(中國(guó)電建集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，杭州，310014)

1 問(wèn)題的提出

中小型水電站站用電供電范圍一般僅限廠房附件，供電范圍小，一般采用0.4kV一級(jí)電壓供電。中小型水電站發(fā)電機(jī)機(jī)端一般設(shè)有發(fā)電機(jī)斷路器，站用電電源采用在主變壓器低壓側(cè)引接的方式，發(fā)電時(shí)由機(jī)組供給站用電源，停機(jī)時(shí)能從電力系統(tǒng)倒送站用電。

如某中小型水電站發(fā)電機(jī)—變壓器組合采用單元接線(xiàn)，發(fā)電機(jī)出口裝設(shè)斷路器，發(fā)電機(jī)出口電壓為10kV。站用電分別從1號(hào)和2號(hào)主變壓器10kV側(cè)取一回電源，通過(guò)站用變壓器降壓到0.4kV后給全站供電。站用變壓器高壓側(cè)設(shè)置10kV斷路器，站用變壓器額定容量為500kVA，高壓側(cè)額定一次電流僅為27.49A。根據(jù)該電站短路電流計(jì)算結(jié)果，站用變壓器高壓側(cè)短路電流最大可達(dá)到45.67kA。

根據(jù)《繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程》(GB/T 14285-2006)的要求，該水電站在設(shè)計(jì)時(shí)，主變壓器差動(dòng)保護(hù)采用四側(cè)差動(dòng)保護(hù)，站用變壓器配置電流速斷和過(guò)電流等保護(hù)。站用變壓器考慮到站用變壓器高壓側(cè)引出線(xiàn)及內(nèi)部短路時(shí)，不至于啟動(dòng)主變壓器保護(hù)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，擴(kuò)大事故范圍，造成不必要的發(fā)電量損失。

而為了滿(mǎn)足主變壓器差動(dòng)保護(hù)以及站用變壓器保護(hù)配置的需要，我們需要在站用變壓器高壓側(cè)配置合適的保護(hù)用電流互感器。為使站用變壓器高壓側(cè)電流互感器在最大短路電流情況下滿(mǎn)足復(fù)合誤差的要求，站用變壓器高壓側(cè)電流互感器參數(shù)初步選擇為：1500/5A、10P35。

經(jīng)查，國(guó)內(nèi)主流保護(hù)廠家站用變壓器保護(hù)裝置的過(guò)電流保護(hù)電流最小整定值一般為0.1In左右，In為電流互感器額定二次電流，該電站In設(shè)計(jì)為5A，0.1In也就是0.5A。如果該電站站用變壓器過(guò)流保護(hù)用電流互感器變比也選用1500/5A，而站用變壓器一次額定電流為27.49A，也就是正常情況下電流互感器的二次側(cè)額定電流僅為0.092A，距離0.5A有一定的差距，將會(huì)導(dǎo)致站用變壓器過(guò)電流保護(hù)整定存在困難。

2 站用變壓器高壓側(cè)電流互感器和保護(hù)配置方案

首先選擇站用變壓器高壓側(cè)電流互感器的參數(shù)，以滿(mǎn)足主變壓器差動(dòng)保護(hù)要求。根據(jù)規(guī)范，電流互感器選擇驗(yàn)算應(yīng)滿(mǎn)足其額定準(zhǔn)確限值一次電流應(yīng)大于保護(hù)校驗(yàn)故障電流：

Ipn×Kalf>Ipcf

(1)

式中：Ipn——電流互感器的額定一次電流，單位A；

Kalf——保護(hù)用電流互感器的準(zhǔn)確限值系數(shù)；

Ipcf——保護(hù)校驗(yàn)故障電流。

保護(hù)校驗(yàn)故障電流Ipcf是為保證保護(hù)裝置正確動(dòng)作而合理選用的一次故障電流，根據(jù)《電流互感器和電壓互感器選擇及計(jì)算規(guī)程》(DL/T 866-2015)的要求，保護(hù)校驗(yàn)故障電流應(yīng)為保護(hù)區(qū)外短路時(shí)流過(guò)互感器的最大短路電流，此處選用站用變壓器高壓側(cè)短路電流45.67kA。

根據(jù)《電流互感器和電壓互感器選擇及計(jì)算規(guī)程》(DL/T 866-2015)中的要求，P級(jí)及PR級(jí)保護(hù)用電流互感器應(yīng)滿(mǎn)足復(fù)合誤差要求的準(zhǔn)確限值系數(shù)Kalf一般可取5、10、15、20、30和40，必要時(shí)，可與制造部門(mén)協(xié)商，采用更大的Kalf值。經(jīng)與電流互感器廠家溝通，在該電站站用變壓器高壓側(cè)電流互感器的Kalf值選為35，Ipn選為1500A，以滿(mǎn)足式(1)的要求，并能使主變壓器差動(dòng)保護(hù)各側(cè)電流互感器一次額定電流相差不至于太大。

該電站站用變壓器保護(hù)配置了包括電流速斷保護(hù)和過(guò)電流保護(hù)等。根據(jù)《廠用電繼電保護(hù)整定計(jì)算導(dǎo)則》(DL/T 1502-2016)的要求，電流速斷保護(hù)按躲過(guò)站用變壓器低壓側(cè)出口發(fā)生三相短路時(shí)流過(guò)保護(hù)的最大短路電流來(lái)整定，且要求躲過(guò)站用變壓器勵(lì)磁涌流(可取7～12倍變壓器二次額定電流)，按變比1500/5A計(jì)算，該電站站用變壓器電流速斷保護(hù)整定值為2.82A(二次側(cè)值)，整定不存在困難。根據(jù)規(guī)范要求，站用變壓器過(guò)電流保護(hù)動(dòng)作電流按躲過(guò)所帶負(fù)荷需要自啟動(dòng)的電動(dòng)的最大啟動(dòng)電流之和整定。

Idz=(Kk×Kzq×IN)/(Kfh×nL)

(2)

式中：Kk——可靠系數(shù)，取1.2；

Kzq——電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)系數(shù)，取3.5；

Kfh——返回系數(shù)，取0.9；

IN——站用變額定電流，為27.5A；

nL——電流互感器變比，為1500/5=300。

經(jīng)計(jì)算，Idz=(1.2×3.5×27.5)/(0.9×300)=0.428A。

如果站用變壓器過(guò)流保護(hù)也使用變比為1500/5A的電流互感器，根據(jù)式(2)過(guò)流保護(hù)整定值Idz=0.428A<0.5A，將無(wú)法準(zhǔn)確整定，或者需要降低保護(hù)靈敏度整定。

問(wèn)題出現(xiàn)后，經(jīng)分析，提出了如下解決方案：

站用變壓器電流速斷保護(hù)和過(guò)流保護(hù)采用兩個(gè)不同的保護(hù)裝置，電流輸入回路分別接入站用變壓器高壓側(cè)電流互感器的兩個(gè)二次繞組。電流速斷保護(hù)采用電流互感器二次繞組變比為1500/5A、10P35。而過(guò)電流保護(hù)用電流互感器二次繞組變比需要選小才能滿(mǎn)足站用變壓器保護(hù)過(guò)電流保護(hù)的使用要求。經(jīng)與電流互感器廠家溝通后，同一只電流互感器可帶有不同變比的二次繞組，電流互感器可同時(shí)帶有3個(gè)1500/5A(準(zhǔn)確級(jí)為10P35)和1個(gè)200/5A(準(zhǔn)確級(jí)為10P20)的二次繞組。站用變壓器高壓側(cè)部分繞組及引出線(xiàn)的相間短路故障情況下，電流互感器的200/5A、10P20二次繞組可能?chē)?yán)重飽和，但此時(shí)站用變壓器可在電流速斷保護(hù)的動(dòng)作下可靠切除。站用變壓器過(guò)電流保護(hù)主要保護(hù)變壓器低壓側(cè)及引線(xiàn)等的相間短路故障，其短路電流相對(duì)較小，電流互感器200/5A、10P20的二次繞組不會(huì)飽和，可以滿(mǎn)足復(fù)合誤差要求。

配置優(yōu)化后，在只增加一套站用變壓器保護(hù)裝置的情況下，既能使站用變壓器電流速斷保護(hù)用電流互感器在最大短路電流情況下滿(mǎn)足復(fù)合誤差的要求，不影響保護(hù)的準(zhǔn)確動(dòng)作，又能使站用變壓器過(guò)電流保護(hù)合理整定(Idz=3.2A)，不降低保護(hù)靈敏度的要求。

最終該水電站站用變壓器高壓側(cè)配置的電流互感器配置四個(gè)二次繞組，其中三個(gè)變比為1500/5A，一個(gè)變比為200/5A，兩個(gè)變比為1500/5A的二次繞組用于主變壓器雙套差動(dòng)保護(hù)，一個(gè)變比為1500/5A的二次繞組用于站用變壓器電流速斷保護(hù)，變比為200/5A的二次繞組用于站用變壓器過(guò)電流保護(hù)。這樣，該電站站用變壓器在高壓側(cè)配置10kV真空斷路器后，運(yùn)行方式靈活，維護(hù)方便的情況下，站用變壓器的保護(hù)配置優(yōu)化后，保護(hù)整定合理，能很好地滿(mǎn)足電站安全運(yùn)行的要求。

3 結(jié)語(yǔ)

在水電站設(shè)計(jì)中，站用電源往往取自發(fā)電機(jī)出口或發(fā)電機(jī)電壓母線(xiàn)，因而站用電分支的短路電流比發(fā)電機(jī)出口更大，但很多中小型水電站的站用變壓器容量通常不大，帶來(lái)了站用變壓器過(guò)電流保護(hù)整定困難等矛盾，給水電站設(shè)計(jì)人員帶來(lái)了困惑。以前類(lèi)似工程中為解決這個(gè)矛盾，采用了高壓熔斷器來(lái)作為站用變壓器的保護(hù)，但這種方式存在發(fā)生事故時(shí)熔斷器熔斷造成檢修麻煩且會(huì)帶來(lái)經(jīng)濟(jì)損失等缺點(diǎn)。而本文提出的通過(guò)采用增加一套站用變壓器保護(hù)裝置，以及站用變壓器電流互感器二次繞組采取不同變比的方法，能很好地解決這種矛盾，是一種新的解決思路。這種站用變壓器的保護(hù)和電流互感器配置方式在該水電站已經(jīng)投運(yùn)多年，經(jīng)實(shí)踐證明，該配置方式是安全可靠的，達(dá)到了預(yù)期的效果，這為后續(xù)其它類(lèi)似水電站的相關(guān)設(shè)計(jì)積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。