- GB/T 50062-2008 電力裝置的繼電保護和自動裝置設計規范
- 中國電力工程顧問集團東北電力設計院主編
- 7410字
- 2022-07-15 11:14:29
4 電力變壓器保護
4.0.1 電壓為3~110kV,容量為63MV·A及以下的電力變壓器,對下列故障及異常運行方式,應裝設相應的保護裝置:
1 繞組及其引出線的相間短路和在中性點直接接地或經小電阻接地側的單相接地短路。
2 繞組的匝間短路。
3 外部相間短路引起的過電流。
4 中性點直接接地或經小電阻接地的電力網中外部接地短路引起的過電流及中性點過電壓。
5 過負荷。
6 油面降低。
7 變壓器油溫過高、繞組溫度過高、油箱壓力過高、產生瓦斯或冷卻系統故障。
本條列舉了應裝設保護裝置的電力變壓器的故障類型及異常運行方式。本次修訂,將原規范第4.0.1條中的“中性點直接接地電力網中”改為“中性點直接接地或經小電阻接地電力網中”,“溫度升高”、“壓力升高”等改為“溫度過高”、“壓力過高”。
4.0.2 容量為0.4MV· A及以上的車間內油浸式變壓器、容量為0.8MV·A及以上的油浸式變壓器,以及帶負荷調壓變壓器的充油調壓開關均應裝設瓦斯保護,當殼內故障產生輕微瓦斯或油面下降時,應瞬時動作于信號;當產生大量瓦斯時,應動作于斷開變壓器各側斷路器。
瓦斯保護應采取防止因震動、瓦斯繼電器的引線故障等引起瓦斯保護誤動作的措施。
當變壓器安裝處電源側無斷路器或短路開關時,保護動作后應作用于信號并發出遠跳命令,同時應斷開線路對側斷路器。
與原規范第4.0.2條的條文比較,增加了“帶負荷調壓變壓器的充油調壓開關”應裝設瓦斯保護,“瓦斯保護應采取防止因振動、瓦斯繼電器的引線故障等引起瓦斯保護誤動作的措施”等內容。
4.0.3 對變壓器引出線、套管及內部的短路故障,應裝設下列保護作為主保護,且應瞬時動作于斷開變壓器的各側斷路器,并應符合下列規定:
1 電壓為10kV及以下、容量為10MV·A以下單獨運行的變壓器,應采用電流速斷保護。
2 電壓為10kV以上、容量為10MV·A及以上單獨運行的變壓器,以及容量為6.3MV·A及以上并列運行的變壓器,應采用縱聯差動保護。
3 容量為10MV·A以下單獨運行的重要變壓器,可裝設縱聯差動保護。
4 電壓為10kV的重要變壓器或容量為2MV·A及以上的變壓器,當電流速斷保護靈敏度不符合要求時,宜采用縱聯差動保護。
5 容量為0.4MV·A及以上、一次電壓為10kV及以下,且繞組為三角-星形連接的變壓器,可采用兩相三繼電器式的電流速斷保護。
原規范第4.0.3條的修改條文,以與《繼電保護和安全自動裝置技術規程》GB/T 14285—2006相協調。
4.0.4 變壓器的縱聯差動保護應符合下列要求:
1 應能躲過勵磁涌流和外部短路產生的不平衡電流。
2 應具有電流回路斷線的判別功能,并應能選擇報警或允許差動保護動作跳閘。
3 差動保護范圍應包括變壓器套管及其引出線,如不能包括引出線時,應采取快速切除故障的輔助措施。但在63kV或110kV電壓等級的終端變電站和分支變電站,以及具有旁路母線的變電站在變壓器斷路器退出工作由旁路斷路器代替時,縱聯差動保護可短時利用變壓器套管內的電流互感器,此時套管和引線故障可由后備保護動作切除;如電網安全穩定運行有要求時,應將縱聯差動保護切至旁路斷路器的電流互感器。
本條對變壓器的縱聯差動保護提出了具體要求。
1 關于差動保護的整定值問題。以往變壓器的差動保護整定值要躲開電流互感器二次回路斷線和外部故障不平衡電流值,一般靈敏系數較低。特別是變壓器匝間短路(這是常見的故障)時靈敏系數更低。目前微機型差動保護對變壓器各側均有制動,如不考慮電流互感器二次回路斷線情況,整定值可以降低,以提高靈敏性。但應盡量不在差動回路內連接其他元件,以減少或防止電流互感器二次回路故障的可能性。
2 關于差動保護使用變壓器套管電流互感器的問題。變壓器高壓側使用套管電流互感器而不另裝互感器,可節省投資。通常在63kV和110kV級容量分別為20000kV·A和31500kV·A及以上的變壓器可供給套管型電流互感器。但當差動保護使用變壓器套管電流互感器時,則變壓器該側套管或引線故障相當于母線故障,將切除較多的系統元件或使切斷的時間過長。而目前國內變壓器高壓側套管引線的故障,在變壓器總故障次數中所占比例還是不少的;另外,套管電流互感器的二次繞組組數是三組,使用時有一定困難:差動保護用一組,母線保護用一組,后備保護與儀表共用一組。一組互感器上連接元件過多,不僅負擔可能過大而且降低了可靠性,后備保護和儀表共用一組互感器保護準確級和測量精度都難以保證。此外變壓器套管電流互感器試驗時也存在一些困難,例如無法通入大電流做變比試驗。
根據上述情況,條文規定差動保護范圍一般包括套管及其引出線,即一般不使用變壓器套管電流互感器構成差動保護。僅在某些情況下,例如63kV和110kV電壓等級的終端變電站和分支變電站;63kV和110kV變壓器高壓側未裝斷路器的線路變壓器組,其變壓器容量分別為20000kV·A和31500kV·A及以上時,才利用變壓器套管電流互感器構成差動保護。
此外,當變壓器回路的一次設備由于檢修或其他原因退出運行而用旁路回路代替時,作為臨時性措施,差動保護亦可利用變壓器套管電流互感器。與原規范4.0.4條比較,增加了CT 斷線允許保護動作的內容,但在實際工程中應區別對待,對給重要負荷供電的變壓器,當變壓器退出可能造成重大損失的,可按只發出信號考慮。
4.0.5 對由外部相間短路引起的變壓器過電流,應裝設下列保護作為后備保護,并應帶時限動作于斷開相應的斷路器,同時應符合下列規定:
1 過電流保護宜用于降壓變壓器。
2 復合電壓啟動的過電流保護或低電壓閉鎖的過電流保護,宜用于升壓變壓器、系統聯絡變壓器和過電流保護不符合靈敏性要求的降壓變壓器。
本條保留原規范第4.0.5條的條文。本條對由外部相間短路引起的變壓器過電流應裝設的保護裝置作了規定。過電流保護裝置的整定值應考慮變壓器區外故障時可能出現的過負荷,而不能按避越變壓器的額定電流來整定。
4.0.6 外部相間短路保護應符合下列規定:
1 單側電源雙繞組變壓器和三繞組變壓器,相間短路后備保護宜裝于各側;非電源側保護可帶兩段或三段時限;電源側保護可帶一段時限。
2 兩側或三側有電源的雙繞組變壓器和三繞組變壓器,相間短路應根據選擇性的要求裝設方向元件,方向宜指向本側母線,但斷開變壓器各側斷路器的后備保護不應帶方向。
3 低壓側有分支,且接至分開運行母線段的降壓變壓器,應在每個分支裝設相間短路后備保護。
4 當變壓器低壓側無專用母線保護,高壓側相間短路后備保護對低壓側母線相間短路靈敏度不夠時,應在低壓側配置相間短路后備保護。
本條在原規范第4.0.6條基礎上作了若干修訂。據微機保護的特點將后備保護由原規范條文的裝于主變的主電源側和主負荷側,修改為裝于主變各側。非電源側保護可帶兩段或三段時限,第一時限用于縮小故障范圍,即斷開本側母聯或分段斷路器,第二時限斷開本側斷路器,第三時限斷開變壓器各側斷路器;電源側保護可帶一段時限,斷開變壓器各側斷路器;增加了變壓器低壓側有分支的后備保護的配置,以及變壓器低壓側無專用母線保護時,相應后備保護配置的方式。
4.0.7 三繞組變壓器的外部相間短路保護,可按下列原則進行簡化:
1 除主電源側外,其他各側保護可僅作本側相鄰電力設備和線路的后備保護。
2 保護裝置作為本側相鄰電力設備和線路保護的后備時,靈敏系數可適當降低,但對本側母線上的各類短路應符合靈敏性要求。
本條保留原規范第4.0.7條的條文。
目前運行的雙線圈變壓器和三線圈變壓器的外部短路過電流保護一般比較復雜,設計和運行單位建議加以簡化。但在具體工程設計時,由于對一些出現機會很少的故障情況考慮過多,往往還是得不到簡化。因此,條文中集中各地的意見和經驗提出了簡化原則和保護的具體配置原則。
4.0.8 中性點直接接地的110kV電力網中,當低壓側有電源的變壓器中性點直接接地運行時,對外部單相接地引起的過電流,應裝設零序電流保護,并應符合下列規定:
1 零序電流保護可由兩段組成,其動作電流與相關線路零序過電流保護相配合,每段應各帶兩個時限,并均應以較短的時限動作于縮小故障影響范圍,或動作于斷開本側斷路器,同時應以較長的時限動作于斷開變壓器各側斷路器。
2 雙繞組及三繞組變壓器的零序電流保護應接到中性點引出線上的電流互感器上。
本條保留原規范第4.0.8條的條文。
本條是直接接地電力網中關于中性點直接接地變壓器零序電流保護的規定。指出雙線圈及三線圈變壓器的零序電流保護應接于中性點引出線的電流互感器上,這種方式在變壓器外部和內部發生單相接地短路時均能起保護作用。
4.0.9 110kV中性點直接接地的電力網中,當低壓側有電源的變壓器中性點可能接地運行或不接地運行時,對外部單相接地引起的過電流,以及對因失去中性點接地引起的電壓升高,應裝設后備保護,并應符合下列規定:
1 全絕緣變壓器的零序保護應按本規范第4.0.8條裝設零序電流保護,并應增設零序過電壓保護。當變壓器所連接的電力網選擇斷開變壓器中性點接地時,零序過電壓保護應經0.3~0.5s時限動作于斷開變壓器各側斷路器。
2 分級絕緣變壓器的零序保護,應在變壓器中性點裝設放電間隙。應裝設用于中性點直接接地和經放電間隙接地的兩套零序過電流保護,并應增設零序過電壓保護。用于中性點直接接地運行的變壓器應按本規范第4.0.8條裝設零序電流保護;用于經間隙接地的變壓器,應裝設反應間隙放電的零序電流保護和零序過電壓保護。當變壓器所接的電力網失去接地中性點,且發生單相接地故障時,此零序電流電壓保護應經0.3~0.5s時限動作于斷開變壓器各側斷路器。
本條為原規范第4.0.9條的修改條文。本條對經常不接地運行的變壓器采取的特殊保護措施作了明確規定。
110kV直接接地電力網中低壓側有電源的變壓器,中性點可能直接接地運行,也可能不接地運行。對這類變壓器,應當裝設反應單相接地的零序電流保護,用以在中性點接地運行時切除故障;還應當裝設專門的零序電流電壓保護,用以在中性點不接地運行時切除故障。保護方式對不同類型的變壓器又有所不同,說明如下:
當變壓器低壓側有電源且中性點可能不接地運行時,應增設零序過電壓保護。
1 對全絕緣變壓器:裝設零序過電壓保護,對于直接接地系統的全絕緣變壓器,內過電壓計算一般為3.0Uxg(Uxg為最高運行相電壓)。當電力網中失去接地中性點并且發生弧光接地時,過電壓值可達到3.0Uxg,因此一般不會使變壓器中性點絕緣受到損害;但在個別情況下,弧光接地過電壓值可達到3.5Uxg,如持續時間過長,仍有損壞變壓器的危險。由于一分鐘工頻耐壓大于等于3.0Uxg,所以在3.5Uxg電壓下仍允許一定時間,裝設零序過電壓保護經0.5s延時切除變壓器,可以防止變壓器遭受弧光接地過電壓的損害。其次,在非直接接地電力網中,切除單相接地空載線路產生的操作過電壓,可能達到4.0Uxg及以上。電力網中失去接地中性點且單相接地時,以0.5s延時迅速切除低壓側有電源的變壓器,還可以在某些情況下避免電力設備遭受上述操作過電壓的襲擊。此外,當電力網中電容電流較大時,如不及時切除單相接地故障,有發展成相間短路的可能,因此,裝設零序過電壓保護也是必要的。
在電力網存在接地中性點且發生單相接地時,零序過電壓保護不應動作。動作值應按這一條件整定。當接地系數X0/X1≤3時,故障點零序電壓小于等于0.6Uxg,因此,一般可取動作電壓為180V。當實際系統中X0/X1<3時,也可取與實際X0/X1值相對應的低于180V的整定值。
2 分級絕緣的變壓器:對于中性點可能接地或不接地運行的變壓器,一般裝設放電間隙,但也有極個別的低壓終端變電站的變壓器不裝設放電間隙。對這兩種接地方式的變壓器,其零序保護可按下述方式處理:
1)中性點裝設放電間隙。放電間隙的選擇條件是:在一定的X0/X1值下,躲過單相接地暫態電壓;一般在X0/X1≤3時,按躲過單相接地暫態電壓整定的間隙值,能夠保護變壓器中性點絕緣免遭內過電壓的損害;當電力網中失去接地中性點且單相接地時,間隙放電。
對于中性點裝設放電間隙的變壓器,要按本規范4.0.8條的規定裝設零序電流保護。用于在中性點接地運行時切除故障。
此外,還應當裝設零序電流電壓保護,用于在間隙放電時及時切除變壓器,并作為間隙的后備,當間隙拒動時用以切除變壓器。
零序電流電壓保護由電壓和電流元件組成,當間隙放電時,電流元件動作;放電拒動時,電壓元件動作。電流或電壓元件動作后,均經0.5s延時切除變壓器。
零序電壓元件動作值的整定與本條第1款零序過電壓保護相同。
零序電流元件按間隙放電最小電流整定,一般取一次動作電流為100A。
采用上述零序電流保護和零序電流電壓保護時,首先切除中性點接地變壓器,當電力網中失去接地中性點時,靠間隙放電保護變壓器中性點絕緣,經0.5s延時再由零序電流電壓保護切除中性點不接地的變壓器。采用這種保護方式,好處是比較簡單,但當間隙拒動時,則靠零序電流電壓保護變壓器,在0.5s 內,變壓器要承受內過電壓,如系間歇電弧接地,一般過電壓值可達3.0Uxg,個別情況下可達3.5Uxg,變壓器有遭受損害的可能性。
2)中性點不裝設放電間隙。對于中性點不裝設放電間隙的變壓器,零序保護應首先切除中性點不接地變壓器。此時,可能有兩種不同的運行方式:一是任一組母線上至少有一臺中性點接地變壓器,二是一組母線上只有中性點不接地變壓器。對這兩種運行方式,保護方式也有所不同:
當任一組母線上至少有一臺中性點接地變壓器時,零序電流保護也是由兩段組成,與本規范第4.0.8條的不同之處,是Ⅰ段只帶一個時限,僅動作于斷開母線聯絡斷路器;Ⅱ段設置兩個時限,第一時限動作于斷開母線聯絡斷路器,第二時限動作于切除中性點接地的變壓器。此外,還要裝設零序電流電壓保護,它在中性點接地變壓器有零序電流、中性點不接地變壓器沒有零序電流和母線上有零序電壓的條件下動作,經延時動作于切除中性點不接地的變壓器。零序電流電壓保護的時限與零序電流保護Ⅱ段的兩個時限相配合,以保證先切除中性點不接地變壓器,后切除中性點接地變壓器。零序電流Ⅰ段只設置一個時限,而不設置兩個時限,是為了避免與零序電流電壓保護的時限配合使接線復雜化。
當一組母線上只有中性點不接地變壓器時,為保證首先切除中性點不接地運行的變壓器,則不能用上述首先斷開母線聯絡斷路器的方法。在條文中規定,采用比較簡單的辦法:反應中性點接地變壓器有零序電流;反應中性點不接地變壓器沒有零序電流和母線上有零序電壓的零序電流電壓保護,其動作時限與相鄰元件單相接地保護配合;零序電流保護只設置一段,帶一個時限,時限與零序電流電壓保護配合,以保證首先切除中性點不接地變壓器。
當一組母線上只有中性點不接地變壓器時,為了盡快縮小故障影響范圍,減少全停的機會,若也采用首先斷開母線聯絡斷路器的保護方式,則將在約0.5s的時間內,使中性點不接地變壓器遭受內過電壓襲擊,這與中性點裝設放電間隙而間隙拒動的情況類似(只是后者幾率小一些)。為設備安全計,在條文中沒有推薦采用這種保護方式。
測量母線零序電壓的電壓元件,一般應比零序電流元件靈敏,但應躲過可能出現的最大不平衡電壓,一般可取5V。
4.0.10 當變壓器低壓側中性點經小電阻接地時,低壓側應配置三相式過電流保護,同時應在變壓器低壓側裝設零序過電流保護,保護應設置兩個時限。零序過電流保護宜接在變壓器低壓側中性點回路的零序電流互感器上。
本條比原規范第4.0.10條增加了變壓器中性點經小電阻接地的保護配置的內容。
目前,國內變電站主變壓器低壓側中性點有部分是經小電阻接地,應配置低壓側三相和中性點零序過電流保護。在變壓器低壓側裝設零序過電流保護,應設置兩個時限,該保護與低壓側出線的接地保護在靈敏度和動作時間上配合,以較短的時限動作于縮小故障影響范圍,斷開母聯或分段斷路器;以較長的時限動作于斷開變壓器各側斷路器。
取消了原規范第4.0.10條“高壓側為單電源,低壓側無電源的降壓變壓器,不宜裝設專門的零序保護”的規定。理由是,對雙繞組變壓器,高壓側為三角形接線,低壓側為星形接線且中性點直接接地的變壓器,均在變壓器中性線上裝設零序過流保護。
4.0.11 專用接地變壓器應按本規范第4.0.3條配置主保護,并應配置過電流保護和零序過電流保護作為后備保護。
新增條文,對專用接地變壓器的保護作了規定。
參照常規變壓器保護配置電流及零序過電流保護。
4.0.12 當變壓器中性點經消弧線圈接地時,應在中性點設置零序過電流或過電壓保護,并應動作于信號。
新增條文,對變壓器中性點經消弧線圈接地時的保護作了規定。
4.0.13 容量在0.4MV·A及以上、繞組為星形-星形接線,且低壓側中性點直接接地的變壓器,對低壓側單相接地短路應選擇下列保護方式,保護裝置應帶時限動作于跳閘:
1 利用高壓側的過電流保護時,保護裝置宜采用三相式。
2 在低壓側中性線上裝設零序電流保護。
3 在低壓側裝設三相過電流保護。
本條保留原規范第4.0.11條的條文。
4.0.14 容量在0.4MV· A及以上、一次電壓為10kV及以下、繞組為三角-星形接線,且低壓側中性點直接接地的變壓器,對低壓側單相接地短路,可利用高壓側的過電流保護,當靈敏度符合要求時,保護裝置應帶時限動作于跳閘;當靈敏度不符合要求時,可按本規范第4.0.13條第2款和第3款裝設保護裝置,并應帶時限動作于跳閘。
本條對原規范第4.0.12的條文進行了修改。
4.0.15 容量在0.4MV· A及以上并列運行的變壓器或作為其他負荷備用電源的單獨運行的變壓器,應裝設過負荷保護。對多繞組變壓器,保護裝置應能反應變壓器各側的過負荷。過負荷保護應帶時限動作于信號。
在無經常值班人員的變電站,過負荷保護可動作于跳閘或斷開部分負荷。
本條根據目前微機保護的全面采用,對原規范第4.0.13條的條文作了修改。
4.0.16 對變壓器油溫度過高、繞組溫度過高、油面過低、油箱內壓力過高、產生瓦斯和冷卻系統故障,應裝設可作用于信號或動作于跳閘的裝置。
本條保留原規范第4.0.14條的條文。
國家現行標準《電力變壓器運行規程》DL/T 572—1995,第4.4.3條規定:“強油循環風冷和強油循環水冷變壓器,當冷卻系統故障切除全部冷卻器時,允許帶額定負載運行20min。如20min后頂層油溫尚未達到75℃,則允許上升到75℃,但在這種狀態下運行的最長時間不得超過1h。”其第3.1.6條規定:
“變壓器應按下列規定裝設溫度測量裝置:
1 應有測量頂層油溫的溫度計(柱上變壓器可不裝),無人值班變電站內的變壓器應裝設指示頂層油溫最高值的溫度計。
2 1000kV·A及以上的油浸式變壓器、800kV·A及以上的油浸式和630kV·A及以上的干式廠用變壓器,應將信號溫度計接遠方信號。
3 8000kV·A及以上的變壓器應裝有遠方測溫裝置。”
其第3.1.7條規定:“無人值班變電站內20000kV·A及以上的變壓器,應裝設遠方監視負載電流和頂層油溫的裝置。無人值班的變電站內安裝的強油循環冷卻的變壓器,應有保證在冷卻系統失去電源時,變壓器溫度不超過規定值的可靠措施”。
按上述規定,油面溫度尚未到達75℃時,允許上升到75℃,在允許的時間內保護裝置動作應作用于信號;當超過允許的時間時,保護裝置動作應作用于跳閘,將變壓器斷開。
壓力釋放裝置、繞組溫度過高、油溫過高等,應按運行要求作用于信號或動作于跳閘。
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