惠州變電站500千伏干式變壓器保護配置及運行分

文摘：介紹了惠州變電站500千伏干式變壓器保護的特點(diǎn)、要求和配置。摘要：分析了各種進(jìn)口干式變壓器保護裝置的運行性能，指出了主變壓器差動(dòng)保護電流切換回路運行中存在的問(wèn)題，并提出了改進(jìn)措施。關(guān)鍵詞：干式變壓器保護；運營(yíng)績(jì)效；改進(jìn)措施

惠州變電站500千伏變壓器保護配置及運行分析

林志超

(中惠州516001 SVA惠州供電分公司)

介紹惠州變電站500千伏變壓器保護的特點(diǎn)、要求和配置。分析了變壓器各種進(jìn)口保護裝置的性能。提出了變壓器差動(dòng)保護電流切換電路運行中存在的問(wèn)題，并提出了改進(jìn)措施。關(guān)鍵字：轉換器保護；運營(yíng)績(jì)效；改進(jìn)措施

0引言500 kV惠州變電站是廣東東部電網(wǎng)的樞紐變電站，兩臺500 kV干線(xiàn)變壓器已投入運行，其中#1干式變壓器由西門(mén)子公司生產(chǎn)，#2干式變壓器由ABB公司生產(chǎn)。兩臺干式變壓器為三相先立自耦降壓干式變壓器，三側電壓分別為500 kV、220 kV和35 kV。干式變壓器的繼電保護裝置采用NEI-REYROLLE公司的產(chǎn)品，每個(gè)產(chǎn)品配有兩個(gè)保護屏。輔助保護和干式變壓器本體保護由產(chǎn)繼電器組成，主變壓器接口屏也由產(chǎn)繼電器組成。根據工廠(chǎng)調試和運行分析，兩套干式變壓器保護能夠滿(mǎn)足運行要求。由于保護裝置是進(jìn)口產(chǎn)品，而NEI的產(chǎn)品在內很少使用，因此有必要對其進(jìn)行介紹和分析，以提高繼電保護人員的設備調試和維護水平。

1500kV干式變壓器保護的特點(diǎn)、要求和配置500kV干式變壓器工作電壓高、容量大，在電網(wǎng)中起著(zhù)重要作用；多臺變壓器故障或繼電保護誤動(dòng)會(huì )造成主變壓器停電，造成巨大的經(jīng)濟損失。而且主變壓器拆裝工作量大，維護時(shí)間長(cháng)。這就要求干式變壓器內部故障切除時(shí)間盡可能短，以降低損耗。500千伏電力干式變壓器保護應比220千伏及以下干式變壓器保護具有更高的可靠性、靈敏度和快速性?；葜菡局髯儽Ｗo按上述原則配置，采用以下保護組合。1.1主保護雙重配置為了提高保護的可靠性，500 kV干式變壓器的主保護應采用雙重配置。主保護為縱差保護，配有兩套縱差保護：DUOBIAS和DUOBIAS 4C21/MHJ。1)差動(dòng)保護必須具有差動(dòng)電流速斷功能，能檢測差動(dòng)保護區的大故障電流。計算表明，干式變壓器每側短路時(shí)，電流互感器在較初20 ms內不會(huì )飽和，飽和前差動(dòng)電流速斷部分可以可靠切除故障。2)為了提高差動(dòng)保護的靈敏度，設置比率制動(dòng)，其工作電流隨著(zhù)外部穿越短路電流的增大而自動(dòng)增大。內部故障時(shí)短路電流大，有制動(dòng)作用，但制動(dòng)系數選擇得當，能保證制動(dòng)情況下的靈敏度。3)為防止干式變壓器勵磁涌流引起差動(dòng)保護誤動(dòng)，保護裝置應具有諧波制動(dòng)功能。勵磁涌流包含的各種諧波中，二次諧波較大，二次諧波可以作為制動(dòng)，可以獲得理想的制動(dòng)效果。型主縱差保護為duobis-M，采用數字二次諧波制動(dòng)原理進(jìn)行縱差保護。保護范圍包括主干式變壓器、套管和開(kāi)關(guān)站CT之間的一段引線(xiàn)的相間、接地和匝間故障，保護的瞬時(shí)動(dòng)作跳過(guò)主變壓器的三側開(kāi)關(guān)。安裝在主I保護屏上。主縱聯(lián)差動(dòng)保護型為duobis-4c 21/MHJ，是一種基于機械二次諧波制動(dòng)整流原理的縱聯(lián)差動(dòng)保護，安裝在主保護屏上。保護范圍和功能與主縱聯(lián)差動(dòng)保護相同?；葜葑冸娬局髯儔浩饕膊捎酶咦璨顒?dòng)保護，交流回路采用套管CT。保護范圍包括主干式變壓器高、中壓側內部線(xiàn)圈的相間和接地故障。保護靈敏度高，整定值可設定在額定電流的10%以?xún)?。低定值延時(shí)報警，高定值瞬時(shí)動(dòng)作跳三側斷路器。組件模型是DAD3。安裝在主保護屏上。1.2相間后備保護現在500 kV電力干式變壓器一般為單相干式變壓器組，配置相間保護作為干式變壓器引線(xiàn)和相鄰母線(xiàn)相間故障的后備保護?；葜菡?00千伏主變壓器室后備保護采用距離保護，型號為T(mén)HR4PE2。500 kV側安裝一套，220 kV側安裝一套，安裝在主I保護屏。由于干式變壓器高低壓側和中低壓側阻抗較大，高壓側和中壓側距離保護對低壓側相間故障不夠敏感，因此低壓側應安裝簡(jiǎn)單的相間故障后備保護?；葜菡静捎?5 kV側過(guò)流保護，繼電器型號為2DABT，安裝在主保護屏上。1.3接地后備保護接地保護用于干式變壓器內部、引線(xiàn)、母線(xiàn)和線(xiàn)路接地故障的后備保護。因為主變壓器變成了自耦變壓器，所以有一個(gè)電 #p#分頁(yè)標題#e#

發(fā)生單相接地故障時(shí)，零序電流可在高、中壓側之間流通?；葜菡局髯兘拥睾髠浔Ｗo采用公共繞組零序過(guò)流保護，型號DAC，裝設于主Ⅱ保護屏。還有高壓側與中壓側由開(kāi)關(guān)場(chǎng)電流互感器構成的零序電流濾過(guò)器構成的兩側零序方向電流保護，采用產(chǎn)許繼電氣公司生產(chǎn)的傳統電磁型電流與整流型方向繼電器，裝設于主變接口屏。接地后備保護在動(dòng)作時(shí)限上與線(xiàn)路后備段配合。1.4過(guò)勵磁保護 500 kV干式變壓器鐵芯正常工作磁密較高，接近飽和磁密，磁化曲線(xiàn)較“硬”。在過(guò)勵磁時(shí)，鐵芯飽和，勵磁阻抗下降，勵磁電流增加很快，其中含有許多高次諧波，可引起鐵芯、金屬構件、絕緣材料過(guò)熱。若過(guò)勵磁倍數較高，持續時(shí)間過(guò)長(cháng)，可能使干式變壓器損壞。500 kV干式變壓器應裝設過(guò)勵磁保護?；葜菡静捎肎EC-ALSTON公司生產(chǎn)型號為GTT的繼電器，短時(shí)間報警，長(cháng)時(shí)間動(dòng)作跳三側斷路器，裝設于主Ⅰ保護屏。

2各種保護裝置分析2.1微機型差動(dòng)保護DUOBIAS-M DUBIAS-M保護原理與通用干式變壓器差動(dòng)保護原理一致，具有差動(dòng)、比率差動(dòng)、二次諧波制動(dòng)和無(wú)制動(dòng)電流速斷等保護功能。有以下特點(diǎn)：① 具有軟件式中間變流器，不須另外裝設中間變流器，能以軟件形式修正干式變壓器變比與接線(xiàn)組別；② 動(dòng)作時(shí)間快，兩倍整定差流動(dòng)作時(shí)間為26ms，五倍無(wú)制動(dòng)速斷值動(dòng)作時(shí)間為15 ms；③ 集干式變壓器主保護與其它輔助功能于一體，還可以接入主變本體保護出口；④ 實(shí)時(shí)顯示主變各側負荷電流、差流，記錄故障時(shí)數值；⑤ 完善的自檢功能。2.2整流型差流繼電器DUOBIAS 4C21與電流速斷MHJ繼電器 4C21繼電器是一傳統差動(dòng)繼電器，同樣具有比率制動(dòng)功能，其整定檢驗較簡(jiǎn)單，僅在面板上有一Bias Slope（比率制動(dòng)曲線(xiàn)）抽頭選擇，動(dòng)作值根據曲線(xiàn)來(lái)制定，諧波制動(dòng)也是確定曲線(xiàn)，不能調整。 由于4C21無(wú)差流電流速斷功能，所以設計在高壓側CT二次每相各串入一個(gè)MHJ電流繼電器，作為相電流速斷，但其效果與差電流速斷不能完全等同。由于4C21是傳統式繼電器，動(dòng)作時(shí)間較慢，一般故障切除時(shí)間在50 ms以上，嚴重故障可大于40 ms；用硒堆整流，效率低，導致小電流下動(dòng)作靈敏度也低；繼電器電磁線(xiàn)圈較多，CT負擔也重。2.3高阻抗差動(dòng)繼電器DAD3 DAD3為集成電路型小電流繼電器，具有動(dòng)作快速，輸入濾波器能有效濾除直流分量及消除諧波分量影響，CT二次斷線(xiàn)報警等特點(diǎn)。交流輸入為高壓側、中壓側及公共繞組套管電流，交流回路與主保護不同。2.4距離保護裝置THR THR的作用相當于干式變壓器方向過(guò)流，是晶體管型繼電器。THR型號4PE2含義：4——保護有4段阻抗值;P——相間故障選擇功能;E——接地故障選擇功能;2——分兩段出口。 作為干式變壓器后備保護，THR有兩種特性可供選擇，圓形特征和變形特征。選用圓形特征，變形比為1.0。四段阻抗保護通常只采用Ⅱ、Ⅲ段。但Ⅰ段定值應先先確定，由于Z2=Z1×H、Z3=Z1×K×N，定值單一般給出Ⅱ、Ⅲ段定值，同時(shí)要求Ⅲ段反向偏移10%。由Z3R=10%Z3、Z3R=1.2Z1（Z3R為Ⅲ段反向偏移阻抗），可得出Ⅰ段定值為Z1=Z3R/1.2= Z310%/1.2，Ⅳ段Z4=Z1R，定值相同、方向相反。 雖然Ⅰ、Ⅳ段定值得以確定，但運行時(shí)并不采用Ⅰ、Ⅳ段，特別是反向的Ⅳ段。對應裝置原理圖，在Out Modul插件中斷開(kāi)L9，即PTT計時(shí)回路，則Ⅰ段不能出口。而Ⅳ段因計時(shí)器T10無(wú)類(lèi)似連觸點(diǎn)，可將其延時(shí)置較大（9.99 s），同時(shí)由于Ⅳ段定值小于Ⅲ段反向偏移，且Ⅳ段時(shí)間定值大于Ⅲ段時(shí)間，則可避免Ⅳ段誤動(dòng)。2.5過(guò)勵磁保護繼電器GTT GTT用來(lái)保護主干式變壓器在空載合閘瞬間所產(chǎn)生的沖擊振蕩。繼電器利用v/f原理構成，即利用電壓與頻率比值的高低來(lái)判別是否出現過(guò)勵磁，定值從1.0至1.25之間可調，以干式變壓器廠(chǎng)家提供的勵磁特性曲線(xiàn)為依據整定。輸出觸點(diǎn)有兩對，較好對延時(shí)0.5～1 s（內部可調整），作為報警輸出，第二對延時(shí)5～30 s可調，作跳閘輸出。 #p#分頁(yè)標題#e#

3保護裝置運行中的問(wèn)題及改進(jìn)3.1兩套THR保護裝置電流回路設計 原設計將進(jìn)口保護放置在電流回路前端，產(chǎn)保護放較后。其本意是在運行中產(chǎn)保護有動(dòng)作時(shí)，在主變接口屏將電流回路短接，不影響進(jìn)口保護正常運行。但根據THR裝置原理要求，內部必需形成具有中性點(diǎn)（Nentral）的電流回路，用作零序電流啟動(dòng)用，所以交流電流回路經(jīng)THR裝置后實(shí)際無(wú)電流輸出。因此應將產(chǎn)保護放置在電流回路前端，進(jìn)口保護放末尾?；芈沸薷暮笕绻a(chǎn)保護動(dòng)作，只能將其對應電流回路采用跨接的方法，而不能采用短接方法，否則進(jìn)口保護將無(wú)法正常工作。3.2跳閘繼電器TR212、TR213的使用 TR212為瞬動(dòng)觸點(diǎn)繼電器，TR213為動(dòng)作自保持繼電器，另有一電動(dòng)復歸線(xiàn)圈。此類(lèi)繼電器為提高動(dòng)作速度及可靠的斷弧性能，在制造上有先到之處。動(dòng)作線(xiàn)圈的線(xiàn)徑較粗，匝數相應減少，勵磁時(shí)電流較大，以增加線(xiàn)圈電動(dòng)力，動(dòng)作干脆可靠，且觸點(diǎn)間隙較大，可以有效斷弧。調試時(shí)須嚴格注意測試方法，只能以沖擊電壓來(lái)測試動(dòng)作可靠性，（廠(chǎng)家規定為50%額定電壓），決不能以逐漸升壓方法來(lái)測其動(dòng)作電壓值。因為當通電時(shí)間稍長(cháng)就會(huì )引致線(xiàn)圈過(guò)熱，超過(guò)30 ms就能燒壞線(xiàn)圈。 TR213繼電器在構造上類(lèi)似產(chǎn)電動(dòng)復歸掉牌信號繼電器，但其動(dòng)作速度、觸點(diǎn)容量則完全是按跳閘繼電器要求而設計，是專(zhuān)為永久性故障而設置的跳閘出口繼電器。3.3主變差動(dòng)保護CT切換回路運行存在的問(wèn)題 500 kV惠州站的220 kV電氣接線(xiàn)采用雙母線(xiàn)帶旁路形式。在220 kV旁路開(kāi)關(guān)帶主變變中開(kāi)關(guān)運行時(shí)，為避免出現差動(dòng)保護范圍縮小，主變差動(dòng)保護中壓側電流回路取旁路開(kāi)關(guān)CT回路。如#1主變開(kāi)入差動(dòng)保護電流回路切換采用自動(dòng)切換形式，隨變中開(kāi)關(guān)出線(xiàn)側刀閘22014與旁路母線(xiàn)側刀閘22013自動(dòng)切換，見(jiàn)圖1。#2主變保護與此類(lèi)似。但當500 kV主變差動(dòng)保護CT自動(dòng)切換回路失去直流電源時(shí)，其啟動(dòng)繼電器3YQJ（A）、（B）、4YQJ（A）、（B）失磁，觸點(diǎn)返回，迫使多個(gè)CT切換繼電器（雙位置繼電器，95C－1A、B、C、D）返回，見(jiàn)圖2。其后果將造成運行中干式變壓器差動(dòng)保護的220 kV側電流被短接，使主變差動(dòng)保護失去一側電流而誤動(dòng)跳閘。按惠州站主變差動(dòng)保護原設計，CT自動(dòng)切換啟動(dòng)回路電源并接于主變間隔刀閘位置指示器電源（9RD，10RD），而刀閘位置指示器電源涉及的回路較多，容易引起短路造成9RD、10RD熔斷，致使CT自動(dòng)切換啟動(dòng)回路失去電源。主變保護在運行時(shí)曾發(fā)生過(guò)#2主變縱差保護動(dòng)作出口跳主變三側的事故，由于當時(shí)#2主變中壓側CT切換啟動(dòng)控制正電源保險9RD燒斷，致使電流切換中間繼電器3YQJ（A）、3YQJ（B）失磁，繼電器返回，縱差保護中壓側電流消失，縱差保護動(dòng)作出口跳主變三側。為此，必須將差動(dòng)保護CT自動(dòng)切換回路電源改造成先立保險供電，以滿(mǎn)足主變保護的可靠性要求。 改造后CT自動(dòng)切換回路需滿(mǎn)足：保證其CT自動(dòng)切換功能不變；當CT自動(dòng)切換回路失去電源時(shí)，不會(huì )引起差動(dòng)保護誤動(dòng)；當CT自動(dòng)切換回路失去電源時(shí)，應有告警信號。#p#分頁(yè)標題#e#

3.4CT自動(dòng)切換回路改造的實(shí)施及新問(wèn)題的處理 1) 將CT自動(dòng)切換啟動(dòng)回路3YQJ（A）、（B）、4YQJ（A）、（B）從刀閘位置指示器電源（9RD、10RD）中分離出來(lái)，先立接于控制電源小母線(xiàn)2KM上，使用專(zhuān)用的保險11RD、12RD，稱(chēng)為主變差動(dòng)保護CT切換電源，見(jiàn)圖3。

2) 將原接于較好套差動(dòng)保護電源的“主Ⅰ差動(dòng)保護CT切換回路”（95C-1A、95C-1B、95C-1C、95C-1D）改接到11RD、12RD上；即當3YQJ（A）、（B）、4YQJ（A）、（B）因11RD、12RD保險熔斷失電時(shí)，CT切換繼電器95C-1同時(shí)失電，由于 95C-1是雙位置繼電器，失電后自保持在原來(lái)狀態(tài)不切換，保證CT切換回路的正確性。 3) 在主變差動(dòng)保護CT切換電源11RD、12RD失電后復電操作時(shí)，CT切換回路還是存在有瞬間誤切換的可能。因為11RD、12RD失去電源后，95C-1雖機械自保持，但3YQJ（A）、（B）、4YQJ（A）、（B）失磁，其觸點(diǎn)接通了95C-1的返回線(xiàn)圈。當裝入保險11RD、12RD時(shí)，95C-1將有可能比3YQJ（A）、（B）；4YQJ（A）、（B）動(dòng)作快而瞬間返回，將差動(dòng)保護中壓側電流回路瞬時(shí)短接，隨后3YQJ（A）、（B）、4YQJ（A）、（B）動(dòng)作才將95C-1勵磁使回路恢復正常。由于CT切換回路在失電復電操作過(guò)程中出現繼電器YQJ與95C-1“觸點(diǎn)競賽”，有可能引起保護誤動(dòng)作。因此在11RD、12RD熔斷后，裝入保險前，應先人工斷開(kāi)CT回路切換直流空氣開(kāi)關(guān)MCB26，保證95C-1不能動(dòng)作，然后才給上11RD、12RD保險，使3YQJ（A）、（B）、4YQJ（A）、（B）恢復正常狀態(tài)，較后才給上MCB26開(kāi)關(guān)。按此操作直流電源，才能確保差動(dòng)保護安全運行。主變第二套差動(dòng)保護電源的“主Ⅱ差動(dòng)保護CT切換回路”（95C-2A、95C-2B、95C-2C、95C-2D）也改接到11RD、12RD上，其問(wèn)題處理與主變較好套差動(dòng)保護相同。 4）在“主變差動(dòng)保護CT切換電源”回路上，裝設一個(gè)中間繼電器，用于監視“主變差動(dòng)保護CT切換電源”，在電源消失時(shí)發(fā)告警信號。

4結語(yǔ) 本文對惠州變電站500 kV干式變壓器繼電保護的配置、裝置的原理及運行作了介紹與分析。主變保護既有產(chǎn)設備又有進(jìn)口設備。NEI公司主變保護所用繼電器形式多樣，從電磁型、整流型、晶體管型、集成電路型到微機型都有，性能也較復雜。只有深入了解保護裝置性能，熟悉保護原理，才能做好設備調試、維護工作。

參考文獻

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