- 微機變壓器保護雙重化配置的典型設計
- 探究出各種類(lèi)型的微機變壓器保護方式
- 微機變壓器保護選擇雙主雙后、主后一體的配置
1．引言
根據國家電力公司《防止電力生產(chǎn)重大事故的二十五項重點(diǎn)要求》中“對于220kV主變壓器的微機保護必須采用雙重化”的精神，結合反措的實(shí)施、設計規范化以及現場(chǎng)運行安全性等問(wèn)題，組織召開(kāi)了由生產(chǎn)、設計、運行各部門(mén)參加的研討會(huì )，就如何在安全可靠的基礎上使保護配置和整定運行有一個(gè)較為統一、合理、實(shí)用的方案進(jìn)行了充分的討論，制定出適合安徽省220kV系統降壓變壓器的《微機變壓器保護雙重配置典型設計》，現將其基本原則簡(jiǎn)要介紹如下。
2．保護組屏方式
組屏方式的基本原則是：相互獨立、安全可靠，并兼顧投停、檢修的靈活便利。主要考慮在一套保護異常停役的情況下，另一套保護仍能擔當起保護變壓器的重任；其次考慮兩塊屏之間的連線(xiàn)盡量少，以減少因二次回路接線(xiàn)復雜造成的差錯或隱患而引發(fā)的保護誤動(dòng)。從全國近兩年主變保護動(dòng)作統計分析看，二次回路的復雜性是造成主變保護不正確動(dòng)作的主要原因之一。因此，典設采用雙主雙后配置，即按兩塊屏設計，每塊屏上配置一套主保護和一組完全相同的后備保護。其中，一塊屏上除設有主、后保護外，還設有非電量、失靈與非全相保護、110kV側操作箱（電壓切換箱）及35kV（或6kV）側操作箱；另一塊屏上除設有主、后保護外，還設有220kV側操作箱（電壓切換箱）。
3．主保護配置
典設選用二次諧波制動(dòng)的差動(dòng)保護及波形對稱(chēng)原理的變壓器差動(dòng)保護作主保護，其原因是利用各自的優(yōu)勢，進(jìn)行互補?，F在較成熟的變壓器差動(dòng)保護都是利用二次諧波制動(dòng)原理躲勵磁涌流的方式，但使用二次諧波制動(dòng)原理，當變壓器空載合閘時(shí)發(fā)生單相或兩相內部故障，差動(dòng)保護因涌流制動(dòng)而不動(dòng)作。
大型變壓器時(shí)間常數都很長(cháng)，一般涌流過(guò)程超過(guò)5s，在發(fā)生上述故障時(shí)，主保護要等到涌流消失才能出口，延誤動(dòng)作時(shí)間。而波形對稱(chēng)原理的變壓器差動(dòng)保護是利用一種波形對稱(chēng)算法，將變壓器在空載合閘時(shí)產(chǎn)生的勵磁涌流和故障電流區分開(kāi)來(lái)，具體的方法是：先將流入繼電器的差流進(jìn)行微分，再將微分后差流的前半波和后半波作對稱(chēng)比較。當變壓器合閘時(shí)發(fā)生故障，利用波形對稱(chēng)原理計算，保護不受健全相的影響，能快速出口，可靠動(dòng)作。曾在華東、華北進(jìn)行的動(dòng)模試驗結果也說(shuō)明了這個(gè)問(wèn)題，在變壓器空載合閘合于5%的匝間故障的試驗中，二次諧波制動(dòng)原理的差動(dòng)保護，出口時(shí)間一般都在100ms，而波形對稱(chēng)原理的變壓器差動(dòng)保護出口時(shí)間在25ms左右。此外，零差保護對變壓器的故障，尤其是對自耦變壓器的內部故障有很高的靈敏度，且不受勵磁涌流的影響，但因為在現場(chǎng)做極性試驗非常困難，加之安徽省以往零差保護誤動(dòng)情況很多，因此，對于零差保護的設置原則是：如果裝置中有自動(dòng)檢驗零差保護極性功能的可以使用，如不具備上述功能的，建議不使用。
4．后備保護的配置
后備保護的配置考慮原則是保證在變壓器中、低壓側母線(xiàn)故障，而保護或斷路器拒動(dòng)時(shí)，無(wú)法切除故障的情況，以及在某些原因（如一套保護異?；蚺月穾罚┰斐梢惶妆Ｗo停役，只有一套保護運行的情況時(shí)都能安全可靠運行的前提下，盡量簡(jiǎn)化，以減少誤動(dòng)的機率。為此，我們要求主變后備保護的配置應確保在主變高壓側獨立TA到中、低壓母線(xiàn)的各個(gè)電氣部位發(fā)生故障時(shí)，都有后備切除手段能滿(mǎn)足各種運行方式和檢修方式下的電網(wǎng)穩定要求，并具備相鄰電氣設備的遠后備功能。具體配置如下
4.1220kV側保護配置
4.1.1復壓閉鎖過(guò)流和零序過(guò)流保護：為I段兩時(shí)限，第一時(shí)限保護動(dòng)作跳開(kāi)本側斷路器，第二時(shí)限動(dòng)作跳開(kāi)三側斷路器，保護定值應對中、低壓母線(xiàn)有足夠靈敏度，這樣確保了主電源側有一套對三側都有足夠靈敏度的保護段。為防止在低電壓側發(fā)生故障高壓母線(xiàn)電壓低不下來(lái)的問(wèn)題，閉鎖功能的實(shí)現采用三側電壓并列的方式，各側電壓可以隨運行方式的變化通過(guò)壓板而靈活投、退各側電壓。該保護的主要作用是在中、低壓側保護拒動(dòng)或開(kāi)關(guān)拒動(dòng)時(shí)，起后備作用。
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4.1.2復壓閉鎖方向過(guò)流和零序方向過(guò)流保護：分別為Ⅰ段兩時(shí)限，第一時(shí)限保護動(dòng)作跳開(kāi)本側斷路器，第二時(shí)限保護動(dòng)作跳開(kāi)三側斷路器。對于純負荷變或中壓側有電源的變壓器，其方向都指向變壓器，整定可以只與中壓側復壓閉鎖方向過(guò)流和零序方向過(guò)流保護Ⅰ段保護配合，因此，對于變壓器開(kāi)關(guān)獨立TA至變壓器之間的引線(xiàn)及變壓器高壓繞組一部分發(fā)生的較惡劣的故障時(shí)，切除時(shí)間可以較短。
4.1.3旁路代路時(shí)：只切換一套主、后保護到旁路斷路器。主要考慮以下幾個(gè)原因：其一：旁路代路幾率不大，時(shí)間不長(cháng)；其二：切換壓板過(guò)多運行不安全。據安徽省多年來(lái)差動(dòng)保護誤動(dòng)分析，因運行人員操作不當造成差動(dòng)保護誤動(dòng)的情況占全部差動(dòng)保護不正確動(dòng)作的四分之一；其三：以往運行的變壓器都只配置一套保護，且以運行經(jīng)驗比較成熟的線(xiàn)路保護為例，在本線(xiàn)運行時(shí)保護雙套配置，旁路代路時(shí)也只切換一套保護，根據以往運行經(jīng)驗，也沒(méi)有發(fā)生過(guò)由于一套配置而造成旁代時(shí)保護誤動(dòng)的情況。
4.1.4中性點(diǎn)間隙零序過(guò)流及零序過(guò)壓保護（三卷變）：一段一時(shí)限，保護動(dòng)作延時(shí)跳開(kāi)三側斷路器。
4.21 10kV側保護配置
4.2.1 復壓閉鎖過(guò)流和零序過(guò)流保護：為I段兩時(shí)限，第一時(shí)限保護動(dòng)作跳開(kāi)本側開(kāi)關(guān)，第二時(shí)限保護動(dòng)作跳開(kāi)三側斷路器，保護定值與110kV出線(xiàn)后備保護配合，并保證110kV出線(xiàn)對側母線(xiàn)有靈敏度，其目的是在110kV出線(xiàn)保護或開(kāi)關(guān)拒動(dòng)時(shí)能切除故障，因110kV系統不設置失靈保護，因此在開(kāi)關(guān)拒動(dòng)時(shí)會(huì )造成事故擴大。
4.2.2 復壓閉鎖方向過(guò)流和零序方向過(guò)流保護：分別為I段兩時(shí)限，第一時(shí)限跳母聯(lián)或分段斷路器，第二時(shí)限跳本側斷路器。對于110kV側純負荷變或有小電源時(shí)，其方向指向110kV母線(xiàn)，保護定值與110kV出線(xiàn)保護I段保護配合，保證在110kV母線(xiàn)故障有靈敏度，在110kV母差保護停役或母差保護拒動(dòng)時(shí)，作為110kV母線(xiàn)的后備；對于110kV側為較強電源時(shí)，可將兩塊屏中一塊屏的復壓閉鎖方向過(guò)流和零序方向過(guò)流保護的方向指向變壓器，保護定值應保證對220kV母線(xiàn)有靈敏度，可保證在220kV母差保護停役或母差保護拒動(dòng)時(shí)，快速切除電源。另一塊屏中的復壓閉鎖方向過(guò)流和零序方向過(guò)流保護的方向仍指向110kV母線(xiàn)。
4.2.3 旁路代路時(shí)：只切換一套主、后保護到旁路。
4.2.4 中性點(diǎn)間隙零序過(guò)流及零序過(guò)壓保護（三卷變）：一段一時(shí)限，保護動(dòng)作延時(shí)跳開(kāi)三側斷路器。
4.3 35kV側保護配置
4.3.1 低壓側復壓閉鎖過(guò)流保護：配置兩套相同的低壓閉鎖過(guò)流保護，每套設兩個(gè)時(shí)限。第一套第一時(shí)限保護動(dòng)作跳開(kāi)本側斷路器，第二時(shí)限保護動(dòng)作跳開(kāi)變壓器三側斷路器，定值整定與出線(xiàn)I段配合，實(shí)際作為低壓側母線(xiàn)保護。第二套第一時(shí)限保護動(dòng)作跳開(kāi)本側斷路器，第二時(shí)限保護動(dòng)作跳開(kāi)變壓器三側斷路器，定值與出線(xiàn)后備保護配合，作為低壓側出線(xiàn)保護的總后備。這樣配置既滿(mǎn)足了系統穩定的要求，又可避免故障側保護拒動(dòng)和斷路器拒動(dòng)，對主設備造成損壞。這也是事故教訓的總結。
5．保護投退方式
常規保護的保護投退一般均由壓板實(shí)現。壓板斷開(kāi)后，造成電路聯(lián)系上明顯的斷開(kāi)點(diǎn)。微機保護除由壓板投、退外還可以用功能控制字投退保護，但它必須由繼電保護專(zhuān)業(yè)人員來(lái)進(jìn)行。變壓器保護要跳三側開(kāi)關(guān)，且各側都有數套保護，每套保護又分數段。如每個(gè)時(shí)限段均經(jīng)壓板投退，則壓板數量非常之多，這給運行帶來(lái)極大不便，很容易造成誤操作。根據歷年來(lái)變壓器保護動(dòng)作情況分析來(lái)看，運行人員誤操作占了變壓器保護誤動(dòng)總次數的近三分之一。因此，典設在壓板設置上以簡(jiǎn)化、安全為原則，具體做法是：1）將后備保護的零序過(guò)流與零序方向過(guò)流合并為一塊壓板；過(guò)流保護與方向過(guò)流合并為一塊；2）旁路代路時(shí)只切換一套主、后保護到旁路，又可減少幾塊壓板；3）各時(shí)限段均由控制字投退，不經(jīng)壓板投退。
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6．失靈保護
慮到失靈保護誤動(dòng)情況較多，如主變中、低壓側保護都啟動(dòng)失靈，必定使接線(xiàn)復雜，增加了失靈保護誤動(dòng)的幾率，因此典設只要求220kV側快速返回的電氣量保護可以啟動(dòng)失靈保護，非電量保護不啟動(dòng)失靈保護。啟動(dòng)失靈保護采用保護動(dòng)作+電流判別+開(kāi)關(guān)跳閘位置與合閘位置串聯(lián)的方式，保證開(kāi)關(guān)在確有失靈情況發(fā)生時(shí)啟動(dòng)失靈保護。保護啟動(dòng)后首先發(fā)解除電壓閉鎖信號，以此解決變壓器低壓側故障時(shí)，220kV側母線(xiàn)電壓低不下來(lái)的問(wèn)題,然后經(jīng)延時(shí)跳閘。失靈保護電流判別元件取高壓側獨立TA的相電流或零序/負序電流。旁路代路運行時(shí)，將變壓器保護動(dòng)作接點(diǎn)切換至旁路，使用旁路開(kāi)關(guān)的失靈電流啟動(dòng)回路。
7．非電量保護的改進(jìn)
在微機變壓器保護中，非電量保護的實(shí)現是將非電量保護來(lái)的接點(diǎn)引到變壓器保護屏上，并通過(guò)變壓器保護屏上的重動(dòng)繼電器，啟動(dòng)出口繼電器，同時(shí)非電量保護的動(dòng)作行為通過(guò)重動(dòng)繼電器記錄在微機裝置中，以便分析保護的動(dòng)作行為。因為非電量保護大都安裝在戶(hù)外，陰雨天氣易使電纜受潮、絕緣降低，造成保護誤動(dòng)，安徽省曾多次發(fā)生變壓器冷卻器全停保護誤動(dòng)的問(wèn)題。典設將變壓器冷卻器全停保護的時(shí)間繼電器由戶(hù)外移至微機保護屏內，可以有效防止因電纜受潮、絕緣降低而造成的保護誤動(dòng)。
8．交、直流電源分配
8.1交流配置
（1）兩套差動(dòng)主保護分別接于各側開(kāi)關(guān)的兩組獨立TA上，使主保護彼此獨立，保護范圍最大。
（2）各側后備保護電流回路與差動(dòng)主保護相同，分別取變壓器各側開(kāi)關(guān)獨立TA,保護的復壓閉鎖經(jīng)壓板引入三側電壓。
（3）中性點(diǎn)間隙零序過(guò)流及零序過(guò)壓保護的電流取變壓器中性點(diǎn)放電間隙TA，電壓取高壓側母線(xiàn)PT開(kāi)口三角電壓。
8.2直流配置
每面屏中的主保護與各側后備保護裝置各配一組熔斷器；非全相及失靈電流起動(dòng)配置一組熔斷器；非電量保護設一組熔斷器；220kV操作回路設二組熔斷器；110kV側開(kāi)關(guān)和低壓側開(kāi)關(guān)操作回路各設一組熔斷器。
9．結束語(yǔ)
從微機變壓器保護發(fā)展趨勢看，微機變壓器保護選擇雙主雙后、主后一體的配置，即保護功能由彼此獨立的不同CPU插件實(shí)現，出口跳閘回路分開(kāi)，這種結構和原則突出地體現了微機＝保護構成的特點(diǎn)及優(yōu)越性，既多CPU并行處理，整體結構緊湊，數據共享，又組屏相對簡(jiǎn)單、回路清晰、對外連線(xiàn)簡(jiǎn)單，投退方便、獨立性強，是今后主變微機保護發(fā)展的方向。
