地铁干式变压器过负荷保护研究

吴国泰

深圳市地铁集团有限公司运营总部

摘要：地铁线路客流量日益增大，发车时间短及各种因素造成的波动性等特点，以及地铁车站上盖物的开发所引用的电力均从地铁中压变电所引出，造成配电变压器短期过负荷能力的问题较突出。如何充分利用变压器的过负荷能力，将绝缘老化程度控制在合理的范围内，是地铁工作人员所关注的重要问题之一。

关键词:地铁;干式变压器;过负荷保护;热曲线;反时限

引言

随着技术的发展，我国负责地铁中压开关柜配套保护的厂家，对于干式变压器的过负荷保护主要采取以下两种方案:（1）基于热继电器元件的热曲线特性的热过负荷保护，（2）基于反时限特性曲线的过负荷保护。

一、热过负荷保护特性

目前国内外市场上存在若具备热过负荷保护功能的继电保护产品，其按热过负荷保护的特性可分为热容量特性和热点温升特性2类：

(一)热容量特性。电热继电器热态曲线公式计算，动作时间

线公式计算，动作时间

在上述继电保护产品中，国外有的产品采用热容量特性，有的产品采用了上述2种特性，并在热点温升特性上采用了简化的式(4)。国内各厂家的产品都采用热容量特性。

二、应用中需要解决的问题

变压器的热过负荷保护之所以没有被广泛应用，一方面是变压器的负载水平没有对过负荷能力的发挥提出苛刻的要求，更关键的是保护参数的确定比较困难，以往的技术手段难以获得精确的参数，保护的准确性受到影响。

下面对热过负荷保护的几个主要参数作扼要分析。

(一)时间常数。变压器的热时间常数保护动作时间呈线性关系，的精度对保护精度的影响显而易见。

变压器是铁心、绕组、绝缘材料和变压器油组成的结构复杂的整体，绕组的结构具有发热和散热不均匀性，目前没有任何手段可以准确获得变压器绕组的热时间常数。变压器厂家也只能提供一个大概范围，比如5～10min。

b．根据温升试验的绕组电阻数据估算。忽略切除变压器负载后的1～20min内变压器油的温度变化，根据测得的绕组电阻值先计算绕组温度，再根据绕组的温度变化计算绕组的散热时间常数，计算公式如下：

四、过负荷保护

GB50157—2003《地铁设计规范》规定了整流变压器的过负荷能力，如表1所示。

规范没有明确要求配电变压器的过负荷能力，通常需要根据工程经验选取。过负荷保护在满足规范要求的同时，需根据干式变压器厂家提供的过负荷特性曲线进行校验。

基于热曲线的过负荷保护参数k、按照一般经验，在地铁领域整流变压器取1.5，而配电变压器取1.05;对于时间常数t，无法根据变压器的固有特性精确计算，一般根据变压器的负荷曲线进行校验修正，选择最优值。

考虑到保护的兼容性，国内基于反时限特性过负荷保护的反时限曲线一般选择IEC标准，A、P参数的选择需根据变压器的负荷曲线进行校验修正。选择合适的反时限特性曲线，使任意时刻的反时限电流值都小于该时刻下变压器过负荷特性曲线的电流值。整流变压器过负荷保护一般选择IEC极端反时限曲线，配电变压器过负荷保护一般选择IEC长反时限曲线，需根据具体干式变压器的过负荷曲线特性进行选择。

由此可以看出，无论选择基于热曲线的过负荷保护或选择基于反时限特性的过负荷保护，都需根据变压器过负荷特性曲线进行校验修正。只有采取合理的保护方案，才能充分利用变压器的过负荷能力，保护变压器绝缘免受损坏甚至烧毁。

五、结束语

干式变压器过负荷保护需要根据现场环境进行选择，如果应用自冷却模式，本文笔者建议采用热曲线特性的过负荷保护，如果配有风机的机械冷却模式便用反时限特性过负荷保护。同时充分利用变压器的过负荷能力，控制在合理的范围内，延长变压器的使用寿命。

参考文献：

[1]GB50157—2003地铁设计规范［S］．北京:中国计划出版社，2003．

[2]GBT17211—1998干式电力变压器负载导则［S］．北京:中国标准出版社，1998．

[3]刘兴学．浅谈馈线热过负荷保护在电气化铁道中的应用［J］．电气化铁道，2003(2):6-7．