微機變壓器保護(hù)雙重化配置典型設(shè)計探討
摘要針對微機變壓器保護(hù)雙重化配置的典型設(shè)計,詳述了其中各保護(hù)配置的目的、接線方式及整定原則,并對變壓器失靈保護(hù)、非電量保護(hù)反措以及變壓器保護(hù)壓板的簡化方面做了進(jìn)一步探討。
關(guān)鍵詞變壓器保護(hù);雙重化配置;保護(hù)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重點要求》中“對于220kV主變壓器的微機保護(hù)必須采用雙重化”的精神,結(jié)合反措的實施、設(shè)計規(guī)范化以及現(xiàn)場運行安全性等問題,組織召開了由生產(chǎn)、設(shè)計、運行各部門參加的研討會,就如何在安全可靠的基礎(chǔ)上使保護(hù)配置和整定運行有一個較為統(tǒng)一、合理、實用的方案進(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《微機變壓器保護(hù)雙重配置典型設(shè)計》,現(xiàn)將其基本原則簡要介紹如下。
2保護(hù)組屏方式[1]
組屏方式的基本原則是:相互獨立、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)雜造成的差錯或隱患而引發(fā)的保護(hù)誤動。從全國近兩年主變保護(hù)動作統(tǒng)計分析看,二次回路的復(fù)雜性是造成主變保護(hù)不正確動作的主要原因之一。因此,典設(shè)采用雙主雙后配置,即按兩塊屏設(shè)計,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)選用二次諧波制動的差動保護(hù)及波形對稱原理的變壓器差動保護(hù)作主保護(hù),其原因是利用各自的優(yōu)勢,進(jìn)行互補?,F(xiàn)在較成熟的變壓器差動保護(hù)都是利用二次諧波制動原理躲勵磁涌流的方式,但使用二次諧波制動原理,當(dāng)變壓器空載合閘時發(fā)生單相或兩相內(nèi)部故障,差動保護(hù)因涌流制動而不動作。大型變壓器時間常數(shù)都很長,一般涌流過程超過5s,在發(fā)生上述故障時,主保護(hù)要等到涌流消失才能出口,延誤動作時間。而波形對稱原理的變壓器差動保護(hù)是利用一種波形對稱算法,將變壓器在空載合閘時產(chǎn)生的勵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稱比較。當(dāng)變壓器合閘時發(fā)生故障,利用波形對稱原理計算,保護(hù)不受健全相的影響,能快速出口,可靠動作。曾在華東、華北進(jìn)行的動模試驗結(jié)果也說明了這個問題,在變壓器空載合閘合于5%的匝間故障的試驗中,二次諧波制動原理的差動保護(hù),出口時間一般都在100ms,而波形對稱原理的變壓器差動保護(hù)出口時間在25ms左右。此外,零差保護(hù)對變壓器的故障,尤其是對自耦變壓器的內(nèi)部故障有很高的靈敏度,且不受勵磁涌流的影響,但因為在現(xiàn)場做極性試驗非常困難,加之安徽省以往零差保護(hù)誤動情況很多,因此,對于零差保護(hù)的設(shè)置原則是:如果裝置中有自動檢驗零差保護(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)或斷路器拒動時,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)運行的情況時都能安全可靠運行的前提下,盡量簡化,以減少誤動的機率。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)獨立TA到中、低壓母線的各個電氣部位發(fā)生故障時,都有后備切除手段能滿足各種運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段兩時限,第一時限保護(hù)動作跳開本側(cè)斷路器,第二時限動作跳開三側(cè)斷路器,保護(hù)定值應(yīng)對中、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,閉鎖功能的實現(xiàn)采用三側(cè)電壓并列的方式,各側(cè)電壓可以隨運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)拒動或開關(guān)拒動時,起后備作用。
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段兩時限,第一時限保護(hù)動作跳開本側(cè)斷路器,第二時限保護(hù)動作跳開三側(cè)斷路器。對于純負(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,對于變壓器開關(guān)獨立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,切除時間可以較短。
4.1.3旁路代路時:只切換一套主、后保護(hù)到旁路斷路器。主要考慮以下幾個原因:其一:旁路代路幾率不大,時間不長;其二:切換壓板過多運行不安全。據(jù)安徽省多年來差動保護(hù)誤動分析,因運行人員操作不當(dāng)造成差動保護(hù)誤動的情況占全部差動保護(hù)不正確動作的四分之一;其三:以往運行的變壓器都只配置一套保護(hù),且以運行經(jīng)驗比較成熟的線路保護(hù)為例,在本線運行時保護(hù)雙套配置,旁路代路時也只切換一套保護(hù),根據(jù)以往運行經(jīng)驗,也沒有發(fā)生過由于一套配置而造成旁代時保護(hù)誤動的情況。
4.1.4中性點間隙零序過流及零序過壓保護(hù)(三卷變):一段一時限,保護(hù)動作延時跳開三側(cè)斷路器。
4.2110kV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段兩時限,第一時限保護(hù)動作跳開本側(cè)開關(guān),第二時限保護(hù)動作跳開三側(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)拒動時能切除故障,因110kV系統(tǒng)不設(shè)置失靈保護(hù),因此在開關(guān)拒動時會造成事故擴大。
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段兩時限,第一時限跳母聯(lián)或分段斷路器,第二時限跳本側(cè)斷路器。對于110kV側(cè)純負(fù)荷變或有小電源時,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)拒動時,作為110kV母線的后備;對于110kV側(cè)為較強電源時,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)拒動時,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:只切換一套主、后保護(hù)到旁路。
4.2.4中性點間隙零序過流及零序過壓保護(hù)(三卷變):一段一時限,保護(hù)動作延時跳開三側(cè)斷路器。
4.335kV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)兩個時限。第一套第一時限保護(hù)動作跳開本側(cè)斷路器,第二時限保護(hù)動作跳開變壓器三側(cè)斷路器,定值整定與出線I段配合,實際作為低壓側(cè)母線保護(hù)。第二套第一時限保護(hù)動作跳開本側(cè)斷路器,第二時限保護(hù)動作跳開變壓器三側(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)拒動和斷路器拒動,對主設(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[2]
常規(guī)保護(hù)的保護(hù)投退一般均由壓板實現(xiàn)。壓板斷開后,造成電路聯(lián)系上明顯的斷開點。微機保護(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。如每個時限段均經(jīng)壓板投退,則壓板數(shù)量非常之多,這給運行帶來極大不便,很容易造成誤操作。根據(jù)歷年來變壓器保護(hù)動作情況分析來看,運行人員誤操作占了變壓器保護(hù)誤動總次數(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)旁路代路時只切換一套主、后保護(hù)到旁路,又可減少幾塊壓板;3)各時限段均由控制字投退,不經(jīng)壓板投退。
6失靈保護(hù)
考慮到失靈保護(hù)誤動情況較多,如主變中、低壓側(cè)保護(hù)都啟動失靈,必定使接線復(fù)雜,增加了失靈保護(hù)誤動的幾率,因此典設(shè)只要求220kV側(cè)快速返回的電氣量保護(hù)可以啟動失靈保護(hù),非電量保護(hù)不啟動失靈保護(hù)。啟動失靈保護(hù)采用保護(hù)動作+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)生時啟動失靈保護(hù)。保護(hù)啟動后首先發(fā)解除電壓閉鎖信號,以此解決變壓器低壓側(cè)故障時,220kV側(cè)母線電壓低不下來的問題,然后經(jīng)延時跳閘。失靈保護(hù)電流判別元件取高壓側(cè)獨立TA的相電流或零序/負(fù)序電流。旁路代路運行時,將變壓器保護(hù)動作接點切換至旁路,使用旁路開關(guān)的失靈電流啟動回路。
7非電量保護(hù)的改進(jìn)
在微機變壓器保護(hù)中,非電量保護(hù)的實現(xiàn)是將非電量保護(hù)來的接點引到變壓器保護(hù)屏上,并通過變壓器保護(hù)屏上的重動繼電器,啟動出口繼電器,同時非電量保護(hù)的動作行為通過重動繼電器記錄在微機裝置中,以便分析保護(hù)的動作行為。因為非電量保護(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,安徽省曾多次發(fā)生變壓器冷卻器全停保護(hù)誤動的問題。典設(shè)將變壓器冷卻器全停保護(hù)的時間繼電器由戶外移至微機保護(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。
8交、直流電源分配
8.1交流配置
(1)兩套差動主保護(hù)分別接于各側(cè)開關(guān)的兩組獨立TA上,使主保護(hù)彼此獨立,保護(hù)范圍最大。
(2)各側(cè)后備保護(hù)電流回路與差動主保護(hù)相同,分別取變壓器各側(cè)開關(guān)獨立TA,保護(hù)的復(fù)壓閉鎖經(jīng)壓板引入三側(cè)電壓。
(3)中性點間隙零序過流及零序過壓保護(hù)的電流取變壓器中性點放電間隙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
從微機變壓器保護(hù)發(fā)展趨勢看,微機變壓器保護(hù)選擇雙主雙后、主后一體的配置,即保護(hù)功能由彼此獨立的不同CPU插件實現(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=保護(hù)構(gòu)成的特點及優(yōu)越性,既多CPU并行處理,整體結(jié)構(gòu)緊湊,數(shù)據(jù)共享,又組屏相對簡單、回路清晰、對外連線簡單,投退方便、獨立性強,是今后主變微機保護(hù)發(fā)展的方向。
參考文獻(xiàn)
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