图见图1～图3。

从图3可以看到，按2倍额定电流延时5 min跳闸整定时，定时限过负荷保护仅能保护过负荷100%－140%的区域，过负荷小于100%时，保护不能启动；过负荷大于140%时，保护不能可靠保护主变压器，但比没有要好得多。极度反时限过负荷保护在过负荷10%－300%的区域内均有良好的保护特性。

3 结束语

（1）建议主变反时限过负荷保护按分时电流累计计算整体动作时间的原则进行程序设计，防止过负荷保护启动过程中遇到馈线短路时发生越级跳闸事故，提高现场使用反时限过负荷保护的可靠性。

（2）负荷较大的牵引变电所，优先采用反时限过负荷保护，过负荷二段按1.1～1.3倍额定电流启动，按2倍额定电流延时5 min跳闸整定。

（3）负荷不大的牵引变电所，当采用定时限过负荷保护时，过负荷二段按2倍额定电流延时2 min跳闸整定；当采用反时限过负荷保护时，过负荷二段按1.1～1.3倍额定电流启动，按2倍额定电流延时3分钟跳闸整定。

（4）当馈线发生高阻接地故障，其他保护拒动时，主变过负荷二段保护虽然能保护主变压器不损坏，但故障点损坏程度将非常严重。因此，建议主变后备保护装置增加距离及电流增量保护，作为馈线的主后备保护使用。

［1］曹建猷.电气化铁道供电系统［M］.成都：西南交大出版社，1988.

［2］交大许继.TA21型牵引变电所安全监控与综合自动化系统说明书，WBH－892 H主变后备保护装置V3.0［R］.2000.

［3］国电南自.WBZ－65 A微机变压器保护测控装置技术说明书 V1.0［R］.2004.

［4］天津凯发.DK3531 A电铁变压器后备保护测控装置技术说明书 V1.01［R］.2010.

［5］铁运［1999］101号，牵引变电所运行检修规程［S］.2000.