35kV線路-變壓器組主保護方案的探討

(中石油云南石化有限公司，云南 昆明 650399)

1 引言

煉化企業常見的供電系統主接線形式為總變電站(220kV、110kV、35kV)經主變壓器將系統電壓變成10kV(或者6kV)，各裝置變電所10kV(或者6kV)電源進線直接引自總變電站10kV(或者6kV)母線，采用單母線分段方式為高壓電動機及變壓器供電。

隨著生產規模的不斷擴大，煉化企業的占地面積也逐漸變大，10kV(或者6kV)裝置變電所的設計已經明顯不經濟，35kV區域變電所的設置逐漸變成了主流，由于總負荷的增大，35kV及110kV電壓等級的總變電站也不能滿足實際要求，相應的也被220kV電壓等級所取代。供電系統主接線形式變為總變電站(220kV)經主變壓器將系統電壓變成35kV，并從總變電站的35kV母線以35kV線路-變壓器組的接線方式為各區域變電所供電，35kV變壓器設置在區域變電所，區域變電所母線仍采用單母線分段方式為10kV高壓電動機及變壓器供電。

2 35kV線路-變壓器組的優點

35kV線路-變壓器組的接線方式為一回35kV電力電纜線路帶一臺35kV變壓器(如圖1所示)，其主要特點是區域變電所側35kV變壓器高壓側無母線和斷路器，低壓側以單母線分段接線形式向出線負荷供電，同時可通過HTS或ATS實現無擾動快速切換或備自投。

與傳統的接線方式相比，這種接線形式結構簡單，接線簡潔、所需設備數量少、占地面積小、維護檢修工作量小，符合現代大型煉化企業對于變電所的設計和使用要求，其在35kV變電所的設計中應用越來越廣泛。

圖1 線路變壓器組接線圖

3 35kV線路-變壓器組主保護的方案

35kV變壓器是煉化企業供電系統中極其重要的變電設備,其安全運行直接關系到工藝裝置的長期、穩定生產。因此，必須配置完善的變壓器繼電保護，一旦發生異常，及時發出報警信號，當事故發生時，能快速將故障點切除，避免事故的擴大化。

35kV及以上電壓等級的變壓器，因差動保護良好的選擇性、快速性和可靠性，通常被應用為變壓器的主保護。

對于斷路器和變壓器同在一個建筑物或相鄰建筑物的35kV線路-變壓器組，可把電纜線路當作變壓器的一部分，通常配置常規的縱聯差動保護作為變壓器的主保護。

對于中間不再設置斷路器，且線路較長(通常超過1kM)的35kV線路-變壓器組，應配置光纖縱聯差動保護，其配置方案一般有以下三種。

3.1 方案一 線路-變壓器組“大差動”保護

線路-變壓器組“大差動”保護即利用一套光纖縱聯差動保護裝置為35kV線路和變壓器同時提供主保護。如圖2所示，在總變電站側35kV變壓器饋電柜上設置一臺光纖縱聯差動保護裝置，差動電流分別來自本側斷路器CB1的出口CT和對端光纖縱聯差動保護裝置；另一臺安裝于下游35kV區域變電所的變壓器低壓側進線柜，差動電流分別來自本側35kV變壓器低壓斷路器CB2的上側CT和對端光纖縱聯差動保護裝置。通過采用專用的光纖通道實現兩臺差動保護裝置的數據通訊，其兩側的電流矢量同步、CT變比補償和涌流制動等功能通過光纖縱聯差動保護裝置的設置來完成。

圖2 線路-變壓器組大差動保護

當保護區域內出現故障，兩端的光纖縱聯差動保護裝置檢測到故障信息并判斷，為避免事故擴大以及配合區域變電所HTS或ATS裝置的快速動作，保護裝置無時限發出跳閘命令，分別跳開35kV饋線斷路器CB1，以及低壓進線斷路器CB2。

3.2 方案二 線路-變壓器組“小差動”保護

線路-變壓器組“小差動”保護即35kV線路光纖縱聯差動保護和變壓器縱聯差動保護分別設置。如圖3所示，在總變電站側35kV變壓器饋電柜上設置一臺光纖縱聯差動保護裝置，差動電流分別來自本側斷路器CB1的出口CT和對端光纖縱聯差動保護裝置；另一臺光纖縱聯差動保護裝置安裝于下游35kV區域變電所的變壓器保護屏內，差動電流分別來自本側變壓器高壓側CT和對端光纖縱聯差動保護裝置。通過采用專用的光纖通道實現兩臺差動保護裝置的數據通訊。35kV變壓器的主保護由安裝在變壓器保護屏內的變壓器縱聯差動保護裝置實現，差動電流分別來自區域變中35kV變壓器高壓側CT和低壓側CT。

圖3 線路-變壓器組大差動保護

當發生線路故障時，兩端的光纖縱聯差動保護裝置檢測到故障信息并判斷，為避免事故擴大以及配合區域變電所HTS或ATS裝置的快速動作，保護裝置無時限發出跳閘命令，分別跳開35kV饋線斷路器CB1，以及低壓進線斷路器CB2。

當發生變壓器故障時，變壓器縱聯差動保護裝置檢測到故障信息并判斷，為避免事故擴大以及配合區域變電所HTS或ATS裝置的快速動作，保護裝置無時限發出跳閘命令，分別跳開35kV饋線斷路器CB1，以及低壓進線斷路器CB2。

3.3 方案三 線路-變壓器組“大差動套小差動”保護

線路-變壓器組“大差動套小差動”保護即利用一套光纖縱聯差動保護裝置為35kV線路和變壓器同時提供保護，另外再為變壓器設置一套變壓器縱聯差動保護裝置。如圖4所示，在總變電站側35kV變壓器饋電柜上設置一臺光纖縱聯差動保護裝置，差動電流分別來自本側斷路器CB1的出口CT和對端光纖縱聯差動保護裝置；另一臺光纖縱聯差動保護裝置安裝于下游35kV區域變電所的變壓器保護屏內，差動電流分別來自本側變壓器低壓斷路器CB2的上側CT和對端光纖縱聯差動保護裝置。通過采用專用的光纖通道實現兩臺差動保護裝置的數據通訊。35kV變壓器的主保護由安裝在變壓器保護屏內的變壓器縱聯差動保護裝置來實現，差動電流分別來自本側變壓器高壓側CT和低壓側CT。

當發生線路故障時，兩端的光纖縱聯差動保護裝置檢測到故障信息并判斷，為避免事故擴大以及配合區域變電所HTS或ATS裝置的快速動作，保護裝置無時限發出跳閘命令，分別跳開35kV饋線斷路器CB1，以及低壓進線斷路器CB2。

圖4 線路-變壓器組大差動套小差動保護

當發生變壓器故障時，變壓器縱聯差動保護裝置和光纖縱聯差動保護裝置將檢測到故障信息并判斷，并分別發出無時限跳閘命令，跳開35kV饋線斷路器CB1，以及低壓進線斷路器CB2。

4 三種方案優缺點比較

線路-變壓器組“大差動”保護其主要優點是保護配置簡明，接線簡單；但缺點是無法及時區分線路故障和變壓器故障，影響故障恢復的時間，保護裝置可選擇的供應商較少，且均為國外品牌。

線路-變壓器組“小差動”保護的優點是能快速判斷出線路故障還是變壓器故障，且目前國產的線路差動保護裝置和變壓器差動保護裝置保護也比較成熟可靠，但其缺點是配置復雜，二次接線較多。

線路-變壓器組“大差動套小差動”保護的優點是給變壓器配置了雙重差動保護，可靠性更高，同時也存在配置復雜，二次接線較多的缺點，線路-變壓器保護裝置可選擇的供應商較少等缺點。

5 推薦的技術方案

電氣設備故障若不及時切除，將會引起越級跳閘，造成事故擴大，且有可能引發火災或人身傷亡等重大事故。同時，煉化企業石油和化工產品的生產、加工過程都是連續性的，一旦中斷，將造成大量產品的報廢，連續生產過程將被打亂，重新恢復生產需要很長的時間。所以煉化企業繼電保護配置，要求高可靠性和快速性，且能快速判斷故障點，為故障恢復縮短時間。

從三種保護配置方案的優缺點比較來看，雖然保護配置和二次接線較為復雜，但方案二仍最符合上述要求，所以方案二適用于煉化企業的35kV線路-變壓器組主保護。

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[3]朱聲石.高壓電網繼電保護原理與技術[M].3版.北京：中國電力出版社，2005.