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1 引言
电力变压器的故障分为内部和外部两种故障。内部故障指变压器油箱里面发生的各种故障，主要靠瓦斯和差动�；ざ髑谐溲蛊�；外部故障指油箱外部绝缘套管及其引出线上发生的各种故障，一般情况下由差动�；ざ髑谐溲蛊�。速动�；ぃㄍ咚购筒疃┪扪邮倍髑谐收媳溲蛊�，设备是否损坏主要取决于变压器的动稳定性。而在变压器各侧母线及其相连间隔的引出设备故障时，若故障设备未配�；ぃㄈ绲脱共嗄赶弑；ぃ┗虮；ぞ芏�，则只能靠变压器后备�；ざ魈嘤厥贡溲蛊魍牙牍收�。因后备�；ご邮倍�，所以变压器必然要承受一定时间段内的区外故障造成的过电流，在此时间段内变压器是否损坏主要取决于变压器的热稳定性。因此，变压器后备�；さ亩ㄖ嫡ㄓ氡溲蛊髯陨淼娜任榷ㄒ笾浯嬖谧疟厝坏牧�。
2 变压器设计热稳定指标
文献［1］中要求“对称短路电流I的持续时间：当使用部门未提出其它要求时，用于计算承受短路耐热能力的电流I的持续时间为2s。注：对于自耦变压器和短路电流超过25倍额定电流的变压器，经制造厂与使用部门协商后，采用的短路电流持续时间可以小于2s�！�
当以平均电压作为基准电压，以1000MVA为基准容量时，可以计算出对应的系统等值电抗标幺值。
按以上设计考虑，一台220kV/120MVA普通三卷变压器，取变压器典型参数（高低压阻抗比为22．4）计算可知：低压侧能够承受的热稳定电流标幺值约为0．51。当两台这样的变压器并列运行，低压侧母线故障本侧分段开关跳开时，变压器低压绕组中可能的短路电流可达到0．75倍标幺值，比设计值增大了近50％。若三台这样的变压器并列运行，变耦变压器，按技术规程［2］要求，装设瓦斯�；�、过激磁�；�、双重差动�；�，同时在其高、中压侧均装设了阻抗�；ぜ傲阈蚍较虻缌鞅；�，低压侧装设过流�；�。这些�；ぞ饔糜谔�。高、中压侧的阻抗�；ず偷脱共喙鞅；な舯溲蛊鞯南嗉浜蟊副；�。由于500kV变压器多为单相式变压器，所以变压器本体不会发生相间故障。在变压器所连接的高、中压系统中，线路�；ひ话闩渲昧怂刈萘；�，并有完整的后备�；�，这样线路的故障一般会较快地切除，对变压器影响较小。因此，变压器的相间后备�；びχ饕谄涓鞑嗄赶吖收鲜逼鹱饔�，特别是中、低压侧母线的故障（500kV侧母线设有双套母差�；ぃ�。中、低压母线故障流过变压器的短路电流大，不仅引起变压器绕组过热，还可能造成绕组的动稳定破坏，诱发严重的内部故障。零序方向电流�；な舯溲蛊鞯慕拥毓收虾蟊副；�，可以反应变压器内部、高中压侧母线及与高中压母线邻近的电气设备的接地故障。
3．2 220kV及以下变压器
220kV变压器多为三相式三卷变压器，按技术规程要求，一般装设瓦斯�；�、差动�；�，同时在其高、中压侧均装设了复合电压闭锁过流�；ぜ傲阈蚍较蚬缌鞅；び爰湎侗；�，低压侧装设复合电压闭锁过流�；�。各侧复合电压闭锁过流�；ぜ傲阈蚍较蚬缌鞅；ぷ酆�，可以反应变压器内部、各侧母线及母线邻近的电气设备的接地与相间故障，作为变压器自身主�；ぜ案鞑嗄赶呒澳赶吡诮牡缙璞傅暮蟊副；�。110kV及以下变压器一般装设瓦斯�；ぃǘ杂徒奖溲蛊鳎�、差动�；�，110kV侧零序过电流�；�、间隙�；ぜ案鞑喙鞅；せ蚋春系缪贡账鞅；�，这些�；さ淖饔糜�220kV变压器的作用相似。
4 可能考验变压器热稳定性的故障
4．1 500kV变压器
由于变压器自身主�；ぷ爸眉捌浣�、直流回路的完全双重化配置，应可以不再考虑变压器差动�；し段诠收隙员溲蛊魅任榷ㄐ缘目佳�。500kV系统母线、线路�；さ耐耆鼗渲�，快速�；ぴ诒；し段系慕徊娌贾�，及完善的失灵�；�，笔者认为可以不考虑500kV系统侧故障对变压器热稳定性的考验。
220kV系统侧线路�；に鼗渲�，母线�；つ壳岸辔ヅ渲�。因此，当母差�；ばＱ橥Ｔ嘶蚬收暇芏�，变压器只能靠其后备�；ざ魇蛊渫牙牍收系�。变压器开关（或转带时旁路开关）与TA间的故障很可能靠变压器后备�；ね牙牍收系�。
变压器低压侧一般经由母线带站用变、电抗器及电容器，有的变电站可能带较少的站外负荷。很多站低压母线未配母差�；�，因此母线故障变压器只能靠其后备�；ざ魇蛊渫牙牍收系�；再者，当站用变或电抗器及电容器故障而其开关或�；ぞ芏�，变压器也要靠其后备�；ざ魇蛊渫牙牍收系�。
4．2 220kV及以下变压器
对于两侧系统都有电源的联络变压器：任何一侧母差�；ばＱ橥Ｔ嘶蚬收暇芏�；变压器开关与TA间故障时；旁路转带方式在主变套管TA至旁母引线、旁路母线、旁路开关与TA间故障时；母线（220kV母线除外）上其他开关所带电气设备故障而其开关或�；ぞ芏北溲蛊髦荒芸科浜蟊副；ざ魇蛊渫牙牍收系�。
对于仅高压侧系统有电源的降压变压器：中、低侧母差�；ばＱ橥Ｔ嘶蚬收暇芏�；中、低压侧变压器开关与TA间故障时；中、低压侧母线上其他开关所带电气设备故障而其开关或�；ぞ芏北溲蛊髦荒芸科浜蟊副；ざ魇蛊渫牙牍收系�。
5 变压器相间后备�；さ呐渲糜胝�
变压器接地故障�；ざㄖ涤肫渌汉傻墓叵挡淮�，因此接地故障后备�；さ恼ㄑ邮币话憬隙�，能够满足2s的热稳定时间要求。在此仅关心变压器相间后备�；さ亩ㄖ滴侍�。
5．1 整定规程要求
《220～500kV电网继电�；ぷ爸迷诵姓ü娉獭分幸螅�3］：
变压器各侧的过电流�；ぞ炊惚溲蛊鞫疃ǜ汉烧�，但不作为短路�；さ囊患恫斡胙≡裥耘浜�，其动作时间应大于所有出线�；さ淖畛な奔�。
变压器短路故障后备�；びχ饕魑嗔谠氨溲蛊髂诓抗收系暮蟊副；�。主电源侧的变压器相间短路后备�；ぶ饕魑溲蛊髂诓抗收系暮蟊副；�。其它各侧的后备�；ぶ饕魑静嘁�、本侧母线和相邻线路的后备�；�，并尽可能当变压器内部故障时起后备作用。以较短时限动作于缩小故障影响范围，以较长时限动作于断开变压器各侧断路器。
主电网间联络变压器的短路故障后备�；ふǎ焊撸ㄖ校┭共啵ㄖ鞯缭床啵┫嗉涠搪泛蟊副；ざ鞣较蚩芍赶虮溲蛊�，作为变压器高（中）压侧绕组及对侧母线相间短路故障的后备�；�，并对中（高）压侧母线故障有足够的灵敏度，灵敏系数大于1．5；如采用阻抗�；ぷ魑蟊副；�，且不装设振荡闭锁回路，则其动作时间应躲过系统振荡周期，其反方向偏移阻抗部分作为本侧母线故障的后备�；�。
供电变电所降压变压器的短路故障后备�；ふǎ焊哐共啵ㄖ鞯缭床啵┫嗉涠搪泛蟊副；ざ鞣较蛑赶虮溲蛊�，对中压侧母线故障有足够灵敏度。
5．2 500kV变压器的�；�
当220kV侧母差�；ばＱ橥Ｔ嘶蚬收暇芏翱赜隩A间故障时，变压器高压侧及本侧的阻抗�；ざ杂诮鹗粜远搪饭收嫌δ芸煽慷�，且�；ふㄑ邮笨梢栽�1．5～2．0s之间。如果短路为非金属性的，经弧光短路时，阻抗�；た赡芰槊舳炔蛔慊蛘ㄑ邮背び�2．0s。最好在本侧设一个保变压器热稳定的反时限过流�；�，其整定值应由变压器的热稳定要求决定。如果只设一个电压闭锁定时限的过流�；�，则其电流定值应保证在变压器本侧流过的电流接近热稳定电流时可靠动作，如整定为0．8倍的设计允许热稳定电流值（主要考虑TA和�；ぷ爸帽旧淼牟饬课蟛睿�，且使变压器脱离故障点动作延时不长于2．0s。问题是当实际故障电流略小于�；ざㄖ凳�，�；そ荒芏魇贡溲蛊魍牙牍收系�，故障电流仍有可能在较长的时间内造成变压器热稳定的破坏。所以，还需要有一个延时较长（如3．0～5．0s），动作值更小的电压闭锁过流�；�。笔者认为：220kV侧母差�；に鼗渲�，并合理设计失灵�；�，由它们共同实现使变压器快速脱离故障点，也应是较好的方案。（220kV母差�；ぶ苯犹溲蛊鞲鞑嗫�，虽也可解决开关与TA间故障及母线故障变压器该侧开关拒动的问题，但在多数情况下多跳了开关，在一些情况下还可能导致500kV另一元件停电。）
变压器低压侧一般采用三角形接线，高、中压侧的阻抗�；ず芸赡芏缘脱共喽搪菲鸩坏奖；ぷ饔茫�4］。因此，变压器低压侧的电压闭锁过流�；ざ嘀鼗渲�，才可以保证在任何情况下运行设备都由两套交、直流输入和输出回路相互独立，并分别控制不同断路器的继电�；ぷ爸媒斜；�。单相式500kV变压器的低压侧设有套管TA，可测量到变压器低压侧各相线圈流过的电流。在近低压侧断路器处还设有外附TA。这样的TA布局方便了低压侧�；ざ嘀鼗慕涣鞯缌骰芈方酉咭�，可将过流�；し直鸾佑谔坠躎A和外附TA。在�；ぷ爸蒙杓坪椭圃焓�，要做到过流各有自身的直流逆变电源和出口跳闸继电器。在二次回路设计时，要做到使它们的直流电源受不同的熔断器控制，其中一套�；さ闹绷魅鄱掀魅鄱鲜辈挥跋炱渌鞅；さ恼Ｔ诵�。在�；こ隹谒下菲鞯纳杓浦�，应满足既有跳低压侧断路器的�；ざ�，又有跳变压器各侧断路器的�；ざ�。实际计算表明：此过流�；びδ鼙Ｖざ缘脱鼓赶叩墓收嫌凶愎坏牧槊舳惹叶魇奔湓�1．0s以内。
5．3 220kV联络变压器的�；�
一般中压侧的电源较弱（不以中压侧的电压等级为主网架的电网），高压侧故障时流过变压器的故障电流远小于中、低压侧故障时流过的电流，应重点考虑中、低压侧相关设备短路时对变压器热稳定性的影响。
变压器低压侧：过流�；ざ杂谖醋吧枘覆畹牡脱共嗄赶�，应是此母线故障的主�；�；装设了母差的低压侧母线，主变开关与TA间的故障（TA未在开关近母线侧时）也只能靠后备�；で谐�；作为出线�；さ暮蟊��；诹硗饬讲嗖⒘性诵屑肮收鲜狈侄慰靥⒌囊蛩�，低压侧过流�；で谐收系氖奔洳唤鲆淮笥�2．0s，而且要尽量压缩到更短的时间。实际运行中定值整定的可行性取决于低压侧是否有送出线路。低压侧为10kV的变压器，其出线一般直供用户，出线�；ぱ邮庇ο拗圃�1s，主变低压侧过流�；さ难邮笨煽刂圃�2s内。低压侧为35kV的变压器均有送出线路，此线路带下一级变电站，因此，此线路�；さ难邮卑凑Ｅ浜弦话阋び�1．5s，这就使得主变低压侧过流�；さ恼ㄑ邮贝笥�2s。若将主变低压侧过流�；さ难邮闭ㄎ�2s，必然与出线后备�；な�，有越级跳闸的可能。需要增加与出线�；は奘钡缌魉俣吓浜系谋溲蛊鞯脱共喽搪饭鞅；�，综合考虑有配合关系的�；ざㄖ�，提高�；さ乃俣院脱≡裥�。此短路过流�；びτ刑溲蛊鞲鞑嗟墓δ�。
变压器中压侧：使本侧相间后备�；ざ魇奔洳淮笥�2s应该说有很大的困难。在现有按躲变压器负荷电流整定的过流�；ふㄔ虿槐涞那榭鱿�，增加一段短路�；す鞫ㄖ�。为了压缩动作时间，可考虑与出线的阻抗II段配合，但要求此II段应对本线及相邻的下一级线路故障有灵敏度，联络线的阻抗II段因有电源的助增很难满足此要求。因此，变压器本侧电流定值应躲过出线阻抗II段�；し段┒说亩搪�。对于辐射线可考虑与出线的阻抗II段配合（II段应对本线及相邻的下一级线路故障有灵敏度），躲过出线相联变电站其他侧母线短路流过本变压器的故障电流。短路过流�；ざ骱笙忍静嗄噶偬溲蛊鞅静嗫刈詈筇鞑�。实际系统试算表明，在变压器并列运行、系统有检修时此�；ざ员静嗄赶吡较喽搪返牧槊舳饶岩源锏�1．5的要求�？梢钥悸窃黾痈盒虻缌鞅；ひ蕴岣吡较喽搪返牧槊舳�，但综合考虑各种短路的需求，最好还是在本侧设一个保变压器热稳定的反时限过流�；�，其整定值应由变压器的热稳定要求决定。
变压器高压侧：作为主电源的短路过流�；びψ魑溲蛊髦�、低压侧故障的后备�；�。在中、低压侧故障但�；ぞ芏蚩鼐芏�，高压侧过流�；びΧ髑谐收�，并与中、低压的短路过流段配合，但对中、低压侧故障可能灵敏度不足，在220kV变压器�；の⒒⑹迪炙嘏渲�，且中、低压侧过流都具有满足延时要求并跳三侧的�；ざ魏�，高压侧过流可不做严格要求。高压侧母线故障时，流过变压器绕组的电流一般较中、低压侧故障时小，变压器热稳定允许的情况下，由按躲额定负荷电流整定的过流�；ざ鳎ㄑ邮痹�5s左右）使变压器脱离故障。
5．4 220kV及以下仅高压侧有电源的变压器�；�
只考虑变压器中、低压侧相关设备短路时对变压器热稳定性的影响。
变压器低压侧：应与联变低压侧的�；は嗤�。
变压器中压侧：增加一段短路�；す鞫ㄖ�，可考虑与出线的阻抗II段配合（II段应对本线及相邻的下一级线路故障有灵敏度），躲过出线相联变电站其他侧母线短路流过本变压器的故障电流，确保变压器的热稳定，其动作后先跳母联再跳变压器各侧。对于多级串供的线路�；ひ龊帽；ざㄖ档淖酆峡悸�，尽量减少不配合。此短路过流�；と粼谀撤绞较露灾醒共嗄赶吡槊舳炔蛔闶�，应核算此时流过变压器的故障电流是否允许持续到按躲变压器负荷电流整定的过流�；ざ�。
变压器高压侧：与联络变类似，作为变压器中、低压侧故障的后备�；�。也可增加一段短路过流�；�，与中、低压的短路过流段配合。在中、低压侧故障但�；ぞ芏蚩鼐芏�，高压侧过流�；ざ髑谐收�。
以保大容量主设备安全为首，并尽量兼顾对用户供电可靠性的原则。尽可能将不配合点靠近用户，使�；ぴ郊抖髟斐傻挠跋旆段Ь×克跣�。重要用户负荷可以考虑用备投方式解决供电可靠性。
6．建议
1）变压器作为电力系统中的重要电气设备，设计、制造及运行各环节都应注意其安全性。其动、热稳定性的设计应充分考虑变压器是否并列运行，并列运行的台数，几侧有电源及电网中性点接地方式等要求。
2）为了确保变压器运行中承受故障的热稳定性，制造厂应提供变压器绕组流过故障电流大小与允许时间的关系曲线，类似于发电机允许承受负序的A值要求。
3）变压器�；さ呐渲糜胝ㄊ�，应根据制造厂提供的变压器绕组流过故障电流大小与允许时间的关系曲线配置与之相适应的�；�。
4）变压器差动�；さ姆段вΠǖ脱共嗫�，使低压侧开关与TA间的故障不对变压器的热稳定构成威胁。
5）变压器�；び】赡苁迪治⒒�，可以有较多的过流�；ざ�，使各侧的过流�；つ苡邢喽越峡斓难邮倍翁溲蛊鞲鞑嗫�，特别是中、低压侧�；ぬ溲蛊鞲鞑嗫氐谋；ざ斡欣诒溲蛊骶】焱牙牍收系�。
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