特高壓安吉站變壓器保護分析

王濤濤

【摘要】本文從1000kV特高壓安吉站出發，分析了特高壓變壓器的結構組成及其優缺點，以及調壓補償變采用中性點無勵磁調壓方式的必要性，分析了特高壓變壓器保護配置、差動保護的原理，為特高壓變壓器的安全穩定運行提供參考。

【關鍵詞】特高壓 自耦變壓器 調壓補償變 差流計算

0、引言

1000kV安吉變電站位于浙江省湖州市安吉縣，為我國第一條同塔雙回1000kV輸變電工程——皖電東送淮南至上海特高壓交流輸電示范工程中四個新建變電站之一。由于容量、體積及自重等關系，變壓器采用主變壓器加調壓補償變的特殊接線方式。為了制造、運行的方便，把調壓變壓器和補償變壓器共用一個油箱，與主體自耦變壓器分箱體布置，即采用分體結構。分體結構簡化了變壓器結構，調壓裝置故障時易檢修和更換，提高了變壓器的可靠性。

1、特高壓變壓器的結構

為了提高變壓器的效率、減輕其質量、縮小其尺寸，大容量超高壓等級的變壓器一般采用自耦變壓器。1000kV特高壓安吉站采用3臺容量為1000MVA的單相自耦變壓器，并配置1臺備用變壓器。自耦變壓器具有尺寸小、重量輕、效率高、運輸方便的優點。自耦變傳輸功率一部分是電磁耦合，一部分是電傳導，所有在相同的標稱容量情況下，自耦變壓器有較小的繞組容量，而變壓器的重量和尺寸是由繞組容量決定的。繞組容量只有銘牌標稱容量的（ ）倍。繞組容量小，則由此帶來的銅耗和鐵耗小，則效率較高，可達99%以上。

因為有載調壓大大增加了變壓器結構的復雜性、設備的造價和運行維護的成本，并且降低了設備的運行可靠性，所以1000kV特高壓變壓器一般采用中性點無勵磁調壓，并附加低壓側電壓補償的調壓方式。中性點調壓方式具有絕緣好處理和公共繞組回路內的分接電流小等優點。調壓時由于主體變壓器的匝電勢和鐵芯磁通密度會發生變化，導致低壓側繞組輸出電壓也會隨之變化，所以需要增加低壓補償繞組，維持低壓側電壓的恒定。

2、保護配置

2.1 主變壓器保護配置

1000kV特高壓安吉站的主變壓器保護配置雙重化的主、后備保護一體變壓器電氣量保護和一套非電量保護，第一套電氣量保護采用南瑞繼保的PCS-978GC保護裝置，第二套電氣量保護采用許繼電氣的WBH-801A保護裝置，非電量保護采用南瑞繼保的PCS-974保護裝置。

主變壓器主保護具有接入高、中壓側和公共繞組回路的分側差動保護，中性點零序電流不接入差動保護，配置不經整定的反應故障分量的差動保護。對外部相間短路引起的變壓器過電流，裝設相間短路后備保護，保護帶延時跳開相應斷路器，對電流、電壓保護不能滿足靈敏性和選擇性要求的情況下，變壓器可采用阻抗保護。對外部單相接地短路引起的變壓器過電流，裝設接地短路后備保護，保護帶延時跳開相應斷路器。裝設具有與被保護變壓器的勵磁特性相匹配的反時限特性的過激磁保護。

非電量保護裝設有瓦斯保護，當殼內故障產生輕微瓦斯或油面下降時，瞬時動作于信號，當殼內故障產生大量瓦斯時，瞬時動作于斷開變壓器各側斷路器。非電量保護應有獨立的出口回路，保護動作時不啟動失靈。

2.2 調壓補償變保護配置

調壓補償變同樣配置雙重化的變壓器電氣量保護和一套非電量保護。安吉站調壓補償變的第一套電氣量保護采用南瑞繼保的PCS-978C保護裝置，第二套電氣量保護采用許繼WBH-801A保護裝置，非電量保護采用南瑞繼保的PCS-974保護裝置。

調壓變和補償變相對于整個變壓器而言，其匝數很少，當其發生輕微匝間故障時，折算到主體變壓器來看更加輕微，主體變壓器縱差保護很難動作。為了保證調壓變和補償變匝間故障的靈敏度，必須單獨配置差動保護，即分別設置調壓變和補償變差動保護。

調壓變和補償變差動保護放置在單獨的電量保護裝置中，由于調壓變壓器、補償變壓器容量相對主變壓器較小，其勵磁涌流倍數比主體變壓器高，空載合閘時，差動速斷保護容易誤動，因此調壓變和補償變不配置差動速斷保護功能。

2.3調壓補償變差流計算

調壓補償變保護取了公共繞組（TA5）、補償變繞組（TA6）、調壓變繞組（TA7）、低壓繞組（TA8）四個CT繞組。其中，TA5、TA6、TA7參與調壓變差流計算，差流應滿足 （其中 為原邊電流， 為副邊電流），TA6、TA8參與補償變差流計算， 差流應滿足 （其中 為原邊電流， 為副邊電流）。

如果只考慮二次電流回路，當電流互感器一次極性端靠近母線側（主變外側）時，調壓變差動保護差流要滿足 ，其電流互感器二次繞組的極性為TA5為反極性，TA6為反極性，TA7為正極性；補償變差流要滿足 ，其電流互感器二次繞組的極性應為TA6為正極性，TA8為正極性。

變壓器采用中性點無勵磁正反調壓方式，調壓裝置共設9檔，額定檔位為第5檔，1～4檔為正檔，6～9檔為負檔。當調壓裝置在不同檔位時，調壓變、補償變各繞組的參數也發生變化，各個繞組在每個檔位中的一次額定電流也均不相同，因此，調壓補償變保護裝置設置了1～9區的9套定值對應調壓裝置的1～9檔。

當調壓裝置處于1～4檔的正檔時，調壓繞組中的電流方向為正。規定電流以流進調壓變電流為正，當電流從調壓變原邊流進時，電流從副邊同名端流出，則差流 。

當調壓裝置處于6～9檔的負檔時，調壓繞組中的電流方向為負，即隨著調壓裝置正負檔位的切換，調壓變內流過TA5和TA6的電流極性也將隨之改變，因此TA7也需根據調壓檔位調整極性，否則可能引起差動誤動，差流 。

當調壓裝置處于5檔時，調壓變差動中的TA5、TA6平衡系數固定為0，只計算TA7的電流，此時調壓變差動保護相當于一個純過流保護。

3、保護的特殊問題

由于主變低壓側遠景有兩個分支，2號主變本期新建低壓分支2，預留低壓分支1，4號主變本期新建低壓分支1，預留低壓分支2。按照PCS-978GC保護說明書中，當某側（或某分支）無電流輸入時，應將CT一次值整定為最小值。然后，安吉站的PCS-978GC保護裝置中，低壓側過流定值中的Ie，根據分支1的CT變比計算而得，如果按照說明書的方法整定，那么2號主變的低壓側過流定值中的Ie將會出現隨機值，導致保護誤動或拒動。因此，在這種情況下，低壓分支1的CT一次值需整定為與低壓分支2的CT一次值一致，從而涉及到二期擴建2號主變低壓分支2時，CT參數需與低壓分支1的CT參數一致。

4、結論

1000kV安吉站是我省首個1000kV等級特高壓變電站，采用3臺容量為1000MVA的單相自耦變壓器，并配備3臺調壓補償變壓器。變壓器采用中性點無勵磁調壓方式，簡化了變壓器的結構，提高了設備運行的可靠性。

配置單獨的調壓補償變保護裝置，以保證調壓變和補償變匝間故障的靈敏度。調壓裝置設置了9個檔位，分別對應1～9個運行定值區的9個不同參數，保護裝置通過軟件改變電流互感器的電流極性，簡化了回路的二次接線。

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