整流变压器的保护配置及整定

胡 伟

(北京矿冶科技集团有限公司， 北京 100160)

整流变压器由于结构的特殊性，其保护配置的原则和方法与电力变压器有很大的区别，很多设计或工厂运维人员没有充分了解整流变压器的保护原理，有些按电力变压器来配置整流变压器的保护，必然使设备保护装置不能可靠动作，给设备运行带来很大安全隐患。有必要引起相关设计和运维人员的重视。本文对铜冶炼工业所用整流变压器的保护整定计算原则、公式进行介绍。

1 整流变压器的保护配置

目前有色金属行业都是按照《GB 50673—2011有色金属冶炼厂电力设计规范》的要求来对整流变压器装设保护。

1.1 瞬动过流保护

根据规范要求，整流变压器设置两套瞬动过电流保护，同变压器本体非电量保护(瓦斯保护)一起构成整流变压器的主保护。

第一套过电流保护装置在调压变的电源侧，保护瞬时动作于机组断路器跳闸。

第二套过电流保护装设于调压变的二次侧或整流变压器的一次侧，安装在变压器油箱内，保护整流变压器保护瞬时动作于机组断路器跳闸。由于第二套保护不能躲过励磁涌流，需要延时投入保护。

应该注意，第二套保护装置数量与整流变压器的数量一致，例如：如果是4×6脉波的整流变压器，需要配置4套保护装置。

规范在对第二套过电流保护装置描述时，原文“3带时限过电流保护，或延时投入瞬动过电流保护(第二套过电流保护)”将变压器主保护和后备保护(带时限过电流)并列，似乎不妥，会给设计人员造成困惑，因为第一套保护是整流变的主保护，不能保护全部整流变压器，存在死区，才考虑设置第二套保护来保护整个整流变压器，该保护应独立作为整流变压器的主保护，不应和带时限过电流保护(后备保护)并列，给设计人员造成二选一的错觉。

第一套和第二套瞬动过电流保护整定计算公式为：

(1)

式中Kk—可靠系数，第一套保护取1.5～3，须躲开变压器的励磁涌流，并应大于变压器的额定电流，不必考虑继电器的返回系数，若机组不在全压下运行，可以适当降低；第二套保护取1.1～1.5，并计及继电器返回系数，取0.8～0.85，延时取0.3～0.5 s，并应在合闸后取消延时功能；

Kjx—接线系数；

Keb—电流互感器变比；

I1e—变压器一次额定电流；

Idz—继电器动作电流。

保护装置灵敏系数按公式(2)进行计算：

(2)

式中Id—第一套保护应取第二套保护用电流互感器之前的两相短路电流值；第二套保护应取整流变压器一组二次绕组的两相短路电流；且按调压变实际所在的无励磁调压段的最低调压级和在系统最小运行方式下的短路容量进行计算。

第一套保护灵敏系数KLm不应小于2；第二套保护装置的灵敏系数KLm不应小于1.5。

在计算整流器二次侧短路电流时，制造厂给出的短路阻抗百分值往往为全部或几组二次绕组同时短路的数值，此时应予换算，或向制造厂索取选定短路方式的有关数据。换算方法可以参考文献[1]。

1.2 带时限过电流保护

目前主流的变压器微机保护装置都配置有带时限的过电流保护，可以利用第一套和第二套保护装置的带时限过电流保护作为整流变压器的后备保护，反应外部相间短路引起的整流变压器过电流故障。

带时限过电流保护动作值可按如公式(3)计算：

(3)

式中Ko1—过电流取1.2倍变压器额定电流，Kf返回系数取0.8～0.85；延时0.5～0.7 s。

保护装置灵敏系数按公式(4)进行计算：

(4)

式中Id—同第二套保护装置取值。

保护灵敏系数KLm不应小于1.3；如果不能满足灵敏度，可以采用复合电压闭锁的带时限过电流保护。

1.3 过负荷保护

整流变压器一般均设置过负荷保护，保护延时动作于报警或跳闸。延时的时间躲开人工操作纠正过负荷，取9 s左右。

过负荷保护动作值计算公式可参考第二套瞬动保护动作值，过负荷系数取1.05，Kf返回系数取0.85。

可以按上述原则整定第一套和第二套保护装置的过负荷保护。

1.4 变压器本体非电量保护

瓦斯保护：整流变压器瓦斯保护包括变压器本体瓦斯保护和有载开关瓦斯保护。由于目前整流变压器大多采用“调压变+整流变”共箱式结构，低压侧接线很复杂，整流变压器保护很少采用差动保护。变压器内部故障主要靠瓦斯保护动作，瓦斯保护对变压器匝间和层间短路、铁芯故障、套管内部故障、绕组内部断线及绝缘劣化和油面下降等故障均能灵敏动作。轻瓦斯信号动作于报警，重瓦斯信号瞬时动作于断路器跳闸。

温度保护：整流变压器过负荷、内部短路故障及环境温度过高时，变压器本体内油温升高超过整定值，会发出超温报警和跳闸信号。整流变压器按报警温度65 ℃，跳闸温度85 ℃确定。

压力保护：整流变压器内部故障，气化的变压器油使变压器内部压力急剧升高，压力释放阀动作，释放压力，同时发信号动作于断路器跳闸。

2 设计案例

下面以哈萨克斯坦某湿法冶炼厂电积整流系统的一个案例来说明整流变压器的保护配置方案。

电积整流变压器ZHSFPT- 4500/10 kV，双反星带平衡电抗器接线，单机组12脉波。系统接线见图1。

保护配置方案：第一套保护配置在10 kV开关柜内，采用变压器综保装置，设瞬动过电流保护，带时限过电流保护，过负荷保护。第二套保护单独组屏，采用变压器综保装置两套，分别保护两组整流变压器，设瞬动过电流保护(延时0.4 s投入)，带时限过电流保护，过负荷保护。

瓦斯、油温、压力保护信号统一送至整流器控制柜，由整流器控制柜发整流变压故障报警和跳闸信号至10 kV开关柜，动作于报警和断路器跳闸。

图1 哈萨克斯坦某湿法冶炼厂整流变压器保护配置

目前该厂2012年投运以来，生产平稳，未发生保护误动作，取得了很好的经济效益。

3 结论

本文简介了整流变压器的保护整定的设计要求，认为《GB 50673—2011有色金属冶炼厂电力设计规范》整流变压器保护设置存在疑问。同时结合实例，说明了整流变压器的保护整定的原则和整定方法，并尝试给出一种全面的解决办法，完善整流变压器的保护功能，希望能在企业整流变压器的综合保护应用方面提供一定的参考，引起设计和运维人员对企业整流变压器保护正确设置的重视。