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

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、要求和配置。分析了變壓器各種進口保護裝置的性能。提出了變壓器差動保護電流切換電路運行中存在的問題，并提出了改進措施。關(guān)鍵字：轉(zhuǎn)換器保護；運營績效；改進措施

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干線變壓器已投入運行，其中#1干式變壓器由西門子公司生產(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(cè)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，每個產(chǎn)品配有兩個保護屏。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(jù)工廠調(diào)試和運行分析，兩套干式變壓器保護能夠滿足運行要求。由于保護裝置是進口產(chǎn)品，而NEI的產(chǎn)品在內(nèi)很少使用，因此有必要對其進行介紹和分析，以提高繼電保護人員的設(shè)備調(diào)試和維護水平。

1500kV干式變壓器保護的特點、要求和配置500kV干式變壓器工作電壓高、容量大，在電網(wǎng)中起著重要作用；多臺變壓器故障或繼電保護誤動會造成主變壓器停電，造成巨大的經(jīng)濟損失。而且主變壓器拆裝工作量大，維護時間長。這就要求干式變壓器內(nèi)部故障切除時間盡可能短，以降低損耗。500千伏電力干式變壓器保護應(yīng)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(yīng)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)差動保護必須具有差動電流速斷功能，能檢測差動保護區(qū)的大故障電流。計算表明，干式變壓器每側(cè)短路時，電流互感器在較初20 ms內(nèi)不會飽和，飽和前差動電流速斷部分可以可靠切除故障。2)為了提高差動保護的靈敏度，設(shè)置比率制動，其工作電流隨著外部穿越短路電流的增大而自動增大。內(nèi)部故障時短路電流大，有制動作用，但制動系數(shù)選擇得當，能保證制動情況下的靈敏度。3)為防止干式變壓器勵磁涌流引起差動保護誤動，保護裝置應(yīng)具有諧波制動功能。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，可以獲得理想的制動效果。型主縱差保護為duobis-M，采用數(shù)字二次諧波制動原理進行縱差保護。保護范圍包括主干式變壓器、套管和開關(guān)站CT之間的一段引線的相間、接地和匝間故障，保護的瞬時動作跳過主變壓器的三側(cè)開關(guān)。安裝在主I保護屏上。主縱聯(lián)差動保護型為duobis-4c 21/MHJ，是一種基于機械二次諧波制動整流原理的縱聯(lián)差動保護，安裝在主保護屏上。保護范圍和功能與主縱聯(lián)差動保護相同。惠州變電站主變壓器也采用高阻差動保護，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(cè)內(nèi)部線圈的相間和接地故障。保護靈敏度高，整定值可設(shè)定在額定電流的10%以內(nèi)。低定值延時報警，高定值瞬時動作跳三側(cè)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(xiàn)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和相鄰母線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THR4PE2。500 kV側(cè)安裝一套，220 kV側(cè)安裝一套，安裝在主I保護屏。由于干式變壓器高低壓側(cè)和中低壓側(cè)阻抗較大，高壓側(cè)和中壓側(cè)距離保護對低壓側(cè)相間故障不夠敏感，因此低壓側(cè)應(yīng)安裝簡單的相間故障后備保護?；葜菡静捎?5 kV側(cè)過流保護，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(nèi)部、引線、母線和線路接地故障的后備保護。因為主變壓器變成了自耦變壓器，所以有一個電 #p#分頁標題#e#

發(fā)生單相接地故障時，零序電流可在高、中壓側(cè)之間流通?；葜菡局髯兘拥睾髠浔Ｗo采用公共繞組零序過流保護，型號DAC，裝設(shè)于主Ⅱ保護屏。還有高壓側(cè)與中壓側(cè)由開關(guān)場電流互感器構(gòu)成的零序電流濾過器構(gòu)成的兩側(cè)零序方向電流保護，采用產(chǎn)許繼電氣公司生產(chǎn)的傳統(tǒng)電磁型電流與整流型方向繼電器，裝設(shè)于主變接口屏。接地后備保護在動作時限上與線路后備段配合。1.4過勵磁保護 500 kV干式變壓器鐵芯正常工作磁密較高，接近飽和磁密，磁化曲線較“硬”。在過勵磁時，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(gòu)件、絕緣材料過熱。若過勵磁倍數(shù)較高，持續(xù)時間過長，可能使干式變壓器損壞。500 kV干式變壓器應(yīng)裝設(shè)過勵磁保護?；葜菡静捎肎EC-ALSTON公司生產(chǎn)型號為GTT的繼電器，短時間報警，長時間動作跳三側(cè)斷路器，裝設(shè)于主Ⅰ保護屏。

2各種保護裝置分析2.1微機型差動保護DUOBIAS-M DUBIAS-M保護原理與通用干式變壓器差動保護原理一致，具有差動、比率差動、二次諧波制動和無制動電流速斷等保護功能。有以下特點：① 具有軟件式中間變流器，不須另外裝設(shè)中間變流器，能以軟件形式修正干式變壓器變比與接線組別；② 動作時間快，兩倍整定差流動作時間為26ms，五倍無制動速斷值動作時間為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 實時顯示主變各側(cè)負荷電流、差流，記錄故障時數(shù)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(tǒng)差動繼電器，同樣具有比率制動功能，其整定檢驗較簡單，僅在面板上有一Bias Slope（比率制動曲線）抽頭選擇，動作值根據(jù)曲線來制定，諧波制動也是確定曲線，不能調(diào)整。 由于4C21無差流電流速斷功能，所以設(shè)計在高壓側(cè)CT二次每相各串入一個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(tǒng)式繼電器，動作時間較慢，一般故障切除時間在50 ms以上，嚴重故障可大于40 ms；用硒堆整流，效率低，導致小電流下動作靈敏度也低；繼電器電磁線圈較多，CT負擔也重。2.3高阻抗差動繼電器DAD3 DAD3為集成電路型小電流繼電器，具有動作快速，輸入濾波器能有效濾除直流分量及消除諧波分量影響，CT二次斷線報警等特點。交流輸入為高壓側(cè)、中壓側(cè)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(yīng)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，但運行時并不采用Ⅰ、Ⅳ段，特別是反向的Ⅳ段。對應(yīng)裝置原理圖，在Out Modul插件中斷開L9，即PTT計時回路，則Ⅰ段不能出口。而Ⅳ段因計時器T10無類似連觸點，可將其延時置較大（9.99 s），同時由于Ⅳ段定值小于Ⅲ段反向偏移，且Ⅳ段時間定值大于Ⅲ段時間，則可避免Ⅳ段誤動。2.5過勵磁保護繼電器GTT GTT用來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(gòu)成，即利用電壓與頻率比值的高低來判別是否出現(xiàn)過勵磁，定值從1.0至1.25之間可調(diào)，以干式變壓器廠家提供的勵磁特性曲線為依據(jù)整定。輸出觸點有兩對，較好對延時0.5～1 s（內(nèi)部可調(diào)整），作為報警輸出，第二對延時5～30 s可調(diào)，作跳閘輸出。 #p#分頁標題#e#

3保護裝置運行中的問題及改進3.1兩套THR保護裝置電流回路設(shè)計 原設(shè)計將進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)保護有動作時，在主變接口屏將電流回路短接，不影響進口保護正常運行。但根據(jù)THR裝置原理要求，內(nèi)部必需形成具有中性點（Nentral）的電流回路，用作零序電流啟動用，所以交流電流回路經(jīng)THR裝置后實際無電流輸出。因此應(yīng)將產(chǎn)保護放置在電流回路前端，進口保護放末尾?；芈沸薷暮笕绻a(chǎn)保護動作，只能將其對應(yīng)電流回路采用跨接的方法，而不能采用短接方法，否則進口保護將無法正常工作。3.2跳閘繼電器TR212、TR213的使用 TR212為瞬動觸點繼電器，TR213為動作自保持繼電器，另有一電動復歸線圈。此類繼電器為提高動作速度及可靠的斷弧性能，在制造上有先到之處。動作線圈的線徑較粗，匝數(shù)相應(yīng)減少，勵磁時電流較大，以增加線圈電動力，動作干脆可靠，且觸點間隙較大，可以有效斷弧。調(diào)試時須嚴格注意測試方法，只能以沖擊電壓來測試動作可靠性，（廠家規(guī)定為50%額定電壓），決不能以逐漸升壓方法來測其動作電壓值。因為當通電時間稍長就會引致線圈過熱，超過30 ms就能燒壞線圈。 TR213繼電器在構(gòu)造上類似產(chǎn)電動復歸掉牌信號繼電器，但其動作速度、觸點容量則完全是按跳閘繼電器要求而設(shè)計，是專為永久性故障而設(shè)置的跳閘出口繼電器。3.3主變差動保護CT切換回路運行存在的問題 500 kV惠州站的220 kV電氣接線采用雙母線帶旁路形式。在220 kV旁路開關(guān)帶主變變中開關(guān)運行時，為避免出現(xiàn)差動保護范圍縮小，主變差動保護中壓側(cè)電流回路取旁路開關(guān)CT回路。如#1主變開入差動保護電流回路切換采用自動切換形式，隨變中開關(guān)出線側(cè)刀閘22014與旁路母線側(cè)刀閘22013自動切換，見圖1。#2主變保護與此類似。但當500 kV主變差動保護CT自動切換回路失去直流電源時，其啟動繼電器3YQJ（A）、（B）、4YQJ（A）、（B）失磁，觸點返回，迫使多個CT切換繼電器（雙位置繼電器，95C－1A、B、C、D）返回，見圖2。其后果將造成運行中干式變壓器差動保護的220 kV側(cè)電流被短接，使主變差動保護失去一側(cè)電流而誤動跳閘。按惠州站主變差動保護原設(shè)計，CT自動切換啟動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自動切換啟動回路失去電源。主變保護在運行時曾發(fā)生過#2主變縱差保護動作出口跳主變?nèi)齻?cè)的事故，由于當時#2主變中壓側(cè)CT切換啟動控制正電源保險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(cè)電流消失，縱差保護動作出口跳主變?nèi)齻?cè)。為此，必須將差動保護CT自動切換回路電源改造成先立保險供電，以滿足主變保護的可靠性要求。 改造后CT自動切換回路需滿足：保證其CT自動切換功能不變；當CT自動切換回路失去電源時，不會引起差動保護誤動；當CT自動切換回路失去電源時，應(yīng)有告警信號。#p#分頁標題#e#

3.4CT自動切換回路改造的實施及新問題的處理 1) 將CT自動切換啟動回路3YQJ（A）、（B）、4YQJ（A）、（B）從刀閘位置指示器電源（9RD、10RD）中分離出來，先立接于控制電源小母線2KM上，使用專用的保險11RD、12RD，稱為主變差動保護CT切換電源，見圖3。

2) 將原接于較好套差動保護電源的“主Ⅰ差動保護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，CT切換繼電器95C-1同時失電，由于 95C-1是雙位置繼電器，失電后自保持在原來狀態(tài)不切換，保證CT切換回路的正確性。 3) 在主變差動保護CT切換電源11RD、12RD失電后復電操作時，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，其觸點接通了95C-1的返回線圈。當裝入保險11RD、12RD時，95C-1將有可能比3YQJ（A）、（B）；4YQJ（A）、（B）動作快而瞬間返回，將差動保護中壓側(cè)電流回路瞬時短接，隨后3YQJ（A）、（B）、4YQJ（A）、（B）動作才將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程中出現(xiàn)繼電器YQJ與95C-1“觸點競賽”，有可能引起保護誤動作。因此在11RD、12RD熔斷后，裝入保險前，應(yīng)先人工斷開CT回路切換直流空氣開關(guān)MCB26，保證95C-1不能動作，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開關(guān)。按此操作直流電源，才能確保差動保護安全運行。主變第二套差動保護電源的“主Ⅱ差動保護CT切換回路”（95C-2A、95C-2B、95C-2C、95C-2D）也改接到11RD、12RD上，其問題處理與主變較好套差動保護相同。 4）在“主變差動保護CT切換電源”回路上，裝設(shè)一個中間繼電器，用于監(jiān)視“主變差動保護CT切換電源”，在電源消失時發(fā)告警信號。

4結(jié)語 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(shè)備又有進口設(shè)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(shè)備調(diào)試、維護工作。

參考文獻

［1］王維儉（WANG Weijian）.電力系統(tǒng)繼電保護基本原理（Basic Principle of Protective Relaying in Electric Power Systems）［Ｍ］.北京：清華大學出版社（Beijing：Tsinghua University Press）.［2］賀家李,宋從矩(HE Jiali，SONG Congju).電力系統(tǒng)繼電保護原理(第三版)（Principle of Protective Relaying in Electric Power Systems,Third Edition）［Ｍ］.北京：中電力出版社（Beijing:China Electric Power #p#分頁標題#e#

  來源：電力技術(shù)網(wǎng)