微機變壓器保護雙重化配置的典型設計

摘要：針對微機變壓器保護雙重化配置的典型設計，詳述了其中各保護配置的目的、接線方式及整定原則，并對變壓器失靈保護、非電量保護反措以及變壓器保護壓板的簡化方面做了進一步探討。

關鍵詞：變壓器保護；雙重化配置；保護配置

1．引言

根據國家電力公司《防止電力生產重大事故的二十五項重點要求》中“對于220kV主變壓器的微機保護必須采用雙重化”的精神，結合反措的實施、設計規(guī)范化以及現場運行安全性等問題，組織召開了由生產、設計、運行各部門參加的研討會，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較為統一、合理、實用的方案進行了充分的討論，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盡量少，以減少因二次回路接線復雜造成的差錯或隱患而引發(fā)的保護誤動。從全國近兩年主變保護動作統計分析看，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的差動保護及波形對稱原理的變壓器差動保護作主保護，其原因是利用各自的優(yōu)勢，進行互補。現在較成熟的變壓器差動保護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，當變壓器空載合閘時發(fā)生單相或兩相內部故障，差動保護因涌流制動而不動作。

大型變壓器時間常數都很長，一般涌流過程超過5s，在發(fā)生上述故障時，主保護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是利用一種波形對稱算法，將變壓器在空載合閘時產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行微分，再將微分后差流的前半波和后半波作對稱比較。當變壓器合閘時發(fā)生故障，利用波形對稱原理計算，保護不受健全相的影響，能快速出口，可靠動作。曾在華東、華北進行的動模試驗結果也說明了這個問題，在變壓器空載合閘合于5%的匝間故障的試驗中，二次諧波制動原理的差動保護，出口時間一般都在100ms，而波形對稱原理的變壓器差動保護出口時間在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，但因為在現場做極性試驗非常困難，加之安徽省以往零差保護誤動情況很多，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、低壓側母線故障，而保護或斷路器拒動時，無法切除故障的情況，以及在某些原因（如一套保護異?；蚺月穾罚┰斐梢惶妆Ｗo停役，只有一套保護運行的情況時都能安全可靠運行的前提下，盡量簡化，以減少誤動的機率。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行方式和檢修方式下的電網穩(wěn)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復壓閉鎖過流和零序過流保護：為I段兩時限，第一時限保護動作跳開本側斷路器，第二時限動作跳開三側斷路器，保護定值應對中、低壓母線有足夠靈敏度，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)生故障高壓母線電壓低不下來的問題，閉鎖功能的實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、低壓側保護拒動或開關拒動時，起后備作用。

4.1.2復壓閉鎖方向過流和零序方向過流保護：分別為Ⅰ段兩時限，第一時限保護動作跳開本側斷路器，第二時限保護動作跳開三側斷路器。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流和零序方向過流保護Ⅰ段保護配合，因此，對于變壓器開關獨立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：切換壓板過多運行不安全。據安徽省多年來差動保護誤動分析，因運行人員操作不當造成差動保護誤動的情況占全部差動保護不正確動作的四分之一；其三：以往運行的變壓器都只配置一套保護，且以運行經驗比較成熟的線路保護為例，在本線運行時保護雙套配置，旁路代路時也只切換一套保護，根據以往運行經驗，也沒有發(fā)生過由于一套配置而造成旁代時保護誤動的情況。

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

4.21　10kV側保護配置

4.2.1　復壓閉鎖過流和零序過流保護：為I段兩時限，第一時限保護動作跳開本側開關，第二時限保護動作跳開三側斷路器，保護定值與110kV出線后備保護配合，并保證110kV出線對側母線有靈敏度，其目的是在110kV出線保護或開關拒動時能切除故障，因110kV系統不設置失靈保護，因此在開關拒動時會造成事故擴大。

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

4.2.3　旁路代路時：只切換一套主、后保護到旁路。

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

4.3　35kV側保護配置

4.3.1　低壓側復壓閉鎖過流保護：配置兩套相同的低壓閉鎖過流保護，每套設兩個時限。第一套第一時限保護動作跳開本側斷路器，第二時限保護動作跳開變壓器三側斷路器，定值整定與出線I段配合，實際作為低壓側母線保護。第二套第一時限保護動作跳開本側斷路器，第二時限保護動作跳開變壓器三側斷路器，定值與出線后備保護配合，作為低壓側出線保護的總后備。這樣配置既滿足了系統穩(wěn)定的要求，又可避免故障側保護拒動和斷路器拒動，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(guī)保護的保護投退一般均由壓板實現。壓板斷開后，造成電路聯系上明顯的斷開點。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業(yè)人員來進行。變壓器保護要跳三側開關，且各側都有數套保護，每套保護又分數段。如每個時限段均經壓板投退，則壓板數量非常之多，這給運行帶來極大不便，很容易造成誤操作。根據歷年來變壓器保護動作情況分析來看，運行人員誤操作占了變壓器保護誤動總次數的近三分之一。因此，典設在壓板設置上以簡化、安全為原則，具體做法是：1）將后備保護的零序過流與零序方向過流合并為一塊壓板；過流保護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，不經壓板投退。

6．失靈保護

慮到失靈保護誤動情況較多，如主變中、低壓側保護都啟動失靈，必定使接線復雜，增加了失靈保護誤動的幾率，因此典設只要求220kV側快速返回的電氣量保護可以啟動失靈保護，非電量保護不啟動失靈保護。啟動失靈保護采用保護動作+電流判別+開關跳閘位置與合閘位置串聯的方式，保證開關在確有失靈情況發(fā)生時啟動失靈保護。保護啟動后首先發(fā)解除電壓閉鎖信號，以此解決變壓器低壓側故障時，220kV側母線電壓低不下來的問題,然后經延時跳閘。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，將變壓器保護動作接點切換至旁路，使用旁路開關的失靈電流啟動回路。

7．非電量保護的改進

在微機變壓器保護中，非電量保護的實現是將非電量保護來的接點引到變壓器保護屏上，并通過變壓器保護屏上的重動繼電器，啟動出口繼電器，同時非電量保護的動作行為通過重動繼電器記錄在微機裝置中，以便分析保護的動作行為。因為非電量保護大都安裝在戶外，陰雨天氣易使電纜受潮、絕緣降低，造成保護誤動，安徽省曾多次發(fā)生變壓器冷卻器全停保護誤動的問題。典設將變壓器冷卻器全停保護的時間繼電器由戶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。

8．交、直流電源分配

8.1交流配置

（1）兩套差動主保護分別接于各側開關的兩組獨立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主保護相同，分別取變壓器各側開關獨立TA,保護的復壓閉鎖經壓板引入三側電壓。

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

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側開關和低壓側開關操作回路各設一組熔斷器。

9．結束語

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插件實現，出口跳閘回路分開，這種結構和原則突出地體現了微機＝保護構成的特點及優(yōu)越性，既多CPU并行處理，整體結構緊湊，數據共享，又組屏相對簡單、回路清晰、對外連線簡單，投退方便、獨立性強，是今后主變微機保護發(fā)展的方向。