燃煤發(fā)電廠變壓器繼電保護設(shè)計研究

徐建康

摘要：在我國快速發(fā)展過程中，人們的生活質(zhì)量在不斷提高，對于燃煤發(fā)電廠的需求在不斷加大，煤電公司燃煤燃煤發(fā)電廠變壓器組因線路短路、超負荷和電壓、電流不穩(wěn)定等問題，經(jīng)常發(fā)生故障。為了解決變壓器故障問題，設(shè)計了繼電保護措施。利用仿真模擬分析了保護的可靠性，仿真結(jié)果表明，變壓器組采用繼電保護能夠加強電網(wǎng)安全，提高燃煤燃煤發(fā)電廠變壓器組工作穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：變壓器;繼電裝置;燃煤燃煤發(fā)電廠

引言

燃煤發(fā)電廠繼電保護和安全自動裝置是燃煤發(fā)電廠系統(tǒng)的重要組成部分，對保證燃煤發(fā)電廠系統(tǒng)的正常運行，防止事故發(fā)生或擴大起了重要作用。繼電保護是對燃煤發(fā)電廠系統(tǒng)中發(fā)生的故障或異常情況進行檢測，從而發(fā)出報警信號，或直接將故障部分隔離、切除的一種重要措施。應根據(jù)審定的系統(tǒng)設(shè)計原則或?qū)彾ǖ南到y(tǒng)接線及要求進行繼電保護和安全自動裝置設(shè)計。

1 燃煤發(fā)電廠變壓器繼電保護的主要構(gòu)成

燃煤發(fā)電廠系統(tǒng)在長時間的演變和發(fā)展下，已經(jīng)初步達到了理想的狀態(tài)，由過去老式的繼電保護系統(tǒng)到現(xiàn)在的微機型繼電保護裝置。這種繼電保護裝置的組成包括有幾個部分。第一部分，主要是負責采集燃煤發(fā)電廠系統(tǒng)的信號裝置。收集并整理系統(tǒng)內(nèi)部的燃煤發(fā)電廠數(shù)值，再通過收集的數(shù)據(jù)通過進行有效的傳遞，最后交給繼電保護裝置。第二部分，主要是負責處理燃煤發(fā)電廠系統(tǒng)的信號。它可以把采集整理的信號進行有效的處理，再把影響作用對其分類解決。第三部分，主要負責信號輸出任務。由于這部分比較關(guān)鍵，必須要確保輸出的信號要準確無誤，確保燃煤發(fā)電廠系統(tǒng)正常運行工作。

2 燃煤發(fā)電廠變壓器繼電保護設(shè)計

2.1 110kV線路保護配置方案

煤電公司燃煤燃煤發(fā)電廠變壓器側(cè)的110kV線路采用繼電裝置保護。對每一回的110kV線路進線側(cè)安裝GIS智能測控一體化保護裝置，并配置監(jiān)測參數(shù)性能表，通過性能監(jiān)測表能夠?qū)崟r掌握110kV線路運行情況，若一旦發(fā)生短路、斷路或者其他故障，立即啟動跳閘保護。在每一回線上配置了一整套相互獨立的繼電保護裝置，重新設(shè)定了線路合閘保護功能。每兩個回路的110kV線路配置一個保護柜，保護柜里安設(shè)有測量儀器儀表、控制集合型的設(shè)備、反應執(zhí)行的元器件，通過EVT獲取線路中的電壓、電感等信息，反饋給智能終端，智能終端將要調(diào)控命令傳輸給GOOSE和SV網(wǎng)，保護裝置得到命令后立即執(zhí)行保護措施。

2.2 差動保護設(shè)計

在進行燃煤發(fā)電廠系統(tǒng)中燃煤發(fā)電廠變壓器繼電保護裝置的差動保護設(shè)計過程中，必須要遵循以下設(shè)計原則。首先在燃煤發(fā)電廠變壓器正常工作狀態(tài)下，需要使兩側(cè)的燃煤發(fā)電廠傳感裝置的環(huán)線連接正常。一般來說差動繼電保護裝置的電流值為兩側(cè)電流傳感器的二次電流差值，一般都是接近為零的狀態(tài)。當差動繼電保護裝置不進行工作時，保護作用也會停止。隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，一些性能優(yōu)越的高新計算機芯板的運用，使得差動保護設(shè)計得到有效的進行，從而使整體的運行狀態(tài)得到更好的保護。

2.3 瓦斯保護設(shè)計

在瓦斯保護中，主要是對變壓器的內(nèi)部故障、匝間短路以及鐵芯故障進行反映。在變壓器瓦斯保護當中，瓦斯繼電器是其中的核心元件，并通過油枕同油箱間的瓦斯繼電器判斷在變壓器內(nèi)部當中是否存在故障問題。當變壓器發(fā)生輕微故障時，絕緣物在分解的過程中將以緩慢的方式形成氣體，并逐漸聚集到繼電器當中，此時繼電器將發(fā)生動作，閉合節(jié)點，該方式即稱之為輕瓦斯保護，該方式通常僅僅作為發(fā)信應用，而不應用在跳閘。如故障較為嚴重，在變壓器內(nèi)部，則將具有較多的氣體在油箱中存在，強烈油流也將因此沖擊繼電器，此時重瓦斯動作節(jié)點則將閉合，在跳閘后發(fā)出相應的信號，即為重瓦斯保護。

2.4 設(shè)計低壓變壓器在過電流時進行保護裝置

一般情況下，如果是應用三相式的變壓器時主要是在變壓器的低壓側(cè)，一旦在壓側(cè)出現(xiàn)短路時，或者是沒有發(fā)揮出阻抗保護時，那么就起不到保護的作用。所以，在所有相鄰元件的后備必須要達到保護的作用。如果發(fā)生這種問題時，可以在低壓側(cè)設(shè)計一個復合電壓閉鎖過流保護，也可以在高、中壓側(cè)安裝一個復合的電壓閉鎖過流保護。另外，在設(shè)計高壓變壓器保護裝置時，當變壓器高壓側(cè)電流保護會對低壓側(cè)母線產(chǎn)生一定的靈敏度，所以，就可以對變壓器高壓側(cè)短路以及低壓側(cè)斷路器安裝一個保護裝置。一旦變壓器低壓側(cè)產(chǎn)生停運問題以及發(fā)生故障時，就會發(fā)生在開關(guān)和TA間出現(xiàn)非正常狀況，此時保護裝置則當作變壓器低壓側(cè)母線后備保護設(shè)計應用，也可以作為主保護的設(shè)計應用。有一點我們也是可以忽略的，就是發(fā)生非金屬性短路時，會出現(xiàn)靈敏度不足的阻抗保護，或者是出現(xiàn)延時以及超時的問題發(fā)生。通過在對上述問題發(fā)生過程當中，最好的解決方法就是在變壓器的高壓側(cè)設(shè)計一個保護裝置，可以安裝保護變壓器，也就是熱穩(wěn)定的反時限過流裝置。并且必須把這種設(shè)置的整定值要與變壓器的熱穩(wěn)定相適應，除此之外，對變壓器低壓側(cè)也要進行相應的保護，安裝一個電流保護裝置。

2.5 變壓器主保護方案

煤電公司燃煤燃煤發(fā)電廠變壓器組有時在升降壓會發(fā)生故障，為了全面保護變壓器組，設(shè)計了一套主保護裝置，該主保護不影響后備保護裝置。主保護可以直接收集變壓器組高電壓側(cè)、中壓側(cè)和低壓側(cè)的數(shù)據(jù)，根據(jù)信號情況可以直接作出保護動作。也可以經(jīng)過分段保護裝置將該信號傳輸至GOOSE網(wǎng)，元件通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)生信號命令執(zhí)行動作。主保護裝置有接地和電纜直接傳輸線路，非電量信號可以經(jīng)接地或者電纜發(fā)送至斷路器執(zhí)行動作，并經(jīng)智能終端上傳給上級系統(tǒng)，可以良好的與監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)并網(wǎng)，實現(xiàn)自動化，主保護原理如圖2所示。每一臺主變壓器均配備了繼電裝置保護柜，就近接入智能控制柜，遠端與整個監(jiān)控系統(tǒng)并網(wǎng)。

3 工作方式

燃煤發(fā)電廠變壓器繼電保護接地線穿過羅氏線圈，羅氏線圈輸出連接到積分器模塊，積分器模塊輸出連接到10M采集/8位模塊，采集模塊輸出連接到數(shù)據(jù)處理單元，數(shù)據(jù)處理單元對采集的數(shù)據(jù)進行處理，區(qū)分是否有雷擊過壓和感應過壓，及區(qū)分是雷擊過壓還是感應過壓，數(shù)據(jù)處理單元處理完數(shù)據(jù)輸出到顯示單元和輸出接口（RS485或433M）。為了保持被采集信號的準確性，需要在信號源和A/D轉(zhuǎn)換器之間加入一個采樣/保持電路來確保信號源的可靠性。為了提高系統(tǒng)的準確性，采樣/保持電路的采樣時間越短越好，其保持時間越長越好。A/D轉(zhuǎn)換器具有很多類型，一般采用逐次逼近型的A/D轉(zhuǎn)換器。燃煤發(fā)電廠變壓器繼電保護接地線穿過羅氏線圈，羅氏線圈輸出連接到積分器模塊，積分器模塊輸出連接到10k/24位采集模塊，采集模塊輸出連接到數(shù)據(jù)處理單元，數(shù)據(jù)處理單元對采集的數(shù)據(jù)進行處理并計算接地電流值及計算相位值，數(shù)據(jù)處理單元處理完數(shù)據(jù)輸出到顯示單元和輸出接口（RS485或433M）。

結(jié)語

煤電公司燃煤燃煤發(fā)電廠變壓器組容易發(fā)生短路、異常故障，分別闡述了三相短路、相間短路、零序電流電壓和異常產(chǎn)生原因以及保護原則。針對變壓器故障設(shè)計了繼電保護，分析了繼電保護工作原理，論述了繼電保護實現(xiàn)功能。為了驗證設(shè)計的變壓器組繼電保護可靠性，利用仿真模擬保護的可靠性曲線，從仿真結(jié)果來看，繼電保護滿足要求，保障了燃煤燃煤發(fā)電廠變壓器組的安全。

參考文獻：

[1]李先妹，黃家棟，唐寶鋒.數(shù)字化變電站繼電保護測試技術(shù)的分析研究[J].燃煤發(fā)電廠系統(tǒng)保護與控制，2012，40（3）：105-108.

[2]李亮玉，唐寶鋒，趙賢龍，等.智能變電站就地化保護研究現(xiàn)狀及應用展望[J].華電技術(shù)，2018，40（5）：17-20，24.

[3]王超.數(shù)字化變電站繼電保護系統(tǒng)可靠性研究[D].杭州：浙江大學，2013.