淺談微機主變壓器雙重保護

前言在電網(wǎng)中，主變壓器是升壓或降壓的重要部件。不僅價(jià)格昂貴，而且損壞后修復周期長(cháng)。經(jīng)常因主變壓器故障破壞電網(wǎng)正常運行方式，造成電廠(chǎng)停運、用戶(hù)停電等損失。因此，保證主變壓器的安全運行具有重要意義。

主變壓器保護一直受到繼電保護專(zhuān)業(yè)人士的重視。如何提高主變壓器保護的動(dòng)作靈敏度和可靠性一直是生產(chǎn)廠(chǎng)家和運行單位追求的目標。然而，干式變壓器不僅是電氣元件，而且是磁性元件，具有非線(xiàn)性特性和復雜的暫態(tài)過(guò)程。所以相對于線(xiàn)路保護，它的動(dòng)作精度還是很低的。隨著(zhù)計算機技術(shù)的發(fā)展，基于微處理器的干式變壓器保護越來(lái)越多，性能也越來(lái)越好，這使得提高干式變壓器保護的運行水平成為可能，干線(xiàn)變壓器的雙重保護就是其中一個(gè)方面?，F在，我們來(lái)談?wù)勚髯儔浩麟p重保護實(shí)踐中遇到的一些問(wèn)題。

1干線(xiàn)變壓器雙重保護的意義

根據《繼電保護和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規程》的要求，不同容量、不同電壓等級的電力干式變壓器配置不同的保護。大型干式變壓器一般以氣體保護和縱差保護為主保護，每側安裝不同的復合電壓過(guò)流、方向零序或阻抗保護作為后備保護。在規定中，除330千伏及以上的干式變壓器可安裝雙差動(dòng)保護外，一般按單主單后配置。

對于主保護和后備保護，主保護和后備保護通常分別連接到一組電流互感器的二次側。差動(dòng)保護一般接先立電流互感器，后備保護接干線(xiàn)變壓器套管電流互感器的二次，如圖l所示，雙母線(xiàn)旁路的主接線(xiàn)方式下，當旁路開(kāi)關(guān)代替主變壓器開(kāi)關(guān)時(shí)，差動(dòng)保護的電流回路相應切換，后備保護的電流回路不需要切換。

從圖1可以看出，差動(dòng)保護的保護范圍包括從主變壓器的先立電流互感器到套管的引線(xiàn)，以及旁路時(shí)的旁路母線(xiàn)。

2000年9月家電力公司發(fā)布的《防止電力生產(chǎn)重大事故的二十五項重點(diǎn)要求》中明確規定220kV主變壓器微機保護必須加倍。在主變壓器保護計算機化之前，當主保護和后備保護由分立的電磁元件組成時(shí)。一套220kV主變壓器保護一般需要三至四屏。要實(shí)現雙重保護，屏幕位置會(huì )達到六到七個(gè)，顯然太復雜了。80年代末90年代初，采用晶體管和集成電路干線(xiàn)變壓器保護。雖然繼電器的性能有了很大的提高，分布式繼電器也改成了統一柜，但電路組成和接線(xiàn)還是出于電磁保護的考慮，一主一后至少有兩個(gè)屏，雙后電路也很復雜。早期的微機主變保護，由于還是采用主變與后變分離的設計方案，每側一套主保護加后備保護，操作箱，故障及非電保護等。需要七八層機箱，實(shí)現雙重保護還是很困難的。

由于高性能計算機芯片的出現，包括主保護和各側所有后備保護在內的新一代微機主變壓器保護得到了發(fā)展和廣泛應用。除電量保護和開(kāi)關(guān)操作箱外，保護裝置只需一層機箱即可完成一整套主、后一體化保護。雙重保護后，一般有四到五層機箱，兩個(gè)屏幕。由于一套保護的功能集中在一個(gè)案例中，且兩套保護一般采用相同的輸入輸出設計，外圍接線(xiàn) #p#分頁(yè)標題#e#

一年多的雙線(xiàn)保護成功運行經(jīng)驗。

一對電源可靠性要求的改進(jìn)。微機保護失靈后，通常要靠廠(chǎng)家處理，處理周期長(cháng)。如果只有一套保護，有時(shí)保護故障會(huì )迫使干式變壓器停止運行。

采用雙主雙回干式變壓器保護后，電流互感器的二次回路如何連接將是我們需要考慮的問(wèn)題：

一般較好套保護接原差動(dòng)保護的電流互感器二次側，即先立電流互感器，需要切換下一代；第二套保護接原后備保護電流互感器的二次側，即套管電流互感器，下一代不需要切換。但對于降壓變壓器的高壓側，其保護范圍不包括開(kāi)關(guān)電流互感器到干式變壓器套管的引線(xiàn)。對于低壓側，其后備保護的保護范圍應指向非電源側，因此引線(xiàn)故障會(huì )被后備保護切除。

當先立電流互感器二次充足時(shí)，也可將二次保護接至先立電流互感器，套管電流互感器可側開(kāi)，以保證兩組保護在正常運行時(shí)有足夠的保護范圍。當較好保護因故退出時(shí)，主變壓器的正常運行不會(huì )受到第二保護死區的影響。但是現場(chǎng)切換電流二次回路比較麻煩，經(jīng)常會(huì )因為操作不當而發(fā)生差動(dòng)保護誤動(dòng)。因此，當保護方式滿(mǎn)足要求時(shí)，不建議過(guò)多切換電流回路。作者認為電路在設計和施工上都能接好，正常運行時(shí)只切較好套。當較好套保護因故退出時(shí)，第二套保護的電流回路切至先立電流互感器。

為了避免電流回路的切換，兩套保護均可采用套管式電流互感器，并在降壓變壓器高壓側增加一個(gè)簡(jiǎn)單的電流保護，與先立的電流互感器連接作為引線(xiàn)保護。更換時(shí)，保護停用，采用旁路保護作為引線(xiàn)和旁路母線(xiàn)保護，保護配置復雜，電流保護和旁路保護全程都要考慮勵磁涌流的影響。如何選擇，就要看各地的操作習慣了。2雙主雙后主干式變壓器保護的二次回路連接

雙主雙后的主變保護一般采用兩屏配置，兩套保護裝置分別安裝在兩屏上。三側開(kāi)關(guān)操作箱、非電保護、故障保護、220kV側三相不一致。

根據反措要求，每套主變保護應分別使用一組電源開(kāi)關(guān)或熔斷器，并分別接在變電所中不同的直流母線(xiàn)，這樣在一組母線(xiàn)失電時(shí)不至于失去全部保護。

非電量保護只有一套，應使用先立的電源開(kāi)關(guān)或熔斷器，具有電源消失監視，對重瓦斯等用于跳閘的保護，應通過(guò)接于控制電源的重動(dòng)繼電器直接跳閘，不應接入逆變電源，但其動(dòng)作信號應作為開(kāi)關(guān)量接人微機保護，以便保護動(dòng)作后的分析及信息儲存。

對220kY側的失靈保護和三相不一致保護，可合用一套裝置，使用單先的電源開(kāi)關(guān)或熔斷器。

三側開(kāi)關(guān)的操作電源應先立，220kV側一般使用雙跳圈的開(kāi)關(guān)，每一跳圈使用一組電源開(kāi)關(guān)或熔斷器，接于變電所中不同的直流母線(xiàn)。#p#分頁(yè)標題#e#

每套保護使用不同的電流互感器次級，但一般的變電所不具備每套保護使用不同電壓次級的條件。但電壓在經(jīng)切換繼電器切換后，因分別經(jīng)一只空氣小開(kāi)關(guān)接人保護裝置，小開(kāi)關(guān)的輸出必須經(jīng)端子排過(guò)度，只有這樣才能分別對每套保護裝置進(jìn)行通電檢查或校驗。

兩套保護裝置的出口回路在端子排上并接后接入開(kāi)關(guān)操作箱。對220kY側出口，因是雙跳圈開(kāi)關(guān)，可以每套裝置跳一組跳圈，也可以每套裝置分別跳兩組跳圈，跳兩組跳圈的可靠性顯然要比跳一組高，但回路顯得復雜，在停起用保護時(shí)操作多。

3主干式變壓器保護雙重化后的運行方式及操作要求

采用雙主雙后的主干式變壓器保護后，保護的運行方式變得靈活，但由于各類(lèi)壓板較多，操作變得復雜，與傳統的主變保護有許多不同之處。

(1)保護裝置的投退

單先投退某一保護功能時(shí)，如停用差動(dòng)保護，可投退某一保護的開(kāi)入量壓板，但某一套保護整個(gè)投退時(shí)，可直接操作該套保護裝置的出口壓板，這樣可以簡(jiǎn)化操作。

(2)保護裝置的旁代操作

在主干式變壓器開(kāi)關(guān)因故停用需要用旁路開(kāi)關(guān)代路時(shí)，接主干式變壓器套管電流互感器的一套保護電流回路無(wú)需切換，保護壓板也不用操作，只要將電壓切換開(kāi)關(guān)切至旁路或固定于相應的運行母線(xiàn)即可。在切換電壓時(shí)，可能會(huì )出現電壓回路異常的報警，這時(shí)相當于復壓閉鎖開(kāi)放，由于這個(gè)過(guò)程時(shí)間非常短，不會(huì )對保護的運行帶來(lái)不良后果。

對使用先立電流互感器的一套保護，電壓回路的切換同上，但由于電流回路需要切換，先先要考慮停用該套差動(dòng)保護，同時(shí)還要停用零序保護，否則在負荷電流較大或切換過(guò)程中發(fā)生區外故障時(shí)保護將誤動(dòng)。對相電流過(guò)流保護等，因切換過(guò)程中只會(huì )引起拒動(dòng)，所以不必停用。

當然，由于電流回路切換的時(shí)間較短，可不考慮第二套保護對引線(xiàn)部分有死區的影響，為了簡(jiǎn)化操作，也可以在電流切換過(guò)程中將較好套保護全部停用，即停用它的出口壓板。

4幾種運行方式的討論

目前，在我公司運行的雙主雙后主變保護中，沿用了單套保護的運行習慣，即較好套保護接先立電流互感器，旁代時(shí)進(jìn)行電流回路切換，第二套保護接套管電流互感器，旁代時(shí)不切換，在旁路開(kāi)關(guān)代路時(shí)。旁路開(kāi)關(guān)的保護停用。但有幾種運行方式值得討論，因為瓦斯保護與運行方式無(wú)關(guān)，在討論過(guò)程中我們認為一直按規程投入運行。

在旁代時(shí)停用較好套全部保護，不進(jìn)行電流回路的切換，起用旁路開(kāi)關(guān)的保護作引線(xiàn)與主變的后備。這樣對降壓變的220kV側來(lái)說(shuō)，形成了一套差動(dòng)保護加兩套后備保護的方式，對于llOkV側，由于旁路保護的方向問(wèn)題，該保護無(wú)法正常使用。#p#分頁(yè)標題#e#

如圖3，220kV旁路保護范圍的指向為旁路母線(xiàn)與引線(xiàn)，能滿(mǎn)足要求。llOkV側旁路保護范圍雖然也指向旁路母線(xiàn)及引線(xiàn)，但因為降壓變電源在220kV側，其主干式變壓器后備保護的范圍應指向母線(xiàn)，與旁路保護范圍的指向相反。

在第二套保護因故退出運行時(shí)，因較好套保護無(wú)死區，無(wú)需操作干式變壓器可以繼續運行，但較好套保護因故退出運行時(shí)，因第二套保護存在死區，需要一定的補救措施。其措施之一是用220kV旁路開(kāi)關(guān)代主變開(kāi)關(guān)，起用旁路開(kāi)關(guān)的保護，這一方案較完善，也可以將套管電流互感器的回路切到先立電流互感器，但正如前面所述，在切換過(guò)程中差動(dòng)保護及零序保護要停用，這時(shí)干式變壓器將只有瓦斯保護與部分后備保護，這將是十分危險的。還有一種方法是兩套保護均接先立電流互感器，旁代時(shí)較好套保護切至旁路電流互感器，第二套保護切套管電流互感器，但將給正常旁代增加操作難度。

總而言之，采用雙主雙后主干式變壓器保護后，增加了保護裝置運行的靈活性與可靠性，同時(shí)也給設計運行等方面帶來(lái)了一些新問(wèn)題，如果處理得當，將會(huì )有益于安全運行，否則將會(huì )造成隱患。

雙主雙后主干式變壓器保護的出現是一種進(jìn)步，但一些操作還過(guò)于復雜，按目前的電流回路接人方式還不夠完善，我們有待于象微機母線(xiàn)保護這樣的方式自適應主干式變壓器保護的出現，在減少現場(chǎng)操作的同時(shí)，少因切換電流回路造成的保護不正確動(dòng)作。