110kV智能變電站變壓器保護(hù)的整定計(jì)算原則分析

，，，

(1.國(guó)網(wǎng)西安供電公司，陜西 西安 710032;2.國(guó)網(wǎng)銅川供電公司，陜西 銅川 727031;3.國(guó)網(wǎng)陜西省電力公司，陜西 西安 710048)

1 引言

隨著智能電網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，越來(lái)越多的智能變電站已投入運(yùn)行。智能變電站以全站信息數(shù)字化、通信平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)化、信息共享標(biāo)準(zhǔn)化為基本要求，完成信息采集、測(cè)量、控制、保護(hù)、計(jì)量和監(jiān)測(cè)等基本功能[1]，對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行提出了更高要求。同時(shí)，智能變電站的保護(hù)因其外回路設(shè)計(jì)不同、保護(hù)裝置設(shè)計(jì)原理的不同對(duì)繼電保護(hù)定值整定也提出了新的要求。結(jié)合國(guó)家電網(wǎng)公司頒布的《智能變電站技術(shù)導(dǎo)則》、《智能變電站繼電保護(hù)技術(shù)規(guī)范》，并根據(jù)目前已運(yùn)行的110kV智能變電站的實(shí)際情況，對(duì)110kV智能變電站變壓器保護(hù)的配置及定值的整定計(jì)算原則進(jìn)行分析，有利于智能變電站的繼電保護(hù)定值的整定及電網(wǎng)的安全運(yùn)行。

2 110kV智能變電站變壓器保護(hù)的設(shè)計(jì)

110kV智能變電站的變壓器電量保護(hù)宜按雙套配置，雙套配置時(shí)應(yīng)采用主、后備保護(hù)一體化配置；若主、后備保護(hù)分開配置，后備保護(hù)宜與測(cè)控裝置一體化。變壓器各側(cè)MU按雙套配置，中性點(diǎn)電流、間隙電流并入相應(yīng)側(cè)MU；變壓器保護(hù)應(yīng)直接采樣，直接跳各側(cè)斷路器；變壓器保護(hù)跳母聯(lián)、分段斷路器及閉鎖備自投、啟動(dòng)失靈等可采用GOOSE網(wǎng)絡(luò)傳輸。變壓器保護(hù)可通過(guò)GOOSE網(wǎng)絡(luò)接收失靈保護(hù)跳閘命令，并實(shí)現(xiàn)失靈跳變壓器各側(cè)斷路器；變壓器非電量保護(hù)采用就地直接電纜跳閘，信息通過(guò)本體智能終端上送過(guò)程層GOOSE網(wǎng)[2]。110kV智能變電站的變壓器保護(hù)雙套一體化配置方案如圖1所示。

圖1 110kV變壓器保護(hù)雙套主后一體化配置方案(圖示單套)

智能變電站的建設(shè)總體按照“統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一建設(shè)”的工作方針，因此，變壓器保護(hù)裝置的功能設(shè)計(jì)也更加規(guī)范化。針對(duì)目前已運(yùn)行的110kV智能變電站變壓器保護(hù)的配置情況，并結(jié)合國(guó)家電網(wǎng)公司的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《10kV～110(66)kV元件保護(hù)及輔助裝置標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)規(guī)范》，對(duì)110kV智能變電站變壓器保護(hù)的保護(hù)配置及定值整定進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明及探討，變壓器保護(hù)配置要求如下[3]：

(a) 差動(dòng)保護(hù);

(b) 高壓側(cè)復(fù)壓閉鎖過(guò)流(方向)保護(hù);

(c) 高壓側(cè)零序過(guò)流保護(hù);

(d) 高壓側(cè)間隙保護(hù);

(e) 中、低壓側(cè)復(fù)壓閉鎖過(guò)流(方向)保護(hù);

(f) 非電量保護(hù)。

3 變壓器保護(hù)定值的整定

不同廠家、不同型號(hào)的智能變電站保護(hù)裝置，其保護(hù)定值存在差異化，具體表現(xiàn)為定值名稱、部分定值的整定計(jì)算算法、控制字的正反邏輯、壓板的說(shuō)明等。因此文中對(duì)常見(jiàn)保護(hù)定值及壓板進(jìn)行說(shuō)明，差異化較大不具有代表性的定值項(xiàng)未作說(shuō)明。從規(guī)范化的角度對(duì)智能變電站的變壓器保護(hù)定值項(xiàng)目進(jìn)行定值整定原則的分析，能夠確保定值的正確性，防止整定計(jì)算過(guò)程中人為隨機(jī)因素導(dǎo)致的錯(cuò)誤，如整定計(jì)算原則性的選擇錯(cuò)誤等。

3.1 差動(dòng)保護(hù)

(1)差動(dòng)速斷定值：差動(dòng)速斷保護(hù)是縱差保護(hù)的一個(gè)輔助保護(hù)，當(dāng)變壓器內(nèi)部故障電流很大時(shí)，防止由于電流互感器飽和引起縱差保護(hù)延遲動(dòng)作。差動(dòng)速斷保護(hù)的整定值應(yīng)按躲過(guò)變壓器可能產(chǎn)生的最大勵(lì)磁涌流或外部短路最大不平衡電流整定[4]。

IOP=KIe

(1)

式中：Ie為變壓器基準(zhǔn)側(cè)二次額定電流；K為倍數(shù)，視變壓器容量和系統(tǒng)電抗大小，K推薦值如下：

6300kVA及以下 7～12；

6300～31500kVA 4.5～7.0；

40000～120000kVA 3.0～6.0；

120000kVA及以上 2.0～5.0。

容量越大，系統(tǒng)電抗越大，K取值越小。要求正常運(yùn)行方式保護(hù)安裝處電源側(cè)兩相短路時(shí)靈敏系數(shù)KLM≥1.2。

(2)差動(dòng)電流啟動(dòng)值：即縱差保護(hù)動(dòng)作值，變壓器縱差保護(hù)作為變壓器繞組故障時(shí)的主保護(hù)，保護(hù)區(qū)是構(gòu)成差動(dòng)保護(hù)的各側(cè)電流互感器之間所包圍的部分，用于快速切除故障，定值應(yīng)大于變壓器正常運(yùn)行時(shí)的差動(dòng)不平衡電流。要求靈敏系數(shù)KLM≥1.5。

IOP.min=(0.3～0.6)Ie

(2)

式中：Ie為變壓器基準(zhǔn)側(cè)二次額定電流。

根據(jù)實(shí)際情況(現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)不平衡電流)確有必要時(shí)，最小動(dòng)作定值也可大于0.6Ie。當(dāng)變壓器各側(cè)流入差動(dòng)保護(hù)裝置的電流值相差不大時(shí)[5]，動(dòng)作值可取0.4Ie，相差較大時(shí)動(dòng)作值可取0.5Ie。

(3)二次諧波制動(dòng)系數(shù)：110kV變壓器縱差保護(hù)多采用二次諧波進(jìn)行制動(dòng)，防止縱差保護(hù)因勵(lì)磁涌流發(fā)生誤動(dòng)。二次諧波制動(dòng)系數(shù)應(yīng)考慮變壓器的容量，變壓器容量較大時(shí)宜取較小值，變壓器容量較小時(shí)宜取較大值。二次諧波制動(dòng)系數(shù)越大，則保護(hù)的諧波制動(dòng)作用越弱[6]，涌流閉鎖方式可采用二次諧波比最大相(或門)閉鎖方式，一般可整定為15%～20%。

(4)CT斷線告警定值：按躲過(guò)正常運(yùn)行時(shí)最大不平衡電流整定。

IDX=KKIe

(3)

式中：Ie為變壓器基準(zhǔn)側(cè)二次額定電流；KK為可靠系數(shù)，取為0.2。

3.2 高后備保護(hù)定值

(1)復(fù)壓閉鎖元件定值：復(fù)壓閉鎖過(guò)流保護(hù)宜用于升壓變壓器、系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)變壓器和過(guò)電流保護(hù)不能滿足靈敏度要求的降壓變壓器[7]，對(duì)于降壓變壓器，多用于變壓器運(yùn)行不滿足N-1時(shí)的情況。高壓側(cè)復(fù)壓閉鎖元件由各側(cè)復(fù)壓元件經(jīng)“或門”構(gòu)成，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法實(shí)施時(shí)取低壓側(cè)復(fù)壓閉鎖元件。低電壓閉鎖定值整定為(0.7～0.8)UN，UN為低電壓元件所接電壓額定值；負(fù)序電壓閉鎖定值整定為(0.04～0.08)U2，U2為負(fù)序電壓元件所接電壓額定值。

(2)過(guò)流方向元件：復(fù)壓閉鎖過(guò)流(方向)保護(hù)中方向元件取自本側(cè)電壓。多側(cè)電源變壓器方向過(guò)電流保護(hù)的方向指向應(yīng)有利于加速跳開小電源或無(wú)電源的斷路器，避免小系統(tǒng)影響主系統(tǒng)或兩個(gè)較強(qiáng)系統(tǒng)相互影響。主電源側(cè)方向過(guò)電流保護(hù)方向宜指向變壓器；小電源側(cè)過(guò)電流保護(hù)在變壓器其他側(cè)母線故障有靈敏度時(shí)方向指向變壓器，無(wú)靈敏度時(shí)方向指向本側(cè)母線；方向過(guò)電流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間應(yīng)按照逐級(jí)配合的關(guān)系整定。

(3)復(fù)壓閉鎖過(guò)流定值：動(dòng)作值按躲過(guò)變壓器的額定電流整定，要求近后備靈敏度KLM≥1.3，遠(yuǎn)后備靈敏度KLM≥1.2。電源側(cè)的過(guò)電流保護(hù)一般要求對(duì)無(wú)電源側(cè)母線故障的靈敏度KLM≥1.5，同時(shí)要求應(yīng)與中、低壓側(cè)的過(guò)流保護(hù)定值配合，配合系數(shù)一般取為1.05～1.1。

IOP=KKIFHmax/Kf

(4)

式中：IFhmax為最大負(fù)荷電流，按變壓器高壓側(cè)額定電流Ie整定；KK為可靠系數(shù)，取1.2～1.3；Kf為返回系數(shù)，取0.95。

復(fù)壓閉鎖過(guò)流定值推薦為1.4Ie，動(dòng)作時(shí)間與變壓器中、低壓側(cè)過(guò)流保護(hù)動(dòng)作時(shí)間配合整定，并考慮變壓器的熱穩(wěn)定要求。

(4)零序過(guò)流Ⅰ段定值：動(dòng)作值與110kV線路零序電流Ⅰ段或Ⅱ段配合整定，要求在母線接地故障時(shí)靈敏系數(shù)KLM≥1.5。動(dòng)作時(shí)間按照配合關(guān)系整定。

(5)

IOP≤3I0min/KLM

(6)

(5)零序過(guò)流Ⅱ段定值：動(dòng)作值與110kV線路零序電流保護(hù)末段配合整定，動(dòng)作時(shí)間按照配合關(guān)系整定。

(7)

IOP≤3I0min/KLM

(8)

(6)間隙電流定值：對(duì)于中性點(diǎn)不接地的半絕緣變壓器，應(yīng)裝設(shè)間隙保護(hù)作為接地故障的后備保護(hù)。放電間隙擊穿接地后將流過(guò)零序電流，構(gòu)成間隙電流保護(hù)。間隙零序電流和在接地故障時(shí)故障母線TV的開口三角形繞組兩端產(chǎn)生的零序電壓構(gòu)成“或”邏輯，組成間隙保護(hù)，保護(hù)的原理接線圖如圖2所示。間隙電流定值一次值一般可整定為40～100A，動(dòng)作時(shí)間可整定為0.5s；當(dāng)配置間隙零序電壓和間隙零序電流相互保持時(shí)，動(dòng)作時(shí)間應(yīng)與110kV線路全線有靈敏度段接地保護(hù)最長(zhǎng)動(dòng)作時(shí)間配合整定。

圖2 間隙保護(hù)原理接線圖

(7)零序電壓定值：用于變壓器中性點(diǎn)不接地時(shí)，所連接的系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障同時(shí)又失去接地中性點(diǎn)的情況，防止此種故障對(duì)中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)的電氣設(shè)備絕緣造成威脅，此時(shí)需要通過(guò)零序過(guò)電壓保護(hù)切除故障。零序電壓定值一般整定為150～180V，動(dòng)作時(shí)間整定為0.3～0.5s。

3.3 中(低)后備保護(hù)定值

(1)復(fù)壓閉鎖元件定值：中(低)壓側(cè)復(fù)壓閉鎖元件由各側(cè)復(fù)壓閉鎖元件經(jīng)“或門”構(gòu)成或僅取本側(cè)復(fù)壓元件。低電壓閉鎖定值整定為(0.7～0.8)UN，UN為低電壓元件所接電壓額定值；負(fù)序電壓閉鎖定值整定為(0.04～0.08)U2，U2為負(fù)序電壓元件所接電壓額定值。

(2)過(guò)流方向元件：復(fù)壓閉鎖過(guò)流(方向)保護(hù)中方向元件取自本側(cè)電壓。小電源側(cè)過(guò)電流保護(hù)在變壓器其他側(cè)母線故障有靈敏度時(shí)方向指向變壓器，無(wú)靈敏度時(shí)方向指向本側(cè)母線；方向過(guò)電流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間應(yīng)按照逐級(jí)配合的關(guān)系整定。

(3)復(fù)壓閉鎖過(guò)流定值：按躲過(guò)變壓器的額定電流整定。

IOP=KKIFHmax/Kf

(9)

式中：IFhmax為最大負(fù)荷電流，按變壓器中(低)壓側(cè)額定電流Ie整定；KK為可靠系數(shù)，取1.2～1.3；Kf為返回系數(shù)，取0.95。

復(fù)壓閉鎖過(guò)流定值推薦為1.3Ie，動(dòng)作時(shí)間與本側(cè)出線過(guò)流保護(hù)動(dòng)作時(shí)間配合整定。

4 軟壓板及控制字

(1)軟壓板：智能變電站的軟壓板包括功能軟壓板及開入軟壓板。功能軟壓板如“主保護(hù)”、“高壓側(cè)相間后備保護(hù)”、“中壓側(cè)后備保護(hù)”等，用于進(jìn)行保護(hù)功能的投退。開入量軟壓板如“高壓側(cè)電壓投入”、“中壓側(cè)電壓投入”等，還有對(duì)于定值操作、遠(yuǎn)方控制的軟壓板如“遠(yuǎn)方控制壓板”、“遠(yuǎn)方切換定值區(qū)”等，其中遠(yuǎn)方控制壓板應(yīng)投入，功能軟壓板及開入軟壓板應(yīng)根據(jù)保護(hù)投退情況及配置情況進(jìn)行投入。

(2)GOOSE跳閘軟壓板：智能變電站的GOOSE用網(wǎng)絡(luò)信號(hào)代替了智能電子裝置之間的硬接線通信方式，簡(jiǎn)化了變電站二次系統(tǒng)接線[8]。在智能變電站中，GOOSE主要用于傳送開關(guān)量狀態(tài)信號(hào)、保護(hù)跳合閘信號(hào)及聯(lián)、閉鎖信號(hào)，如PCS-978保護(hù)裝置中的“跳I側(cè)開關(guān)GOOSE軟壓板”、“啟動(dòng)風(fēng)冷GOOSE軟壓板”等，因此，GOOSE跳閘軟壓板的設(shè)置應(yīng)由設(shè)計(jì)人員、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試人員按照保護(hù)裝置原理進(jìn)行設(shè)置。

(3)SMV軟壓板：SMV軟壓板應(yīng)用控制裝置是否接收相關(guān)的模擬量，如果整定為0，裝置對(duì)相應(yīng)的模擬量置0，并不再判斷相關(guān)鏈路報(bào)警。SMV軟壓板定值主要有“高壓側(cè)接收軟壓板” 、“間隙零序接收軟壓板”等，應(yīng)由設(shè)計(jì)人員、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試人員按照保護(hù)裝置原理及運(yùn)行要求進(jìn)行設(shè)置。

(4)控制字：智能變電站變壓器保護(hù)的控制字，如“差動(dòng)速斷”、“縱差保護(hù)”均應(yīng)投入。

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)110kV智能變電站變壓器保護(hù)配置的分析，對(duì)規(guī)范化設(shè)計(jì)的變壓器保護(hù)的定值整定原則進(jìn)行了分析，指出了智能變電站變壓器保護(hù)定值整定的特點(diǎn)，給出了具體的整定計(jì)算原則及公式，達(dá)到了繼電保護(hù)定值整定計(jì)算正確，在實(shí)際應(yīng)用中運(yùn)行良好，結(jié)論正確。