- 微機(jī)變壓器保護(hù)雙重化配置的典型設(shè)計(jì)
- 探究出各種類型的微機(jī)變壓器保護(hù)方式
- 微機(jī)變壓器保護(hù)選擇雙主雙后、主后一體的配置
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(duì)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(chǎng)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(huì)，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(gè)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(cuò)或隱患而引發(fā)的保護(hù)誤動(dòng)。從全國近兩年主變保護(hù)動(dòng)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(dòng)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(dòng)的差動(dòng)保護(hù)及波形對(duì)稱原理的變壓器差動(dòng)保護(hù)作主保護(hù)，其原因是利用各自的優(yōu)勢(shì)，進(jìn)行互補(bǔ)。現(xiàn)在較成熟的變壓器差動(dòng)保護(hù)都是利用二次諧波制動(dòng)原理躲勵(lì)磁涌流的方式，但使用二次諧波制動(dòng)原理，當(dāng)變壓器空載合閘時(shí)發(fā)生單相或兩相內(nèi)部故障，差動(dòng)保護(hù)因涌流制動(dòng)而不動(dòng)作。
大型變壓器時(shí)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(shí)，主保護(hù)要等到涌流消失才能出口，延誤動(dòng)作時(shí)間。而波形對(duì)稱原理的變壓器差動(dòng)保護(hù)是利用一種波形對(duì)稱算法，將變壓器在空載合閘時(shí)產(chǎn)生的勵(lì)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(duì)稱比較。當(dāng)變壓器合閘時(shí)發(fā)生故障，利用波形對(duì)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(dòng)作。曾在華東、華北進(jìn)行的動(dòng)模試驗(yàn)結(jié)果也說明了這個(gè)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(dòng)原理的差動(dòng)保護(hù)，出口時(shí)間一般都在100ms，而波形對(duì)稱原理的變壓器差動(dòng)保護(hù)出口時(shí)間在25ms左右。此外，零差保護(hù)對(duì)變壓器的故障，尤其是對(duì)自耦變壓器的內(nèi)部故障有很高的靈敏度，且不受勵(lì)磁涌流的影響，但因?yàn)樵诂F(xiàn)場(chǎng)做極性試驗(yàn)非常困難，加之安徽省以往零差保護(hù)誤動(dòng)情況很多，因此，對(duì)于零差保護(hù)的設(shè)置原則是：如果裝置中有自動(dòng)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(dòng)時(shí)，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(shí)都能安全可靠運(yùn)行的前提下，盡量簡化，以減少誤動(dòng)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(gè)電氣部位發(fā)生故障時(shí)，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(shí)限，第一時(shí)限保護(hù)動(dòng)作跳開本側(cè)斷路器，第二時(shí)限動(dòng)作跳開三側(cè)斷路器，保護(hù)定值應(yīng)對(duì)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(duì)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(dòng)或開關(guān)拒動(dòng)時(shí)，起后備作用。
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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(shí)限，第一時(shí)限保護(hù)動(dòng)作跳開本側(cè)斷路器，第二時(shí)限保護(hù)動(dòng)作跳開三側(cè)斷路器。對(duì)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(duì)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(shí)，切除時(shí)間可以較短。
4.1.3旁路代路時(shí)：只切換一套主、后保護(hù)到旁路斷路器。主要考慮以下幾個(gè)原因：其一：旁路代路幾率不大，時(shí)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(dòng)保護(hù)誤動(dòng)分析，因運(yùn)行人員操作不當(dāng)造成差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)的情況占全部差動(dòng)保護(hù)不正確動(dòng)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(shí)保護(hù)雙套配置，旁路代路時(shí)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(shí)保護(hù)誤動(dòng)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(shí)限，保護(hù)動(dòng)作延時(shí)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(shí)限，第一時(shí)限保護(hù)動(dòng)作跳開本側(cè)開關(guān)，第二時(shí)限保護(hù)動(dòng)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(duì)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(dòng)時(shí)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(dòng)時(shí)會(huì)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(shí)限，第一時(shí)限跳母聯(lián)或分段斷路器，第二時(shí)限跳本側(cè)斷路器。對(duì)于110kV側(cè)純負(fù)荷變或有小電源時(shí)，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(dòng)時(shí)，作為110kV母線的后備；對(duì)于110kV側(cè)為較強(qiáng)電源時(shí)，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(duì)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(dòng)時(shí)，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。
4.2.3 旁路代路時(shí)：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(shí)限，保護(hù)動(dòng)作延時(shí)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(gè)時(shí)限。第一套第一時(shí)限保護(hù)動(dòng)作跳開本側(cè)斷路器，第二時(shí)限保護(hù)動(dòng)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(shí)限保護(hù)動(dòng)作跳開本側(cè)斷路器，第二時(shí)限保護(hù)動(dòng)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(dòng)和斷路器拒動(dòng)，對(duì)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(gè)時(shí)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(dòng)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(dòng)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(shí)只切換一套主、后保護(hù)到旁路，又可減少幾塊壓板；3）各時(shí)限段均由控制字投退，不經(jīng)壓板投退。
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6．失靈保護(hù)
慮到失靈保護(hù)誤動(dòng)情況較多，如主變中、低壓側(cè)保護(hù)都啟動(dòng)失靈，必定使接線復(fù)雜，增加了失靈保護(hù)誤動(dòng)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(dòng)失靈保護(hù)，非電量保護(hù)不啟動(dòng)失靈保護(hù)。啟動(dòng)失靈保護(hù)采用保護(hù)動(dòng)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(shí)啟動(dòng)失靈保護(hù)。保護(hù)啟動(dòng)后首先發(fā)解除電壓閉鎖信號(hào)，以此解決變壓器低壓側(cè)故障時(shí)，220kV側(cè)母線電壓低不下來的問題,然后經(jīng)延時(shí)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(shí)，將變壓器保護(hù)動(dòng)作接點(diǎn)切換至旁路，使用旁路開關(guān)的失靈電流啟動(dòng)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(dòng)繼電器，啟動(dòng)出口繼電器，同時(shí)非電量保護(hù)的動(dòng)作行為通過重動(dòng)繼電器記錄在微機(jī)裝置中，以便分析保護(hù)的動(dòng)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(dòng)，安徽省曾多次發(fā)生變壓器冷卻器全停保護(hù)誤動(dòng)的問題。典設(shè)將變壓器冷卻器全停保護(hù)的時(shí)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(dòng)。
8．交、直流電源分配
8.1交流配置
（1）兩套差動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(shì)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(duì)簡單、回路清晰、對(duì)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。
