文摘：介紹了惠州變電站500千伏干式變壓器保護(hù)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(hù)裝置的運(yùn)行性能，指出了主變壓器差動(dòng)保護(hù)電流切換回路運(yùn)行中存在的問題，并提出了改進(jìn)措施。關(guān)鍵詞：干式變壓器保護(hù)；運(yùn)營績效；改進(jìn)措施

惠州變電站500千伏變壓器保護(hù)配置及運(yùn)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(hù)的特點(diǎn)、要求和配置。分析了變壓器各種進(jìn)口保護(hù)裝置的性能。提出了變壓器差動(dòng)保護(hù)電流切換電路運(yùn)行中存在的問題，并提出了改進(jìn)措施。關(guān)鍵字：轉(zhuǎn)換器保護(hù)；運(yùn)營績效；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(tái)500 kV干線變壓器已投入運(yùn)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(tái)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(hù)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(hù)屏。輔助保護(hù)和干式變壓器本體保護(hù)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(yùn)行分析，兩套干式變壓器保護(hù)能夠滿足運(yùn)行要求。由于保護(hù)裝置是進(jìn)口產(chǎn)品，而NEI的產(chǎn)品在內(nèi)很少使用，因此有必要對(duì)其進(jìn)行介紹和分析，以提高繼電保護(hù)人員的設(shè)備調(diào)試和維護(hù)水平。

1500kV干式變壓器保護(hù)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)中起著重要作用；多臺(tái)變壓器故障或繼電保護(hù)誤動(dòng)會(huì)造成主變壓器停電，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。而且主變壓器拆裝工作量大，維護(hù)時(shí)間長。這就要求干式變壓器內(nèi)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(hù)應(yīng)比220千伏及以下干式變壓器保護(hù)具有更高的可靠性、靈敏度和快速性。惠州站主變保護(hù)按上述原則配置，采用以下保護(hù)組合。1.1主保護(hù)雙重配置為了提高保護(hù)的可靠性，500 kV干式變壓器的主保護(hù)應(yīng)采用雙重配置。主保護(hù)為縱差保護(hù)，配有兩套縱差保護(hù)：DUOBIAS和DUOBIAS 4C21/MHJ。1)差動(dòng)保護(hù)必須具有差動(dòng)電流速斷功能，能檢測差動(dòng)保護(hù)區(qū)的大故障電流。計(jì)算表明，干式變壓器每側(cè)短路時(shí)，電流互感器在較初20 ms內(nèi)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(hù)的靈敏度，設(shè)置比率制動(dòng)，其工作電流隨著外部穿越短路電流的增大而自動(dòng)增大。內(nèi)部故障時(shí)短路電流大，有制動(dòng)作用，但制動(dòng)系數(shù)選擇得當(dāng)，能保證制動(dòng)情況下的靈敏度。3)為防止干式變壓器勵(lì)磁涌流引起差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)，保護(hù)裝置應(yīng)具有諧波制動(dòng)功能。勵(lì)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(hù)為duobis-M，采用數(shù)字二次諧波制動(dòng)原理進(jìn)行縱差保護(hù)。保護(hù)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(hù)的瞬時(shí)動(dòng)作跳過主變壓器的三側(cè)開關(guān)。安裝在主I保護(hù)屏上。主縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)型為duobis-4c 21/MHJ，是一種基于機(jī)械二次諧波制動(dòng)整流原理的縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)，安裝在主保護(hù)屏上。保護(hù)范圍和功能與主縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)相同。惠州變電站主變壓器也采用高阻差動(dòng)保護(hù)，交流回路采用套管CT。保護(hù)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(hù)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(shí)報(bào)警，高定值瞬時(shí)動(dòng)作跳三側(cè)斷路器。組件模型是DAD3。安裝在主保護(hù)屏上。1.2相間后備保護(hù)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(hù)作為干式變壓器引線和相鄰母線相間故障的后備保護(hù)。惠州站500千伏主變壓器室后備保護(hù)采用距離保護(hù)，型號(hào)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(hù)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(hù)對(duì)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(hù)。惠州站采用35 kV側(cè)過流保護(hù)，繼電器型號(hào)為2DABT，安裝在主保護(hù)屏上。1.3接地后備保護(hù)接地保護(hù)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(hù)。因?yàn)橹髯儔浩髯兂闪俗择钭儔浩鳎杂幸粋€(gè)電 #p#分頁標(biāo)題#e#

發(fā)生單相接地故障時(shí)，零序電流可在高、中壓側(cè)之間流通。惠州站主變接地后備保護(hù)采用公共繞組零序過流保護(hù)，型號(hào)DAC，裝設(shè)于主Ⅱ保護(hù)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(hù)，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(hù)在動(dòng)作時(shí)限上與線路后備段配合。1.4過勵(lì)磁保護(hù) 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(lì)磁時(shí)，鐵芯飽和，勵(lì)磁阻抗下降，勵(lì)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(lì)磁倍數(shù)較高，持續(xù)時(shí)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(lì)磁保護(hù)。惠州站采用GEC-ALSTON公司生產(chǎn)型號(hào)為GTT的繼電器，短時(shí)間報(bào)警，長時(shí)間動(dòng)作跳三側(cè)斷路器，裝設(shè)于主Ⅰ保護(hù)屏。

2各種保護(hù)裝置分析2.1微機(jī)型差動(dòng)保護(hù)DUOBIAS-M DUBIAS-M保護(hù)原理與通用干式變壓器差動(dòng)保護(hù)原理一致，具有差動(dòng)、比率差動(dòng)、二次諧波制動(dòng)和無制動(dòng)電流速斷等保護(hù)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(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(dòng)作時(shí)間快，兩倍整定差流動(dòng)作時(shí)間為26ms，五倍無制動(dòng)速斷值動(dòng)作時(shí)間為15 ms；③ 集干式變壓器主保護(hù)與其它輔助功能于一體，還可以接入主變本體保護(hù)出口；④ 實(shí)時(shí)顯示主變各側(cè)負(fù)荷電流、差流，記錄故障時(shí)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(dòng)繼電器，同樣具有比率制動(dòng)功能，其整定檢驗(yàn)較簡單，僅在面板上有一Bias Slope（比率制動(dòng)曲線）抽頭選擇，動(dòng)作值根據(jù)曲線來制定，諧波制動(dòng)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(jì)在高壓側(cè)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(tǒng)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(yán)重故障可大于40 ms；用硒堆整流，效率低，導(dǎo)致小電流下動(dòng)作靈敏度也低；繼電器電磁線圈較多，CT負(fù)擔(dān)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二次斷線報(bào)警等特點(diǎn)。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(hù)不同。2.4距離保護(hù)裝置THR THR的作用相當(dāng)于干式變壓器方向過流，是晶體管型繼電器。THR型號(hào)4PE2含義：4——保護(hù)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(hù)，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(hù)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(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(yùn)行時(shí)并不采用Ⅰ、Ⅳ段，特別是反向的Ⅳ段。對(duì)應(yīng)裝置原理圖，在Out Modul插件中斷開L9，即PTT計(jì)時(shí)回路，則Ⅰ段不能出口。而Ⅳ段因計(jì)時(shí)器T10無類似連觸點(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過勵(lì)磁保護(hù)繼電器GTT GTT用來保護(hù)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(lì)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(lì)磁特性曲線為依據(jù)整定。輸出觸點(diǎn)有兩對(duì)，較好對(duì)延時(shí)0.5～1 s（內(nèi)部可調(diào)整），作為報(bào)警輸出，第二對(duì)延時(shí)5～30 s可調(diào)，作跳閘輸出。 #p#分頁標(biāo)題#e#

3保護(hù)裝置運(yùn)行中的問題及改進(jìn)3.1兩套THR保護(hù)裝置電流回路設(shè)計(jì) 原設(shè)計(jì)將進(jìn)口保護(hù)放置在電流回路前端，產(chǎn)保護(hù)放較后。其本意是在運(yùn)行中產(chǎn)保護(hù)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(hù)正常運(yùn)行。但根據(jù)THR裝置原理要求，內(nèi)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)際無電流輸出。因此應(yīng)將產(chǎn)保護(hù)放置在電流回路前端，進(jìn)口保護(hù)放末尾。回路修改后如果產(chǎn)保護(hù)動(dòng)作，只能將其對(duì)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(jìn)口保護(hù)將無法正常工作。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(fù)歸線圈。此類繼電器為提高動(dòng)作速度及可靠的斷弧性能，在制造上有先到之處。動(dòng)作線圈的線徑較粗，匝數(shù)相應(yīng)減少，勵(lì)磁時(shí)電流較大，以增加線圈電動(dòng)力，動(dòng)作干脆可靠，且觸點(diǎn)間隙較大，可以有效斷弧。調(diào)試時(shí)須嚴(yán)格注意測試方法，只能以沖擊電壓來測試動(dòng)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(dòng)作電壓值。因?yàn)楫?dāng)通電時(shí)間稍長就會(huì)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(dòng)復(fù)歸掉牌信號(hào)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(shè)計(jì)，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(dòng)保護(hù)CT切換回路運(yùn)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(yùn)行時(shí)，為避免出現(xiàn)差動(dòng)保護(hù)范圍縮小，主變差動(dòng)保護(hù)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(dòng)保護(hù)電流回路切換采用自動(dòng)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(dòng)切換，見圖1。#2主變保護(hù)與此類似。但當(dāng)500 kV主變差動(dòng)保護(hù)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，見圖2。其后果將造成運(yùn)行中干式變壓器差動(dòng)保護(hù)的220 kV側(cè)電流被短接，使主變差動(dòng)保護(hù)失去一側(cè)電流而誤動(dòng)跳閘。按惠州站主變差動(dòng)保護(hù)原設(shè)計(jì)，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(hù)在運(yùn)行時(shí)曾發(fā)生過#2主變縱差保護(hù)動(dòng)作出口跳主變?nèi)齻?cè)的事故，由于當(dāng)時(shí)#2主變中壓側(cè)CT切換啟動(dòng)控制正電源保險(xiǎn)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(hù)中壓側(cè)電流消失，縱差保護(hù)動(dòng)作出口跳主變?nèi)齻?cè)。為此，必須將差動(dòng)保護(hù)CT自動(dòng)切換回路電源改造成先立保險(xiǎn)供電，以滿足主變保護(hù)的可靠性要求。 改造后CT自動(dòng)切換回路需滿足：保證其CT自動(dòng)切換功能不變；當(dāng)CT自動(dòng)切換回路失去電源時(shí)，不會(huì)引起差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)；當(dāng)CT自動(dòng)切換回路失去電源時(shí)，應(yīng)有告警信號(hào)。#p#分頁標(biāo)題#e#

3.4CT自動(dòng)切換回路改造的實(shí)施及新問題的處理 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，先立接于控制電源小母線2KM上，使用專用的保險(xiǎn)11RD、12RD，稱為主變差動(dòng)保護(hù)CT切換電源，見圖3。

2) 將原接于較好套差動(dòng)保護(hù)電源的“主Ⅰ差動(dòng)保護(hù)CT切換回路”（95C-1A、95C-1B、95C-1C、95C-1D）改接到11RD、12RD上；即當(dāng)3YQJ（A）、（B）、4YQJ（A）、（B）因11RD、12RD保險(xiǎn)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(hù)CT切換電源11RD、12RD失電后復(fù)電操作時(shí)，CT切換回路還是存在有瞬間誤切換的可能。因?yàn)?1RD、12RD失去電源后，95C-1雖機(jī)械自保持，但3YQJ（A）、（B）、4YQJ（A）、（B）失磁，其觸點(diǎn)接通了95C-1的返回線圈。當(dāng)裝入保險(xiǎn)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(hù)中壓側(cè)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(lì)磁使回路恢復(fù)正常。由于CT切換回路在失電復(fù)電操作過程中出現(xiàn)繼電器YQJ與95C-1“觸點(diǎn)競賽”，有可能引起保護(hù)誤動(dòng)作。因此在11RD、12RD熔斷后，裝入保險(xiǎn)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(dòng)作，然后才給上11RD、12RD保險(xiǎn)，使3YQJ（A）、（B）、4YQJ（A）、（B）恢復(fù)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(dòng)保護(hù)安全運(yùn)行。主變第二套差動(dòng)保護(hù)電源的“主Ⅱ差動(dòng)保護(hù)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(dòng)保護(hù)相同。 4）在“主變差動(dòng)保護(hù)CT切換電源”回路上，裝設(shè)一個(gè)中間繼電器，用于監(jiān)視“主變差動(dòng)保護(hù)CT切換電源”，在電源消失時(shí)發(fā)告警信號(hào)。

4結(jié)語 本文對(duì)惠州變電站500 kV干式變壓器繼電保護(hù)的配置、裝置的原理及運(yùn)行作了介紹與分析。主變保護(hù)既有產(chǎn)設(shè)備又有進(jìn)口設(shè)備。NEI公司主變保護(hù)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(jī)型都有，性能也較復(fù)雜。只有深入了解保護(hù)裝置性能，熟悉保護(hù)原理，才能做好設(shè)備調(diào)試、維護(hù)工作。

參考文獻(xiàn)

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