３５ＫＶ電力變壓器的微機(jī)繼電保護(hù)

摘 要：繼電保護(hù)裝置是電力系統(tǒng)自動(dòng)化的重要組成部分，是保證電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的重要措施之一。本文主要研究的是地區(qū)性水電廠電力系統(tǒng)的元件保護(hù)，即針對(duì)35KV水電廠的運(yùn)行特點(diǎn)及相關(guān)規(guī)程提出完善的元件保護(hù)方案。首先，本文分別描述了電力變壓器的主要故障類型及不正常運(yùn)行狀態(tài)，并針對(duì)各種故障及不正常運(yùn)行狀態(tài)配置了相應(yīng)的保護(hù)；其次，在保護(hù)選型方面，基于微機(jī)保護(hù)的種種優(yōu)點(diǎn)，根據(jù)可靠性、選擇性、靈敏性、速動(dòng)性的要求，選擇合適的微機(jī)保護(hù)裝置。

關(guān)鍵詞：微機(jī)保護(hù) 電力變壓器 配置原則 主保護(hù)

一、電力變壓器微機(jī)繼電保護(hù)的特點(diǎn)

研究變壓器保護(hù)，首先就要分析變壓器可能發(fā)生的故障和異常情況。電力變壓器本體一般沒有旋轉(zhuǎn)設(shè)備，運(yùn)行起來(lái)比較可靠，故障機(jī)會(huì)較少；但是變壓器是連續(xù)運(yùn)行的，停電機(jī)會(huì)很少，而且絕大部分安裝在室外，受自然環(huán)境條件的影響較大。另外，變壓器時(shí)刻受到外接負(fù)荷的影響，特別是受電力系統(tǒng)短路故障的威脅較大。因此，變壓器在實(shí)際運(yùn)行中有可能發(fā)生各種類型的故障和不正常運(yùn)行情況。針對(duì)變壓器的各種故障和不正常運(yùn)行情況，電力變壓器保護(hù)配置的一般原則簡(jiǎn)述如下：

1.0.8MVA及以上油浸式變壓器和0.4MVA及以上車間內(nèi)油浸式變壓器，均應(yīng)裝設(shè)氣體保護(hù)。帶負(fù)荷調(diào)壓的油浸式變壓器的調(diào)壓裝置亦應(yīng)裝設(shè)瓦斯保護(hù)。

2. 對(duì)變壓器引出線、套管及內(nèi)部的短路故障，應(yīng)按下列規(guī)定，裝設(shè)相應(yīng)的保護(hù)作為主保護(hù)。保護(hù)瞬時(shí)動(dòng)作于斷開變壓器的各側(cè)斷路器。

（1）對(duì)6.3MVA以下廠用工作變壓器和并列運(yùn)行的變壓器，以及10MVA以下廠用備用變壓器和單獨(dú)運(yùn)行的變壓器，當(dāng)后備保護(hù)時(shí)限大于0.5s時(shí)，應(yīng)裝設(shè)電流速斷保護(hù)。

（2）對(duì)6.3MVA及以上廠用工作變壓器和并列運(yùn)行的變壓器，10MVA以下廠用備用變壓器和單獨(dú)運(yùn)行的變壓器，以及2MVA及以上用電流速斷保護(hù)靈敏性不符合要求的變壓器，應(yīng)裝設(shè)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)。

（3）對(duì)于發(fā)電機(jī)變壓器組，當(dāng)發(fā)電機(jī)與變壓器之間沒有斷路器時(shí)按發(fā)電機(jī)變壓器組的處理方法執(zhí)行。

3. 縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)應(yīng)符合下列要求：

（1）應(yīng)躲過變壓器勵(lì)磁涌流和外部短路產(chǎn)生的不平衡電流。

（2）應(yīng)在變壓器過勵(lì)磁是不誤動(dòng)。

（3）差動(dòng)保護(hù)范圍應(yīng)包括變壓器套管及起引出線。

4. 對(duì)由外部相間短路引起的變壓器過流，應(yīng)按下列規(guī)定裝設(shè)相應(yīng)的保護(hù)作為后備保護(hù)。保護(hù)動(dòng)作后，應(yīng)帶時(shí)限動(dòng)作于跳閘。

（1）過電流保護(hù)宜用于降壓變壓器，保護(hù)整定值應(yīng)考慮事故時(shí)可能出現(xiàn)的過負(fù)荷。

（2）復(fù)合電壓（包括負(fù)序電壓及線電壓）起動(dòng)的過電流保護(hù)，宜用于220KV及以下升壓變壓器、系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)變壓器和過電流保護(hù)不符合靈敏性要求的降壓變壓器，高、中、低三側(cè)均可裝設(shè)。

（3）負(fù)序電流和單相式低壓起動(dòng)的過電流保護(hù)，可用于63MVA及以上升壓變壓器。

（4）當(dāng)采用復(fù)合電壓起動(dòng)過電流保護(hù)及負(fù)序電流和單相式低壓過電流保護(hù)不能滿足靈敏性和選擇性要求時(shí)，可采用阻抗保護(hù)。

5. 一次電壓為10KV及以下，繞組為星形—星形連接，低壓側(cè)中性點(diǎn)接地的變壓器，對(duì)低壓側(cè)單相接地短路應(yīng)裝設(shè)下列保護(hù)之一：

（1）接在低壓側(cè)中性線上的零序電流保護(hù)。

（2）利用高壓側(cè)的過電流保護(hù)，保護(hù)宜采用三相式，以提高靈敏性。

6. 0.4MVA及以上變壓器，當(dāng)數(shù)臺(tái)并列或單獨(dú)運(yùn)行，并作為其他負(fù)荷的備用電源時(shí)，應(yīng)根據(jù)可能過負(fù)荷的情況，裝設(shè)過負(fù)荷保護(hù)。對(duì)自耦變壓器和多繞組變壓器，保護(hù)應(yīng)能反應(yīng)公共繞組及各側(cè)過負(fù)荷的情況。

7. 對(duì)變壓器溫度及油箱內(nèi)壓力升高和冷卻系統(tǒng)故障，應(yīng)按現(xiàn)行電力變壓器標(biāo)準(zhǔn)的要求，裝設(shè)可作用于信號(hào)和動(dòng)作于跳閘的裝置。

二、35KV水電廠主變壓器微機(jī)保護(hù)的配置

根據(jù)以上所介紹的變壓器保護(hù)功能配置的一般原則，對(duì)35KV水電廠電力系統(tǒng)的主變壓器配置如下的保護(hù)：

1. 主保護(hù)配置

（1）比率制動(dòng)式差動(dòng)保護(hù)。由于中壓電力系統(tǒng)主變壓器容量不大，通常采用二次諧波閉鎖原理的比率制動(dòng)差動(dòng)保護(hù)。

（2）差動(dòng)速斷保護(hù)。

（3）非電量保護(hù)（瓦斯保護(hù)）。

2. 后備保護(hù)配置

（1）三段復(fù)合電壓閉鎖過電流保護(hù)。Ⅰ段動(dòng)作跳本側(cè)分段斷路器，Ⅱ段動(dòng)作跳本側(cè)斷路器，Ⅲ段動(dòng)作跳開兩側(cè)斷路器。

（2）過負(fù)荷保護(hù)。

（3）TV斷線保護(hù)。

（4）低壓側(cè)接地保護(hù)。

三、水電廠主變壓器微機(jī)保護(hù)裝置的選擇

1. 變壓器微機(jī)保護(hù)裝置的現(xiàn)狀

目前，國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)變壓器微機(jī)保護(hù)的廠家很多，就主保護(hù)而言，國(guó)外保護(hù)裝置基本是以二次諧波制動(dòng)為主的比率差動(dòng)保護(hù)，而國(guó)內(nèi)則以二次諧波制動(dòng)和間斷角兩種原理為主導(dǎo)，以波形對(duì)稱原理為補(bǔ)充的格局正在形成。

國(guó)內(nèi)外微機(jī)保護(hù)裝置主要分為下述兩類：

（1） 變壓器微機(jī)保護(hù)裝置同時(shí)實(shí)現(xiàn)變壓器的主保護(hù)和后備保護(hù)

這類變壓器微機(jī)保護(hù)裝置主要針對(duì)中、低壓變壓器（110KV以下）。分為引進(jìn)裝置和國(guó)產(chǎn)裝置兩類。

（2） 只實(shí)現(xiàn)變壓器的主保護(hù)，同時(shí)采用獨(dú)立的變壓器后備保護(hù)

目前國(guó)內(nèi)外大部分的變壓器保護(hù)裝置均采用此種方式，這類變壓器微機(jī)保護(hù)裝置國(guó)外以德國(guó)西門子公司的微機(jī)保護(hù)為代表，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)廠家以國(guó)電南京自動(dòng)化股份有限公司、電力自動(dòng)化研究院、北京四方公司、許昌繼電器廠為代表。

2. 本保護(hù)方案微機(jī)保護(hù)裝置的選擇

為了實(shí)現(xiàn)以上所述的保護(hù)功能，本方案選用國(guó)電南京自動(dòng)化股份有限公司生產(chǎn)的WBZ—500H型微機(jī)變壓器保護(hù)裝置。WBZ—500H型微機(jī)變壓器保護(hù)是在WBZ—500基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的新一代微機(jī)變壓器保護(hù)。裝置采用背插式機(jī)箱結(jié)構(gòu)和多CPU技術(shù)，在保持WBZ—500原有成熟的保護(hù)原理及算法的基礎(chǔ)上，大大提高了保護(hù)的處理速度和抗干擾能力。本保護(hù)吸取WBZ—500型保護(hù)多年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)合理、實(shí)用性強(qiáng)。WBZ—500微機(jī)變壓器保護(hù)獲2000年度國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。

本裝置適用于500KV及以下各電壓等級(jí)的各類型變壓器保護(hù)，整套裝置由差動(dòng)保護(hù)、后備保護(hù)、非電量保護(hù)三個(gè)單元組成。既可以差動(dòng)保護(hù)、后備保護(hù)分別獨(dú)立機(jī)箱處理，也可差動(dòng)保護(hù)、后備保護(hù)分別共機(jī)箱（主后一體）處理，配置非常靈活，各單元在電氣和結(jié)構(gòu)上相對(duì)獨(dú)立，必需聯(lián)接處均經(jīng)光電隔離。各保護(hù)功能均由軟件實(shí)現(xiàn)。

裝置特點(diǎn)：

·采用大屏幕液晶顯示，人機(jī)界面全部漢化，采用菜單式命令，可顯示15×8個(gè)漢字，八鍵操作，操作異常簡(jiǎn)單。

·顯示、打印采用單獨(dú)的CPU控制，主CPU只進(jìn)行保護(hù)運(yùn)算，提高了主CPU的運(yùn)算處理速度，顯示與主機(jī)采用代碼通訊，提高了顯示速度。

·跳閘方式可由控制字整定，方便靈活。

·保護(hù)配置靈活，可以通過控制字和壓板投退保護(hù)。壓板投退均輸出報(bào)告。

·整定值（除個(gè)別控制字外）均采用十進(jìn)制顯示，操作簡(jiǎn)單快捷、直觀，精度高、范圍廣。整定值一經(jīng)整定便復(fù)制三份永久保存，上電時(shí)以三取二方式自我校核，直至下次被修改。正常運(yùn)行時(shí)，對(duì)整定值將不時(shí)的檢查，確保無(wú)誤。

·采用相電流突變量和零序電流穩(wěn)態(tài)量啟動(dòng)方式，靈敏度高，抗干擾能力強(qiáng)。

·后備保護(hù)配置全面，擁有完善穩(wěn)定的軟件繼電器庫(kù)，保護(hù)功能可通過對(duì)各繼電器庫(kù)的調(diào)用方便準(zhǔn)確的組合。

·帶電池保持的存儲(chǔ)器和時(shí)鐘，可保持10份帶錄波數(shù)據(jù)的報(bào)告、事件，且最近一次跳閘報(bào)告不允許被非跳閘報(bào)告沖掉。

·通訊方式靈活選擇，可采用RS232/RS485/RS422口或以太網(wǎng)與變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)配合，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方定值修改，事件記錄上傳，擾動(dòng)數(shù)據(jù)上傳等。

·裝置采用背插式結(jié)構(gòu)和特殊的屏蔽措施，能通過IEC-255-22-4標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的Ⅳ級(jí)（4KV±10%）快速瞬變干擾試驗(yàn)、IEC255-22-2標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的Ⅳ級(jí)（空間放電15KV，接觸放電8KV）靜電放電試驗(yàn)，裝置具有高可靠度。

以上就是針對(duì)35KV水電廠主變壓器的選擇和配置。以前，35KV及以下電壓等級(jí)一般未裝設(shè)完善的元件保護(hù)，而且專門用于35KV及以下電壓等級(jí)的微機(jī)保護(hù)裝置少之又少，由此而造成了很大的社會(huì)影響和經(jīng)濟(jì)損失。因此，研究中低壓網(wǎng)絡(luò)的元件保護(hù)，對(duì)于設(shè)備的安全、系統(tǒng)的穩(wěn)定是至關(guān)重要的。