220 kV系統(tǒng)小容量變壓器電流互感器和保護配置改進方案分析

吳政華，王東玨

(上海奉賢燃機發(fā)電有限公司，上海 201403)

0 引言

某電廠2臺高壓啟動/備用變壓器(以下簡稱高備變)容量為8000 kV·A，額定電壓為230．0/6．3 kV，額定電流為20．08/733．10A。其220 kV 斷路器側(cè)保護用電磁式電流互感器(TA)的變比為300/1，準確等級為5P20;6 kV側(cè)TA的變比為1 000/5，準確等級為5P20。保護裝置采用南瑞繼保 RCS－978EC微機型變壓器保護。

1 存在的隱患及解決方案

近年來，隨著電力系統(tǒng)規(guī)模快速增長，220kV系統(tǒng)的最大短路電流已接近50 kA。按上述220 kV側(cè)TA的配置，在高備變220 kV引出線故障時，可能造成TA嚴重飽和，導(dǎo)致高備變保護拒動，而220 kV母差保護將誤動，從而導(dǎo)致故障擴大。

為執(zhí)行上海市電力公司上電調(diào)〔2011〕27號文《關(guān)于并網(wǎng)電廠落實220 kV母差流變反措的通知》精神，計劃對該電廠內(nèi)所有短路容量不滿足文件要求的220 kV等級TA進行更換改造。

改造后的220 kV等級TA應(yīng)滿足在220 kV系統(tǒng)最大短路故障時設(shè)備本身保護不拒動，且母差保護不誤動的要求。改造辦法是將220 kV母差保護和主設(shè)備保護的TA變比和準確等級同步增大。考慮到TA的制造工藝和成本，準確等級可分別采用5P40和5P60，因為目前使用的220 kV等級TA的準確等級較多采用5P20～5P60，一般不超過5P60。

2 改造難點

2臺高備變的220 kV斷路器側(cè)TA改造相對比較困難，因為要保證TA在最大短路電流下處于正確的工作范圍，其變比將比較大(若準確等級按5P60考慮，要滿足50 kA短路電流的沖擊要求，TA的一次額定電流應(yīng)達到833．00A以上，變比至少設(shè)置為833/1)，而高備變?nèi)萘枯^小，220 kV側(cè)的額定電流只有20．08 A，較大的變比將給保護裝置的采樣、整定計算以及保護的靈敏度帶來不利影響。

南瑞繼保RCS－978系列變壓器保護裝置對TA變比的選擇有一定限制，對于保護裝置平衡系數(shù)計算及TA選擇的要求為:一般情況下變壓器高、低壓側(cè)二次額定電流最大相差不超過16倍(不需考慮TA二次值不一致的情況)。若220 kV側(cè)TA的變比采用833/1，則保護裝置220 kV側(cè)的額定工作電流為0．024 In(In為TA二次額定電流)，6 kV側(cè)的額定工作電流為0．733 In，二次額定電流最大相差超過30．54倍。同時保護裝置的精確工作電流為0．040 In，保護裝置在高備變滿載工作或區(qū)外故障時的采樣誤差就會產(chǎn)生較大差流，為此需提高保護裝置的整定值，但造成保護的靈敏度下降。

另外，當高備變220 kV側(cè)TA的變比采用833/1時，保護裝置后備保護的動作值將整定得較大，使后備保護的靈敏度下降，并且保護裝置啟動失靈的零序、負序元件也將整定得較大，其靈敏度將無法滿足要求。故在對TA進行改進的同時，需對保護的配置進行改進。

3 改進方案

為保證母差保護、主設(shè)備保護的可靠性和靈敏性，同時兼顧TA的制造工藝和成本，考慮到220 kV斷路器的開斷短路電流有效值一般為50 kA，故TA的變比和準確等級的選擇要求為:短路電流為50 kA時不會飽和。

因母差保護的保護范圍為220 kV母線，一般母線故障時短路電流都比較大，其整定值一般也比較大。因整定值變比的大小不影響保護的靈敏度，故其變比選擇與母線其他設(shè)備母差保護所用TA的變比一致或滿足短路電流為50 kA時不會飽和即可。

對于主設(shè)備保護TA的變比和準確等級，選擇時可與保護改進方案綜合考慮，從而形成3種改進方案。

3．1 改進方案1

高備變220 kV側(cè)2組保護TA的變比和準確等級按照表1配置。

表1 方案1中高備變220 kV側(cè)TA參數(shù)配置

TA1和TA2分別串接于保護A和保護B，其中變比為300/1的TA2作為差動保護和后備保護使用，變比為1250/1的TA1僅作為速斷保護使用，以防在變壓器高壓側(cè)引線故障時TA2飽和而導(dǎo)致差動保護及后備保護拒動。速斷保護的整定值應(yīng)按可靠躲過最大運行方式下變壓器低壓側(cè)三相短路故障的要求整定。與改進前相比，現(xiàn)在保護范圍內(nèi)無論發(fā)生何種內(nèi)部故障，保護裝置均能快速跳閘切除故障，保護的可靠性大為提高。

該接線方式存在的問題是TA二次回路串接了2套保護，使二次回路阻抗增大。但由于微機保護裝置交流電流回路的功耗(也可以說是交流阻抗)非常小，容量為20 V·A的TA的負載能力完全可滿足要求。

該接線方式存在的另一問題是不滿足《國家電網(wǎng)公司十八項電網(wǎng)重大反事故措施(修訂版)》繼電保護專業(yè)重點實施要求:“在考慮保護雙重化配置時，每套保護裝置的交流電壓、交流電流應(yīng)分別取自電壓互感器和電流互感器互相獨立的繞組，其保護范圍應(yīng)交叉重疊，避免死區(qū)。”但該不足之處的影響相對于保護可靠性的影響來說是較小的。

故上述改進方案是可行的。

3．2 改進方案2

高備變220kV側(cè)2組保護TA的變比和準確等級按照表2配置。

表2 方案2中高備變220 kV側(cè)TA參數(shù)配置

考慮到220 kV等級變壓器的電量保護為雙重化配置，故決定2套主設(shè)備保護用TA采用不同變比，主設(shè)備保護A的TA1變比為850/1，準確等級為5P60，即使在變壓器高壓側(cè)引線故障最大短路電流達到50 kA時，TA1也不飽和，可確保高備變保護能正確動作，能立即切除故障。為使變壓器二次額定電流最大相差不超過16倍，可將保護A的6 kV側(cè)TA變比改為3000/5，準確等級為5P20。因220 kV側(cè)TA變比較大，保護裝置采樣精度不夠?qū)е抡ㄖ递^大，其后備保護用TA可采用變壓器高壓側(cè)套管TA，其變比為50/5，準確等級為5P20，容量為50 V·A。其啟動母差失靈保護也采用該TA。

主設(shè)備保護B的TA變比為200/1，準確等級為5P60，考慮在變壓器低壓側(cè)故障時能保證變壓器差動保護的靈敏度。

綜上所述，改進方案2高備變保護A采用3組TA，保護B采用2組TA構(gòu)成各自的電量保護。2套保護的整定值要分別整定，且保護A的差動整定值要適當?shù)卦龃螅乐乖谛‰娏鲿r高壓側(cè)TA和保護裝置的采樣精度不足而引起誤動。

因高備變2套保護所采用TA的變比不同，在區(qū)內(nèi)故障時可能出現(xiàn)不同的動作行為。如高備變內(nèi)部輕微故障時因保護B整定較靈敏，保護B差動保護動作，而保護A可能不動;再如，高備變高壓側(cè)引線故障時，保護B的TA可能嚴重飽和而拒動，而保護A正確動作。雖說對保護的評價不利，但對設(shè)備故障切除是有利的，故上述保護配置是可行的。

3．3 改進方案3

高備變220 kV側(cè)2組保護TA的變比和準確等級按照表3配置。

表3 方案3的高備變220 kV側(cè)TA參數(shù)配置

高備變220 kV側(cè)2組保護TA變比均為1250/1，準確等級5P40，其僅作為速斷保護使用。差動保護和后備保護用TA可采用變壓器本體高壓側(cè)套管TA。

該方案的不足是差動保護的保護范圍不包括從220kV升壓站到變壓器的引線，另外，變壓器本體套管TA的變比很小，更容易飽和。

3．4 改進方案比較

方案1相對簡單，保護改進工作量較小，且該方案對于單套保護配置有較好的適用性，既能保證最大短路電流時TA正常工作，又能保證發(fā)生內(nèi)部故障時保護具有較高的靈敏性，故推薦方案1。方案2雖存在對保護評價不利的不足，但有利于切除設(shè)備故障，可作為一種備選方案。方案3是3種方案中缺點最明顯的，不建議采用。

為方便后續(xù)的故障分析，建議2組不同變比的TA經(jīng)保護裝置后全部接入故障錄波器。

4 結(jié)束語

高備變220kV側(cè)TA和保護配置方式改進后，高備變保護的可靠性將顯著提高，有利于電廠及區(qū)域電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行，可供220kV及以上系統(tǒng)小容量變壓器TA及繼電保護配置時參考。

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