特高壓變壓器調壓補償變壓器配置獨立差動保護的必要性

湯會增，程朝磊，黃健金，岳雷剛，余開偉

(國網河南省電力公司檢修公司，河南 鄭州 450007)

特高壓變壓器調壓補償變壓器配置獨立差動保護的必要性

湯會增，程朝磊，黃健金，岳雷剛，余開偉

(國網河南省電力公司檢修公司，河南 鄭州 450007)

針對特高壓變壓器主體變壓器與調壓補償變壓器分體結構的特點，介紹了特高壓變壓器差動保護配置方案，通過對調壓及補償繞組內部故障的動態模擬試驗，得出大差差動保護對調壓補償變內部故障靈敏度不足，說明調壓補償變壓器配置獨立差動保護的必要性。

特高壓變壓器；獨立調壓補償變壓器；差動保護；動態模擬試驗

0 引 言

特高壓變壓器由于制造工藝、絕緣及運輸等因素的影響，采用主體變壓器與調壓補償變壓器分體的結構方式，兩者通過外部導線進行電氣連接[1]。相對于整個特高壓變壓器線圈，調壓補償變壓器所占線圈匝數比例較低，大差差動保護不能夠完全保護整個調壓補償變壓器[2]，因此需要配備單獨的調壓補償變壓器差動保護。下面通過動模試驗分析了特高壓調壓補償變壓器配置獨立差動保護的必要性。

1 變壓器的結構及參數

特高壓變壓器結構如圖1所示，采用分相和分體式結構，主變壓器高、中、低壓側采用YN,yn,d11的繞組接線方式，110 kV低壓側帶補償繞組調壓[3]，其主要參數如表1所示，TA主要參數如表2所示。

圖1 特高壓變壓器整體示意圖

項 目原型設計參數動模模型參數主變壓器額定容量(相)額定電壓(相)短路阻/%1000/1000/334MVA1050/3:525/3±5%/:110kVUH-M=18,UH-L=62,UM-L=402.5/2.5/0.83kVA1000/3:500/3:100VUH-M=14.8,UH-L=67.8,UM-L=52.3調壓繞組額定容量(相)額定電壓及變比59MVA110:5%×1050/3kV,n=3.63147.5VA110:5%×1000/3V,n=3.81補償繞組額定容量(相)額定電壓及變比18MVA5%×1050/3:5.4kV,n=5.6145VA5%×1000/3:5.4kV,n=5.35

表2 特高壓變壓器TA配置表

主體變壓器和調壓補償變壓器通過外部電氣導線連接，其接線原理如圖2所示。其中SV串聯繞組、CV公共繞組和LV低壓繞組三部分組成主體變壓器，TV調壓繞組和EV調壓變勵磁繞組組成調壓變壓器，LE補償變勵磁繞組、LT補償繞組組成補償變壓器[4-5]。

圖2 主體變壓器與調壓補償變壓器接線原理圖

2 變壓器差動保護配置方案

特高壓變壓器配備的差動保護如圖3所示。大差差動保護為主保護，基本能夠反映變壓器內部所有的故障；但對部分內部輕微匝間故障的反應靈敏性不足，因此需要配置故障分量差動保護用來提高主變壓器在負荷較大的情況下發生內部輕微匝間故障的靈敏性;配置分相差動保護可以用來提高主繞組內部匝間輕微故障時的靈敏度;配置零序差動保護可以用來提高發生單相接地故障時差動保護的靈敏度;分側差動保護則可以躲開勵磁涌流和過勵磁危害,同時還能提高相間短路故障的靈敏性。由于調壓繞組和補償繞組的匝數相對于主變壓器繞組匝數比例較低,且與主繞組不在同一個鐵心上, 為了提高調壓變壓器和補償變壓器發生匝間故障時的靈敏度，專門設置了獨立的調壓變壓器和補償變壓器差動保護。

3 調壓補償變壓器故障動態模擬試驗

為驗證特高壓變壓器調壓變壓器和補償變壓器配置獨立差動保護的必要性，根據特高壓交流試驗分別模擬調壓變壓器高壓側繞組不同百分比匝間故障，可得主體變壓器和調壓變壓器差動保護動作情況如表3所示。

圖3 主變壓器差動保護配置圖

示范工程的系統參數設置動模試驗模型，變壓器模型主要參數如表1所示，試驗接線如圖4所示。

圖4 特高壓交流變壓器動模試驗模型示意圖

3.1 調壓變壓器繞組內部故障

表3 調壓變壓器高壓繞組匝間短路差動動作統計

圖5所示為調壓繞組C相高壓側10%匝間故障時(A、B相正常)差動電流幅值。圖中C相大差差動保護的二次側差動電流的幅值Ir低于門檻值,不能動作于故障。而調壓繞組差動保護的C相差動電流的幅值Im達到3 A,可以快速正確動作。

分別模擬調壓變壓器低壓側繞組不同百分比匝故障, 可得主體變壓器和調壓變壓器差動保護動作情況如表4所示。

圖5 調壓線圈匝間故障試驗差動電流分析

差動動作情況故障情況5%15%25%35%50%主體變壓器差動情況未動作未動作未動作動作動作調壓變壓器差動情況動作動作動作動作動作

由上可知，大差差動保護不能夠反應調壓變壓器高壓線圈發生匝間15%以下故障和低壓線圈發生35%以下匝間故障;而各種故障下調壓變差動保護均可以快速正確動作。

3.2 補償繞組內部故障試驗

分別模擬補償變壓器高壓側繞組不同百分比匝間故障,主體變壓器和補償變壓器差動保護的動作情況見表5。

表5 補償變壓器高壓繞組匝間短路差動動作統計

圖6所示為補償繞組C相高壓側40%匝間故障時(A、B相正常)差動電流幅值。圖中C相大差差動保護的二次側差動電流的幅值Ir低于門檻值,不能動作于故障。而補償繞組差動保護的C相差動電流的幅值Im達到0.8 A,可以快速正確動作。

由上可知，大差差動保護不能夠反應補償繞組高壓線圈發生匝間40%及以下故障,而配置的補償變壓器差動保護可快速正確動作于匝間發生5%輕微故障。

圖6 補償線圈匝間故障試驗差動電流分析

4 結 論

針對特高壓變壓器的結構特點,研究了特高壓變壓器差動保護配置方案, 通過動模試驗分析了調壓補償變壓器配置獨立差動保護的必要性。動模試驗結果表明，調壓變壓器高壓線圈發生匝間15%以下故障、調壓變壓器低壓線圈發生35%以下匝間故障及補償繞組高壓線圈發生匝間40%及以下故障時，大差差動保護均不能夠反應，靈敏度明顯不足，而調壓補償變壓器的差動保護均快速正確動作。因此，需要配置獨立的調壓變壓器和補償變壓器差動保護，用來提高其內部匝間故障的靈敏度。

[1] 鄧茂軍，孫振文，馬和科，等．1 000 kV 特高壓變壓器保護方案[J]．電力系統自動化，2015，39(10)：168-173．

[2] 文繼鋒，程驍，張曉宇，等． 特高壓變壓器差動保護研究[J]． 中國電機工程學報，2009，29(22):58-62．

[3] 鄭濤，張婕，高旭． 一起特高壓變壓器的差動保護誤動分析及防范措施[J]． 電力系統自動化，2011，35(18)：92-97．

[4] 邵德軍,尹項根,張哲,等．特高壓變壓器差動保護動態模擬試驗研究[J]. 高電壓技術, 2009, 35(2):20-36.

[5] 南瑞1 000 kVRCS-978變壓器保護說明書[Z].

[6] 特高壓交流工程二次設備動模試驗研究試驗報告[R].

For the characteristics of split structure of UHV main transformer and the regulating and compensating transformer, the configuration scheme of differential protection for UHV transformer is introduced. Through the dynamic simulation experiment of internal faults of regulating and compensating windings，it is concluded that the sensitivity of differential protection of main winding is insufficient for the internal faults of regulating and compensating transformer, which explains the necessity of independent differential protection.

UHV transformer; independent regulating and compensating transformer; differential protection; dynamic simulation experiment

TM772

A

1003-6954(2017)01-0081-03

2016-09-16)

湯會增(1982)，碩士、工程師，從事超特高壓變電運維檢修工作；

程朝磊(1983)，工程師，從事超特高壓變電運維工作。