惠州变电站500千伏干式变压器保护配置及运行分
文摘：介绍了惠州变电站500千伏干式变压器保护的特点、要求和配置。摘要：分析了各种进口干式变压器保护装置的运行性能，指出了主变压器差动保护电流切换回路运行中存在的问题，并提出了改进措施。关键词：干式变压器保护；运营绩效；改进措施
惠州变电站500千伏变压器保护配置及运行分析
林志超
(中惠州516001 SVA惠州供电分公司)
介绍惠州变电站500千伏变压器保护的特点、要求和配置。分析了变压器各种进口保护装置的性能。提出了变压器差动保护电流切换电路运行中存在的问题，并提出了改进措施。关键字：转换器保护；运营绩效；改进措施
0引言500 kV惠州变电站是广东东部电网的枢纽变电站，两台500 kV干线变压器已投入运行，其中#1干式变压器由西门子公司生产，#2干式变压器由ABB公司生产。两台干式变压器为三相先立自耦降压干式变压器，三侧电压分别为500 kV、220 kV和35 kV。干式变压器的继电保护装置采用NEI-REYROLLE公司的产品，每个产品配有两个保护屏。辅助保护和干式变压器本体保护由产继电器组成，主变压器接口屏也由产继电器组成。根据工厂调试和运行分析，两套干式变压器保护能够满足运行要求。由于保护装置是进口产品，而NEI的产品在内很少使用，因此有必要对其进行介绍和分析，以提高继电保护人员的设备调试和维护水平。
1500kV干式变压器保护的特点、要求和配置500kV干式变压器工作电压高、容量大，在电网中起着重要作用；多台变压器故障或继电保护误动会造成主变压器停电，造成巨大的经济损失。而且主变压器拆装工作量大，维护时间长。这就要求干式变压器内部故障切除时间尽可能短，以降低损耗。500千伏电力干式变压器保护应比220千伏及以下干式变压器保护具有更高的可靠性、灵敏度和快速性。惠州站主变保护按上述原则配置，采用以下保护组合。1.1主保护双重配置为了提高保护的可靠性，500 kV干式变压器的主保护应采用双重配置。主保护为纵差保护，配有两套纵差保护：DUOBIAS和DUOBIAS 4C21/MHJ。1)差动保护必须具有差动电流速断功能，能检测差动保护区的大故障电流。计算表明，干式变压器每侧短路时，电流互感器在较初20 ms内不会饱和，饱和前差动电流速断部分可以可靠切除故障。2)为了提高差动保护的灵敏度，设置比率制动，其工作电流随着外部穿越短路电流的增大而自动增大。内部故障时短路电流大，有制动作用，但制动系数选择得当，能保证制动情况下的灵敏度。3)为防止干式变压器励磁涌流引起差动保护误动，保护装置应具有谐波制动功能。励磁涌流包含的各种谐波中，二次谐波较大，二次谐波可以作为制动，可以获得理想的制动效果。型主纵差保护为duobis-M，采用数字二次谐波制动原理进行纵差保护。保护范围包括主干式变压器、套管和开关站CT之间的一段引线的相间、接地和匝间故障，保护的瞬时动作跳过主变压器的三侧开关。安装在主I保护屏上。主纵联差动保护型为duobis-4c 21/MHJ，是一种基于机械二次谐波制动整流原理的纵联差动保护，安装在主保护屏上。保护范围和功能与主纵联差动保护相同。惠州变电站主变压器也采用高阻差动保护，交流回路采用套管CT。保护范围包括主干式变压器高、中压侧内部线圈的相间和接地故障。保护灵敏度高，整定值可设定在额定电流的10%以内。低定值延时报警，高定值瞬时动作跳三侧断路器。组件模型是DAD3。安装在主保护屏上。1.2相间后备保护现在500 kV电力干式变压器一般为单相干式变压器组，配置相间保护作为干式变压器引线和相邻母线相间故障的后备保护。惠州站500千伏主变压器室后备保护采用距离保护，型号为THR4PE2。500 kV侧安装一套，220 kV侧安装一套，安装在主I保护屏。由于干式变压器高低压侧和中低压侧阻抗较大，高压侧和中压侧距离保护对低压侧相间故障不够敏感，因此低压侧应安装简单的相间故障后备保护。惠州站采用35 kV侧过流保护，继电器型号为2DABT，安装在主保护屏上。1.3接地后备保护接地保护用于干式变压器内部、引线、母线和线路接地故障的后备保护。因为主变压器变成了自耦变压器，所以有一个电 #p#分页标题#e#
发生单相接地故障时，零序电流可在高、中压侧之间流通。惠州站主变接地后备保护采用公共绕组零序过流保护，型号DAC，装设于主Ⅱ保护屏。还有高压侧与中压侧由开关场电流互感器构成的零序电流滤过器构成的两侧零序方向电流保护，采用产许继电气公司生产的传统电磁型电流与整流型方向继电器，装设于主变接口屏。接地后备保护在动作时限上与线路后备段配合。1.4过励磁保护 500 kV干式变压器铁芯正常工作磁密较高，接近饱和磁密，磁化曲线较“硬”。在过励磁时，铁芯饱和，励磁阻抗下降，励磁电流增加很快，其中含有许多高次谐波，可引起铁芯、金属构件、绝缘材料过热。若过励磁倍数较高，持续时间过长，可能使干式变压器损坏。500 kV干式变压器应装设过励磁保护。惠州站采用GEC-ALSTON公司生产型号为GTT的继电器，短时间报警，长时间动作跳三侧断路器，装设于主Ⅰ保护屏。2各种保护装置分析2.1微机型差动保护DUOBIAS-M DUBIAS-M保护原理与通用干式变压器差动保护原理一致，具有差动、比率差动、二次谐波制动和无制动电流速断等保护功能。有以下特点：① 具有软件式中间变流器，不须另外装设中间变流器，能以软件形式修正干式变压器变比与接线组别；② 动作时间快，两倍整定差流动作时间为26ms，五倍无制动速断值动作时间为15 ms；③ 集干式变压器主保护与其它辅助功能于一体，还可以接入主变本体保护出口；④ 实时显示主变各侧负荷电流、差流，记录故障时数值；⑤ 完善的自检功能。2.2整流型差流继电器DUOBIAS 4C21与电流速断MHJ继电器 4C21继电器是一传统差动继电器，同样具有比率制动功能，其整定检验较简单，仅在面板上有一Bias Slope（比率制动曲线）抽头选择，动作值根据曲线来制定，谐波制动也是确定曲线，不能调整。 由于4C21无差流电流速断功能，所以设计在高压侧CT二次每相各串入一个MHJ电流继电器，作为相电流速断，但其效果与差电流速断不能完全等同。由于4C21是传统式继电器，动作时间较慢，一般故障切除时间在50 ms以上，严重故障可大于40 ms；用硒堆整流，效率低，导致小电流下动作灵敏度也低；继电器电磁线圈较多，CT负担也重。2.3高阻抗差动继电器DAD3 DAD3为集成电路型小电流继电器，具有动作快速，输入滤波器能有效滤除直流分量及消除谐波分量影响，CT二次断线报警等特点。交流输入为高压侧、中压侧及公共绕组套管电流，交流回路与主保护不同。2.4距离保护装置THR THR的作用相当于干式变压器方向过流，是晶体管型继电器。THR型号4PE2含义：4——保护有4段阻抗值;P——相间故障选择功能;E——接地故障选择功能;2——分两段出口。 作为干式变压器后备保护，THR有两种特性可供选择，圆形特征和变形特征。选用圆形特征，变形比为1.0。四段阻抗保护通常只采用Ⅱ、Ⅲ段。但Ⅰ段定值应先先确定，由于Z2=Z1×H、Z3=Z1×K×N，定值单一般给出Ⅱ、Ⅲ段定值，同时要求Ⅲ段反向偏移10%。由Z3R=10%Z3、Z3R=1.2Z1（Z3R为Ⅲ段反向偏移阻抗），可得出Ⅰ段定值为Z1=Z3R/1.2= Z310%/1.2，Ⅳ段Z4=Z1R，定值相同、方向相反。 虽然Ⅰ、Ⅳ段定值得以确定，但运行时并不采用Ⅰ、Ⅳ段，特别是反向的Ⅳ段。对应装置原理图，在Out Modul插件中断开L9，即PTT计时回路，则Ⅰ段不能出口。而Ⅳ段因计时器T10无类似连触点，可将其延时置较大（9.99 s），同时由于Ⅳ段定值小于Ⅲ段反向偏移，且Ⅳ段时间定值大于Ⅲ段时间，则可避免Ⅳ段误动。2.5过励磁保护继电器GTT GTT用来保护主干式变压器在空载合闸瞬间所产生的冲击振荡。继电器利用v/f原理构成，即利用电压与频率比值的高低来判别是否出现过励磁，定值从1.0至1.25之间可调，以干式变压器厂家提供的励磁特性曲线为依据整定。输出触点有两对，较好对延时0.5～1 s（内部可调整），作为报警输出，第二对延时5～30 s可调，作跳闸输出。 #p#分页标题#e#
3保护装置运行中的问题及改进3.1两套THR保护装置电流回路设计 原设计将进口保护放置在电流回路前端，产保护放较后。其本意是在运行中产保护有动作时，在主变接口屏将电流回路短接，不影响进口保护正常运行。但根据THR装置原理要求，内部必需形成具有中性点（Nentral）的电流回路，用作零序电流启动用，所以交流电流回路经THR装置后实际无电流输出。因此应将产保护放置在电流回路前端，进口保护放末尾。回路修改后如果产保护动作，只能将其对应电流回路采用跨接的方法，而不能采用短接方法，否则进口保护将无法正常工作。3.2跳闸继电器TR212、TR213的使用 TR212为瞬动触点继电器，TR213为动作自保持继电器，另有一电动复归线圈。此类继电器为提高动作速度及可靠的断弧性能，在制造上有先到之处。动作线圈的线径较粗，匝数相应减少，励磁时电流较大，以增加线圈电动力，动作干脆可靠，且触点间隙较大，可以有效断弧。调试时须严格注意测试方法，只能以冲击电压来测试动作可靠性，（厂家规定为50%额定电压），决不能以逐渐升压方法来测其动作电压值。因为当通电时间稍长就会引致线圈过热，超过30 ms就能烧坏线圈。 TR213继电器在构造上类似产电动复归掉牌信号继电器，但其动作速度、触点容量则完全是按跳闸继电器要求而设计，是专为永久性故障而设置的跳闸出口继电器。3.3主变差动保护CT切换回路运行存在的问题 500 kV惠州站的220 kV电气接线采用双母线带旁路形式。在220 kV旁路开关带主变变中开关运行时，为避免出现差动保护范围缩小，主变差动保护中压侧电流回路取旁路开关CT回路。如#1主变开入差动保护电流回路切换采用自动切换形式，随变中开关出线侧刀闸22014与旁路母线侧刀闸22013自动切换，见图1。#2主变保护与此类似。但当500 kV主变差动保护CT自动切换回路失去直流电源时，其启动继电器3YQJ（A）、（B）、4YQJ（A）、（B）失磁，触点返回，迫使多个CT切换继电器（双位置继电器，95C－1A、B、C、D）返回，见图2。其后果将造成运行中干式变压器差动保护的220 kV侧电流被短接，使主变差动保护失去一侧电流而误动跳闸。按惠州站主变差动保护原设计，CT自动切换启动回路电源并接于主变间隔刀闸位置指示器电源（9RD，10RD），而刀闸位置指示器电源涉及的回路较多，容易引起短路造成9RD、10RD熔断，致使CT自动切换启动回路失去电源。主变保护在运行时曾发生过#2主变纵差保护动作出口跳主变三侧的事故，由于当时#2主变中压侧CT切换启动控制正电源保险9RD烧断，致使电流切换中间继电器3YQJ（A）、3YQJ（B）失磁，继电器返回，纵差保护中压侧电流消失，纵差保护动作出口跳主变三侧。为此，必须将差动保护CT自动切换回路电源改造成先立保险供电，以满足主变保护的可靠性要求。 改造后CT自动切换回路需满足：保证其CT自动切换功能不变；当CT自动切换回路失去电源时，不会引起差动保护误动；当CT自动切换回路失去电源时，应有告警信号。#p#分页标题#e#
3.4CT自动切换回路改造的实施及新问题的处理 1) 将CT自动切换启动回路3YQJ（A）、（B）、4YQJ（A）、（B）从刀闸位置指示器电源（9RD、10RD）中分离出来，先立接于控制电源小母线2KM上，使用专用的保险11RD、12RD，称为主变差动保护CT切换电源，见图3。
2) 将原接于较好套差动保护电源的“主Ⅰ差动保护CT切换回路”（95C-1A、95C-1B、95C-1C、95C-1D）改接到11RD、12RD上；即当3YQJ（A）、（B）、4YQJ（A）、（B）因11RD、12RD保险熔断失电时，CT切换继电器95C-1同时失电，由于 95C-1是双位置继电器，失电后自保持在原来状态不切换，保证CT切换回路的正确性。 3) 在主变差动保护CT切换电源11RD、12RD失电后复电操作时，CT切换回路还是存在有瞬间误切换的可能。因为11RD、12RD失去电源后，95C-1虽机械自保持，但3YQJ（A）、（B）、4YQJ（A）、（B）失磁，其触点接通了95C-1的返回线圈。当装入保险11RD、12RD时，95C-1将有可能比3YQJ（A）、（B）；4YQJ（A）、（B）动作快而瞬间返回，将差动保护中压侧电流回路瞬时短接，随后3YQJ（A）、（B）、4YQJ（A）、（B）动作才将95C-1励磁使回路恢复正常。由于CT切换回路在失电复电操作过程中出现继电器YQJ与95C-1“触点竞赛”，有可能引起保护误动作。因此在11RD、12RD熔断后，装入保险前，应先人工断开CT回路切换直流空气开关MCB26，保证95C-1不能动作，然后才给上11RD、12RD保险，使3YQJ（A）、（B）、4YQJ（A）、（B）恢复正常状态，较后才给上MCB26开关。按此操作直流电源，才能确保差动保护安全运行。主变第二套差动保护电源的“主Ⅱ差动保护CT切换回路”（95C-2A、95C-2B、95C-2C、95C-2D）也改接到11RD、12RD上，其问题处理与主变较好套差动保护相同。 4）在“主变差动保护CT切换电源”回路上，装设一个中间继电器，用于监视“主变差动保护CT切换电源”，在电源消失时发告警信号。
4结语 本文对惠州变电站500 kV干式变压器继电保护的配置、装置的原理及运行作了介绍与分析。主变保护既有产设备又有进口设备。NEI公司主变保护所用继电器形式多样，从电磁型、整流型、晶体管型、集成电路型到微机型都有，性能也较复杂。只有深入了解保护装置性能，熟悉保护原理，才能做好设备调试、维护工作。
参考文献
［1］王维俭（WANG Weijian）.电力系统继电保护基本原理（Basic Principle of Protective Relaying in Electric Power Systems）［Ｍ］.北京：清华大学出版社（Beijing：Tsinghua University Press）.［2］贺家李,宋从矩(HE Jiali，SONG Congju).电力系统继电保护原理(第三版)（Principle of Protective Relaying in Electric Power Systems,Third Edition）［Ｍ］.北京：中电力出版社（Beijing:China Electric Power #p#分页标题#e#
来源：电力技术网
