微機(jī)變壓器保護(hù)雙重化配置的典型設(shè)計(jì)

摘要：針對微機(jī)變壓器保護(hù)雙重化配置的典型設(shè)計(jì)，詳述了其中各保護(hù)配置的目的、接線方式及整定原則，并對變壓器失靈保護(hù)、非電量保護(hù)反措以及變壓器保護(hù)壓板的簡化方面做了進(jìn)一步探討。

關(guān)鍵詞：變壓器保護(hù)；雙重化配置；保護(hù)配置

1．引言

根據(jù)國家電力公司《防止電力生產(chǎn)重大事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求》中“對于220kV主變壓器的微機(jī)保護(hù)必須采用雙重化”的精神，結(jié)合反措的實(shí)施、設(shè)計(jì)規(guī)范化以及現(xiàn)場運(yùn)行安全性等問題，組織召開了由生產(chǎn)、設(shè)計(jì)、運(yùn)行各部門參加的研討會，就如何在安全可靠的基礎(chǔ)上使保護(hù)配置和整定運(yùn)行有一個較為統(tǒng)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(tǒng)降壓變壓器的《微機(jī)變壓器保護(hù)雙重配置典型設(shè)計(jì)》，現(xiàn)將其基本原則簡要介紹如下。

2．保護(hù)組屏方式

組屏方式的基本原則是：相互獨(dú)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(hù)異常停役的情況下，另一套保護(hù)仍能擔(dān)當(dāng)起保護(hù)變壓器的重任；其次考慮兩塊屏之間的連線盡量少，以減少因二次回路接線復(fù)雜造成的差錯或隱患而引發(fā)的保護(hù)誤動。從全國近兩年主變保護(hù)動作統(tǒng)計(jì)分析看，二次回路的復(fù)雜性是造成主變保護(hù)不正確動作的主要原因之一。因此，典設(shè)采用雙主雙后配置，即按兩塊屏設(shè)計(jì)，每塊屏上配置一套主保護(hù)和一組完全相同的后備保護(hù)。其中，一塊屏上除設(shè)有主、后保護(hù)外，還設(shè)有非電量、失靈與非全相保護(hù)、110kV側(cè)操作箱（電壓切換箱）及35kV（或6kV）側(cè)操作箱；另一塊屏上除設(shè)有主、后保護(hù)外，還設(shè)有220kV側(cè)操作箱（電壓切換箱）。

3．主保護(hù)配置

典設(shè)選用二次諧波制動的差動保護(hù)及波形對稱原理的變壓器差動保護(hù)作主保護(hù)，其原因是利用各自的優(yōu)勢，進(jìn)行互補(bǔ)?，F(xiàn)在較成熟的變壓器差動保護(hù)都是利用二次諧波制動原理躲勵磁涌流的方式，但使用二次諧波制動原理，當(dāng)變壓器空載合閘時發(fā)生單相或兩相內(nèi)部故障，差動保護(hù)因涌流制動而不動作。

大型變壓器時間常數(shù)都很長，一般涌流過程超過5s，在發(fā)生上述故障時，主保護(hù)要等到涌流消失才能出口，延誤動作時間。而波形對稱原理的變壓器差動保護(hù)是利用一種波形對稱算法，將變壓器在空載合閘時產(chǎn)生的勵磁涌流和故障電流區(qū)分開來，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比較。當(dāng)變壓器合閘時發(fā)生故障，利用波形對稱原理計(jì)算，保護(hù)不受健全相的影響，能快速出口，可靠動作。曾在華東、華北進(jìn)行的動模試驗(yàn)結(jié)果也說明了這個問題，在變壓器空載合閘合于5%的匝間故障的試驗(yàn)中，二次諧波制動原理的差動保護(hù)，出口時間一般都在100ms，而波形對稱原理的變壓器差動保護(hù)出口時間在25ms左右。此外，零差保護(hù)對變壓器的故障，尤其是對自耦變壓器的內(nèi)部故障有很高的靈敏度，且不受勵磁涌流的影響，但因?yàn)樵诂F(xiàn)場做極性試驗(yàn)非常困難，加之安徽省以往零差保護(hù)誤動情況很多，因此，對于零差保護(hù)的設(shè)置原則是：如果裝置中有自動檢驗(yàn)零差保護(hù)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(hù)的配置

后備保護(hù)的配置考慮原則是保證在變壓器中、低壓側(cè)母線故障，而保護(hù)或斷路器拒動時，無法切除故障的情況，以及在某些原因（如一套保護(hù)異常或旁路帶路）造成一套保護(hù)停役，只有一套保護(hù)運(yùn)行的情況時都能安全可靠運(yùn)行的前提下，盡量簡化，以減少誤動的機(jī)率。為此，我們要求主變后備保護(hù)的配置應(yīng)確保在主變高壓側(cè)獨(dú)立TA到中、低壓母線的各個電氣部位發(fā)生故障時，都有后備切除手段能滿足各種運(yùn)行方式和檢修方式下的電網(wǎng)穩(wěn)定要求，并具備相鄰電氣設(shè)備的遠(yuǎn)后備功能。具體配置如下

4.1220kV側(cè)保護(hù)配置

4.1.1復(fù)壓閉鎖過流和零序過流保護(hù)：為I段兩時限，第一時限保護(hù)動作跳開本側(cè)斷路器，第二時限動作跳開三側(cè)斷路器，保護(hù)定值應(yīng)對中、低壓母線有足夠靈敏度，這樣確保了主電源側(cè)有一套對三側(cè)都有足夠靈敏度的保護(hù)段。為防止在低電壓側(cè)發(fā)生故障高壓母線電壓低不下來的問題，閉鎖功能的實(shí)現(xiàn)采用三側(cè)電壓并列的方式，各側(cè)電壓可以隨運(yùn)行方式的變化通過壓板而靈活投、退各側(cè)電壓。該保護(hù)的主要作用是在中、低壓側(cè)保護(hù)拒動或開關(guān)拒動時，起后備作用。

4.1.2復(fù)壓閉鎖方向過流和零序方向過流保護(hù)：分別為Ⅰ段兩時限，第一時限保護(hù)動作跳開本側(cè)斷路器，第二時限保護(hù)動作跳開三側(cè)斷路器。對于純負(fù)荷變或中壓側(cè)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(cè)復(fù)壓閉鎖方向過流和零序方向過流保護(hù)Ⅰ段保護(hù)配合，因此，對于變壓器開關(guān)獨(dú)立TA至變壓器之間的引線及變壓器高壓繞組一部分發(fā)生的較惡劣的故障時，切除時間可以較短。

4.1.3旁路代路時：只切換一套主、后保護(hù)到旁路斷路器。主要考慮以下幾個原因：其一：旁路代路幾率不大，時間不長；其二：切換壓板過多運(yùn)行不安全。據(jù)安徽省多年來差動保護(hù)誤動分析，因運(yùn)行人員操作不當(dāng)造成差動保護(hù)誤動的情況占全部差動保護(hù)不正確動作的四分之一；其三：以往運(yùn)行的變壓器都只配置一套保護(hù)，且以運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)比較成熟的線路保護(hù)為例，在本線運(yùn)行時保護(hù)雙套配置，旁路代路時也只切換一套保護(hù)，根據(jù)以往運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，也沒有發(fā)生過由于一套配置而造成旁代時保護(hù)誤動的情況。

4.1.4中性點(diǎn)間隙零序過流及零序過壓保護(hù)（三卷變）：一段一時限，保護(hù)動作延時跳開三側(cè)斷路器。

4.21　10kV側(cè)保護(hù)配置

4.2.1　復(fù)壓閉鎖過流和零序過流保護(hù)：為I段兩時限，第一時限保護(hù)動作跳開本側(cè)開關(guān)，第二時限保護(hù)動作跳開三側(cè)斷路器，保護(hù)定值與110kV出線后備保護(hù)配合，并保證110kV出線對側(cè)母線有靈敏度，其目的是在110kV出線保護(hù)或開關(guān)拒動時能切除故障，因110kV系統(tǒng)不設(shè)置失靈保護(hù)，因此在開關(guān)拒動時會造成事故擴(kuò)大。

4.2.2　復(fù)壓閉鎖方向過流和零序方向過流保護(hù)：分別為I段兩時限，第一時限跳母聯(lián)或分段斷路器，第二時限跳本側(cè)斷路器。對于110kV側(cè)純負(fù)荷變或有小電源時，其方向指向110kV母線，保護(hù)定值與110kV出線保護(hù)I段保護(hù)配合，保證在110kV母線故障有靈敏度，在110kV母差保護(hù)停役或母差保護(hù)拒動時，作為110kV母線的后備；對于110kV側(cè)為較強(qiáng)電源時，可將兩塊屏中一塊屏的復(fù)壓閉鎖方向過流和零序方向過流保護(hù)的方向指向變壓器，保護(hù)定值應(yīng)保證對220kV母線有靈敏度，可保證在220kV母差保護(hù)停役或母差保護(hù)拒動時，快速切除電源。另一塊屏中的復(fù)壓閉鎖方向過流和零序方向過流保護(hù)的方向仍指向110kV母線。來源:輸配電設(shè)備

4.2.3　旁路代路時：只切換一套主、后保護(hù)到旁路。

4.2.4　中性點(diǎn)間隙零序過流及零序過壓保護(hù)（三卷變）：一段一時限，保護(hù)動作延時跳開三側(cè)斷路器。

4.3　35kV側(cè)保護(hù)配置

4.3.1　低壓側(cè)復(fù)壓閉鎖過流保護(hù)：配置兩套相同的低壓閉鎖過流保護(hù)，每套設(shè)兩個時限。第一套第一時限保護(hù)動作跳開本側(cè)斷路器，第二時限保護(hù)動作跳開變壓器三側(cè)斷路器，定值整定與出線I段配合，實(shí)際作為低壓側(cè)母線保護(hù)。第二套第一時限保護(hù)動作跳開本側(cè)斷路器，第二時限保護(hù)動作跳開變壓器三側(cè)斷路器，定值與出線后備保護(hù)配合，作為低壓側(cè)出線保護(hù)的總后備。這樣配置既滿足了系統(tǒng)穩(wěn)定的要求，又可避免故障側(cè)保護(hù)拒動和斷路器拒動，對主設(shè)備造成損壞。這也是事故教訓(xùn)的總結(jié)。

5．保護(hù)投退方式

常規(guī)保護(hù)的保護(hù)投退一般均由壓板實(shí)現(xiàn)。壓板斷開后，造成電路聯(lián)系上明顯的斷開點(diǎn)。微機(jī)保護(hù)除由壓板投、退外還可以用功能控制字投退保護(hù)，但它必須由繼電保護(hù)專業(yè)人員來進(jìn)行。變壓器保護(hù)要跳三側(cè)開關(guān)，且各側(cè)都有數(shù)套保護(hù)，每套保護(hù)又分?jǐn)?shù)段。如每個時限段均經(jīng)壓板投退，則壓板數(shù)量非常之多，這給運(yùn)行帶來極大不便，很容易造成誤操作。根據(jù)歷年來變壓器保護(hù)動作情況分析來看，運(yùn)行人員誤操作占了變壓器保護(hù)誤動總次數(shù)的近三分之一。因此，典設(shè)在壓板設(shè)置上以簡化、安全為原則，具體做法是：1）將后備保護(hù)的零序過流與零序方向過流合并為一塊壓板；過流保護(hù)與方向過流合并為一塊；2）旁路代路時只切換一套主、后保護(hù)到旁路，又可減少幾塊壓板；3）各時限段均由控制字投退，不經(jīng)壓板投退。

6．失靈保護(hù)

慮到失靈保護(hù)誤動情況較多，如主變中、低壓側(cè)保護(hù)都啟動失靈，必定使接線復(fù)雜，增加了失靈保護(hù)誤動的幾率，因此典設(shè)只要求220kV側(cè)快速返回的電氣量保護(hù)可以啟動失靈保護(hù)，非電量保護(hù)不啟動失靈保護(hù)。啟動失靈保護(hù)采用保護(hù)動作+電流判別+開關(guān)跳閘位置與合閘位置串聯(lián)的方式，保證開關(guān)在確有失靈情況發(fā)生時啟動失靈保護(hù)。保護(hù)啟動后首先發(fā)解除電壓閉鎖信號，以此解決變壓器低壓側(cè)故障時，220kV側(cè)母線電壓低不下來的問題,然后經(jīng)延時跳閘。失靈保護(hù)電流判別元件取高壓側(cè)獨(dú)立TA的相電流或零序/負(fù)序電流。旁路代路運(yùn)行時，將變壓器保護(hù)動作接點(diǎn)切換至旁路，使用旁路開關(guān)的失靈電流啟動回路。

7．非電量保護(hù)的改進(jìn)

在微機(jī)變壓器保護(hù)中，非電量保護(hù)的實(shí)現(xiàn)是將非電量保護(hù)來的接點(diǎn)引到變壓器保護(hù)屏上，并通過變壓器保護(hù)屏上的重動繼電器，啟動出口繼電器，同時非電量保護(hù)的動作行為通過重動繼電器記錄在微機(jī)裝置中，以便分析保護(hù)的動作行為。因?yàn)榉请娏勘Ｗo(hù)大都安裝在戶外，陰雨天氣易使電纜受潮、絕緣降低，造成保護(hù)誤動，安徽省曾多次發(fā)生變壓器冷卻器全停保護(hù)誤動的問題。典設(shè)將變壓器冷卻器全停保護(hù)的時間繼電器由戶外移至微機(jī)保護(hù)屏內(nèi)，可以有效防止因電纜受潮、絕緣降低而造成的保護(hù)誤動。

8．交、直流電源分配

8.1交流配置

（1）兩套差動主保護(hù)分別接于各側(cè)開關(guān)的兩組獨(dú)立TA上，使主保護(hù)彼此獨(dú)立，保護(hù)范圍最大。

（2）各側(cè)后備保護(hù)電流回路與差動主保護(hù)相同，分別取變壓器各側(cè)開關(guān)獨(dú)立TA,保護(hù)的復(fù)壓閉鎖經(jīng)壓板引入三側(cè)電壓。

（3）中性點(diǎn)間隙零序過流及零序過壓保護(hù)的電流取變壓器中性點(diǎn)放電間隙TA，電壓取高壓側(cè)母線PT開口三角電壓。

8.2直流配置

每面屏中的主保護(hù)與各側(cè)后備保護(hù)裝置各配一組熔斷器；非全相及失靈電流起動配置一組熔斷器；非電量保護(hù)設(shè)一組熔斷器；220kV操作回路設(shè)二組熔斷器；110kV側(cè)開關(guān)和低壓側(cè)開關(guān)操作回路各設(shè)一組熔斷器。

9．結(jié)束語

從微機(jī)變壓器保護(hù)發(fā)展趨勢看，微機(jī)變壓器保護(hù)選擇雙主雙后、主后一體的配置，即保護(hù)功能由彼此獨(dú)立的不同CPU插件實(shí)現(xiàn)，出口跳閘回路分開，這種結(jié)構(gòu)和原則突出地體現(xiàn)了微機(jī)＝保護(hù)構(gòu)成的特點(diǎn)及優(yōu)越性，既多CPU并行處理，整體結(jié)構(gòu)緊湊，數(shù)據(jù)共享，又組屏相對簡單、回路清晰、對外連線簡單，投退方便、獨(dú)立性強(qiáng)，是今后主變微機(jī)保護(hù)發(fā)展的方向。