水泥厂配电变压器保护的整定计算探讨

杨龙彬

水泥厂配电变压器保护的整定计算探讨

杨龙彬

随着水泥生产线规模的不断扩大，高压电动机和配电变压器的台数不断增加。高压电动机的保护比较简单，因为高压电机的启动电流远小于线路的短路电流，电动机的速断与过流保护较容易整定。而对于配电变压器的保护需要精确计算，保护值过大会引起变压器损坏而起不到保护作用，保护整定值过小会引起越级跳闸，造成大面积的停电，严重影响水泥厂的正常生产。目前水泥厂普遍采用的低压配电变压器容量在630～2 000kVA之间，连接组别为D，yn11型油浸变压器，本文重点谈谈在配电变压器整定过程中的一些体会。

1　配电变压器电流保护概述

（1）根据国家标准GB 50062《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》（以下简称《规范》）规定，400kVA及以上配电变压器要装设电流速断保护、过电流保护及防止低压母线单相接地的电流保护，对可能过负荷的变压器还应装设过负荷保护。

电流速断保护可对变压器绕组部分相间短路起保护作用。

过电流保护是对电流速断保护的补充，也是变压器的主保护，它能对变压器绕组所有的相间短路故障起保护作用。

（2）配电变压器高压侧电流互感器通常采用三相星形保护接线或二相星形保护接线。只要二相星形保护接线的过电流保护灵敏系数校验满足要求，采用二相星形保护接线就是合理的。但采用三相星形接线时，过电流保护灵敏系数要比二相星形接线大一倍。

2　配电变压器电流速断保护

（1）电流速断保护的动作电流，为保证其保护的选择性，即保证变压器低压侧发生任何类型短路的电流速断保护均不误动，应按避过变压器低压侧短路时，流过保护装置的最大电流进行整定。

在电力系统最大运行方式下（此时电力系统阻抗最小），变压器低压端发生三相短路时，流过保护装置的电流即是最大电流

（2）在有些设计手册中规定，电流速断保护动作电流应避过电力系统最大运行方式，变压器低压侧两相短路电流流过高压侧保护安装处穿越短路电流是不对的。

设低压侧三相短路时通过高压侧的短路容量为Sd1，通过变压器低压侧的短路容量为Sd2，那么有：

式中：

不计变压器内部功耗，高低压侧通过的短路容量应相等：

式中：

（3）配电变压器电流速断保护一次动作电流Ιdz应为：

二次动作电流：

式中：

nL——保护电流互感器变比

Kk——可靠系数，可以在1.0～1.2之间取值

Kjx——接线系数，保护电流互感器采用二相或三相星形接线均取1

（4）从《规范》可知，400～2 000kVA变压器要设置电流速断保护和过电流保护，电流速断保护灵敏系数不符合要求时，可不装纵联差动保护，但电流速断保护仍应保留。

《规范》对电流速断保护灵敏系数无明确要求，设计实践证明，电流速断保护灵敏系数要求≮2是合适的。在多数情况下，配电变压器的电流速断保护灵敏系数可满足要求。

变压器电流速断保护灵敏系数，应按电力系数最小运行方式下（电力系统阻抗最大），变压器高压端发生两相短路时的电流进行校验。

式中：

Ιdz——变压器电流速断保护一次动作电流

3　配电变压器过电流保护

（1）变压器过电流保护的动作电流根据变压器高压侧额定电流Ιe1进行整定。过电流保护二次动作电流：

过电流保护一次动作电流Ιdz：

式中：

Kk——可靠系数，可以在1.0～1.2之间取值

Kh——继电器返回系数，取0.85

Kgh——过负荷系数，可以在1.3～1.5之间取值

（2）变压器过电流保护灵敏系数应按电力系统最小运行方式下，变压器低压端二相短路时，流过高压侧保护装置的电流进行校验。

变压器低压侧发生两相短路时，在高压侧三相均有电流流过，两相电流大小相等、方向相同。第三相的电流最大，其值是另两相电流之和，其方向与另两相电流相反。最大电流出现在两相短路相别中的滞后相，即低压b、c两相短路，高压侧C相出现最大电流。最大电流值为：，其他两相电流值为。其中，为变压器低压侧两相短路电流。

从上述可知：当变压器高压侧保护电流互感器在B、C相安装并接成星形接线，在低压侧发生a、b两相短路时，将在高压侧B相出现最大电流，而B相未装电流互感器且未装相应的保护继电器时，校验过电流保护灵敏系数就不能用最大电流，而只能用最大电流的一半来校验。这也是本文前面讲的变压器采用三相星形接线的过电流保护灵敏系数比二相星形保护接线提高一倍的原因。

（3）配电变压器过电流保护灵敏系数Km校验：

对二电流互感器二继电器星形接线时按下式校验：式中：

为与下一级保护有选择性的配合，变压器过电流保护动作时限，一般取0.5s。

4　配电变压器的低压侧单相接地保护

（1）实现变压器低压侧单相接地保护有三种较好的措施。一是利用变压器高压侧过电流保护兼作变压器低压侧单相接地保护，其条件是变压器低压侧母线发生单相短路时，其保护灵敏系数要符合要求；二是在变压器中性点母线上装设专用零序保护，简单可行，保护灵敏系数高；三是变压器低压侧总断路器选择具有接地保护功能的断路器，最为简单。

（2）由理论分析可知，变压器低压侧发生单相接地短路时，在变压器高压侧只有两相有短路电流流过，其电流大小相等，方向相反，短路相别的超前相的电流为零。

式中：

（3）利用高压侧过电流保护兼作低压侧单相接地保护时，灵敏系数的校验：

式中：

当Km≥1.5时，可利用过电流保护兼作变压器低压侧单相接地保护，不用增添任何设备和接线。其不足是过电流保护装置动作后，从动作信号无法判断是相间短路还是低压侧单相接地短路。

（4）在变压器中性点母线上装设零序保护，实现低压侧单相接地保护，由装置在低压侧中性点母线上的LQG-0.5电流互感器及在其二次回路的继电器构成。继电器的常开接点动作接通高压断路器的跳闸脱扣线圈。LQG-0.5电流互感器一次额定电流按大于并接近变压器低压侧额定电流的30%选择，二次额定电流5A。继电器的整定值可选5A，动作时限取0.7s。

保护灵敏系数：

式中：

nL——LQG-0.5电流互感器变比

设计实践证明，绝大多数情况下此种保护灵敏系数均能满足要求，且灵敏系数较高。

（5）利用变压器低压侧主断路器的接地保护功能实现接地保护，仍然按变压器低压侧额定电流的30%选择动作电流，若此计算电流小于断路器设备要求的最小接地整定电流，应选用最小接地整定电流。为与下一级接地保护有选择性配合，要确定保护动作时限，保护动作时限一般与低压总断路器的短延时过电流保护时限相同。同样应该校验保护灵敏系数。

利用变压器低压侧总断路器接地保护功能时，一定要注意设备要求的电流互感器接线。断路器中接地保护的原理均是按避过变压器中性母线最大不平衡电流构成，即在中性母线上出现大于最大不平衡电流的情况，就地低压侧出现了单相接地短路。要获得变压器中性母线上的不平衡电流有两种方法：一是在中性点主母线上装设电流互感器；二是从变压器低压侧三相主母线上的电流互感器取三相电流矢量和。因此，低压总断路器上的接地保护获取变压器不平衡电流的方法也就有两种。若采用第一种方法，电气设计需要在变压器中性点母线上装设电流互感器；若采用第二种方式，断路器设备内已经解决，电气设计不用另外选择三个电流互感器供断路器中的接地保护使用。

这里要说明，断路器漏电保护不能用作变压器低压侧单相接地保护。若如此，当低压侧导体对地绝缘降低出现漏电电流＞500mA，低压总断路器就可能动作断开，严重影响供电可靠性。

变压器低压侧总断路器上装设瞬时过电流保护是不合适的，因它无法与下一级馈电线上的断路器的瞬时过电流保护做的保护选择性配合。也就是说下一级馈线断路器出线端附近发生短路时，低压总断路器可能误动。目前在我们的设计中均采用短路短延时0.2s。

Discussion on Setting Calculation of Cement Plant's Distribution Transformer Protection

TM401.1

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