發(fā)電廠配電變壓器綜合智能保護(hù)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

(同煤大唐塔山第二發(fā)電有限責(zé)任公司，大同 037000)

0 引 言

隨著科技的持續(xù)發(fā)展，人們對(duì)電能的需求日益提高。變壓器作為發(fā)電廠配電裝置的重要設(shè)備直接決定著人們能否獲得充足穩(wěn)定的電能供應(yīng)。因此對(duì)于發(fā)電廠配電電壓裝置綜合智能保護(hù)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的探究有著重要意義。

1 綜合智能保護(hù)系統(tǒng)在發(fā)電廠配電變壓器中的應(yīng)用

傳統(tǒng)保護(hù)系統(tǒng)在對(duì)發(fā)電廠配電電壓裝置進(jìn)行保護(hù)時(shí)，主要依靠變壓器保護(hù)裝置、線路保護(hù)裝置以及測(cè)控裝置發(fā)揮功能。當(dāng)上述三個(gè)裝置被特定信號(hào)觸發(fā)后，傳統(tǒng)保護(hù)系統(tǒng)的各個(gè)保護(hù)環(huán)節(jié)將啟動(dòng)；傳統(tǒng)保護(hù)系統(tǒng)需要借助多個(gè)機(jī)械接口將系統(tǒng)的保護(hù)裝置與發(fā)電廠的配電變壓設(shè)備相連，這不但增加了接線難度也使傳統(tǒng)的保護(hù)系統(tǒng)更易遭受周圍電磁的干擾，降低傳統(tǒng)保護(hù)系統(tǒng)的可靠性。綜合智能保護(hù)系統(tǒng)能夠借助智能終端，將發(fā)電廠的配電變壓裝置進(jìn)行合并為發(fā)電廠的配電變壓器裝置的各個(gè)設(shè)備提供統(tǒng)一保護(hù)。例如，出現(xiàn)內(nèi)部故障將增大裝置短路電流，使得電流互感器TA處于飽和狀態(tài)，同時(shí)由于同一時(shí)間TA的基波電流為0，具有諧波高次分量,需要借助差動(dòng)速斷策略,并根據(jù)勵(lì)磁電流與不平衡電流開展整定速斷作業(yè),此時(shí)的整定值應(yīng)為復(fù)合電流的6～7倍，要大于電磁保護(hù)數(shù)據(jù)。利用I2C總線將發(fā)電廠的配電變壓裝置的各個(gè)設(shè)備與綜合智能保護(hù)系統(tǒng)相連[1]。這種方式能夠在實(shí)現(xiàn)綜合保護(hù)性能的前提下，降低對(duì)相關(guān)設(shè)備機(jī)械接口的使用率，提升發(fā)電廠配電變壓設(shè)備的安全性，充分發(fā)揮綜合智能保護(hù)系統(tǒng)自動(dòng)化與集成化的優(yōu)勢(shì)，滿足發(fā)電廠配電變壓裝置各個(gè)設(shè)備的保護(hù)需求。如圖一即為發(fā)電廠配電變壓器保護(hù)裝置。

2 系統(tǒng)關(guān)鍵性技術(shù)

綜合智能保護(hù)系統(tǒng)為實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)電廠的配電電壓裝置的保護(hù)，應(yīng)確保對(duì)自身智能系統(tǒng)的有效控制和管理；當(dāng)發(fā)電廠的配電變壓裝置出現(xiàn)相應(yīng)故障時(shí)，綜合智能保護(hù)系統(tǒng)能夠迅速開啟針對(duì)性的保護(hù)裝置，防止配電變壓器的相關(guān)設(shè)備受到損壞導(dǎo)致大面積停電現(xiàn)象出現(xiàn)。為充分解決這一問(wèn)題，綜合智能保護(hù)系統(tǒng)使用微機(jī)控制軟件為發(fā)電廠配電系統(tǒng)的各個(gè)設(shè)備提供相對(duì)獨(dú)立的微機(jī)防護(hù)。借助比率差動(dòng)公平變換量原件靈敏的檢測(cè)配電變壓制各項(xiàng)設(shè)備的內(nèi)部電流故障情況。微機(jī)控制系統(tǒng)作為綜合智能保護(hù)系統(tǒng)的主要防護(hù)功能可以及時(shí)檢測(cè)出配電變壓制的故障情況，進(jìn)行針對(duì)性的處理，有效清除故障產(chǎn)生原因。只有在綜合智能保護(hù)系統(tǒng)防護(hù)失敗后，才會(huì)啟用相應(yīng)的后背防護(hù)功能。在綜合智能保護(hù)系統(tǒng)微機(jī)控制的實(shí)際運(yùn)行期間，借助類似于差動(dòng)保護(hù)的硬件線路對(duì)設(shè)備的電流傳感器使用Y形接線。其后借助微機(jī)控制軟件自動(dòng)完成對(duì)電流變動(dòng)值與相位的補(bǔ)償系數(shù)，進(jìn)而對(duì)配電變壓裝置所在線路進(jìn)行針對(duì)性的運(yùn)營(yíng)維護(hù)、調(diào)校和修復(fù)。綜合智能防護(hù)系統(tǒng)的后備防護(hù)功能主要借助側(cè)向獨(dú)立的配置方法，確保后背防護(hù)功能獨(dú)立運(yùn)行與主保護(hù)功能之外，完善發(fā)電廠配電變壓裝置的保護(hù)條件，提升智能綜合保護(hù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。綜合智能保護(hù)系統(tǒng)的后背防護(hù)功能主要分為遠(yuǎn)端后備防護(hù)功能與近端防護(hù)功能。當(dāng)綜合智能保護(hù)系統(tǒng)確定自身的主保護(hù)功能失效后，會(huì)根據(jù)配電變壓裝置的具體位置，啟動(dòng)相應(yīng)的遠(yuǎn)端后備防護(hù)功能或近端防護(hù)后備功能。兩種后備防護(hù)功能通過(guò)裝置的繼電器協(xié)調(diào)運(yùn)作實(shí)現(xiàn)確保各自運(yùn)行的獨(dú)立性。

3 系統(tǒng)關(guān)鍵性技術(shù)應(yīng)用

3.1 微機(jī)技術(shù)應(yīng)用

為充分體現(xiàn)微機(jī)保護(hù)技術(shù)的作用，綜合智能防護(hù)系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)差動(dòng)速斷保護(hù)與比率制動(dòng)保護(hù)功能，向發(fā)電廠的配電系統(tǒng)變壓裝置提供充足的保護(hù)。綜合智能保護(hù)系統(tǒng)在主保護(hù)系統(tǒng)中需要配置差動(dòng)繼電器，并在高壓側(cè)配置過(guò)負(fù)荷保護(hù)裝置與過(guò)電流保護(hù)裝置。為充分實(shí)現(xiàn)差動(dòng)速斷保護(hù)功能，綜合智能保護(hù)系統(tǒng)使用比率制動(dòng)策略，依據(jù)特定比率保護(hù)設(shè)備的動(dòng)作電流，當(dāng)系統(tǒng)外部的短路電流出現(xiàn)增大時(shí)，迅速啟用主保護(hù)裝置；在確保外部不發(fā)生短路的同時(shí)，迅速啟動(dòng)內(nèi)部短路保護(hù)裝置。比率制動(dòng)策略的比率是制動(dòng)電流與差動(dòng)電流的比值。通過(guò)計(jì)算不平衡電流的數(shù)值來(lái)判斷故障產(chǎn)生的位置，若由外部故障引發(fā)，則制動(dòng)作用較大；若有內(nèi)部故障引發(fā)，則制動(dòng)作用較小。一旦出現(xiàn)嚴(yán)重的內(nèi)部故障，將迅速增大短路電流，使得電流互感器TA處于嚴(yán)重飽和狀態(tài)，同時(shí)由于同一時(shí)間TA的基波電流為零,具備極強(qiáng)的諧波高次分量,不能僅僅依靠比率制動(dòng)策略實(shí)現(xiàn)差動(dòng)防護(hù)功能,此時(shí)需要使用差動(dòng)速斷策略,根據(jù)不平衡電流開展整定速斷作業(yè),整定值應(yīng)為復(fù)合電流的4～5倍，要不小于電磁保護(hù)數(shù)據(jù)[2]。當(dāng)配電主變壓器出現(xiàn)內(nèi)部故障時(shí),使用差動(dòng)防護(hù)策略為發(fā)電廠配電系統(tǒng)變壓設(shè)備提供保護(hù)；若出現(xiàn)外部故障，則不會(huì)產(chǎn)生保護(hù)動(dòng)作。結(jié)合實(shí)際的保護(hù)經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)將配電系統(tǒng)變壓裝置的二次諧波制動(dòng)值設(shè)置在0.01～0.02區(qū)間內(nèi)；若數(shù)值設(shè)置過(guò)大會(huì)使得綜合智能保護(hù)系統(tǒng)內(nèi)的各項(xiàng)保護(hù)裝置不能及時(shí)啟動(dòng)保護(hù)動(dòng)作。若數(shù)值設(shè)置過(guò)小，則會(huì)導(dǎo)致保護(hù)裝置出現(xiàn)錯(cuò)誤動(dòng)作。同時(shí)充分考慮鐵芯質(zhì)量與變壓器容量等因素對(duì)基波電流與勵(lì)磁涌流產(chǎn)生的相關(guān)影響應(yīng)將制動(dòng)值設(shè)置在0.15～0.20區(qū)間內(nèi)。與此同時(shí)，電流互感器TA有可能在配電系統(tǒng)變壓裝置運(yùn)行期間內(nèi)出現(xiàn)線路斷線的現(xiàn)象；若出現(xiàn)斷線現(xiàn)象后，TA為0會(huì)引發(fā)配電系統(tǒng)的保護(hù)裝置啟動(dòng)保護(hù)動(dòng)作。針對(duì)這一現(xiàn)象，應(yīng)依照零序電流與三相電流矢量的數(shù)值大小判定是否出現(xiàn)此種問(wèn)題。借助微機(jī)控制技術(shù)與參照值設(shè)定，能夠自動(dòng)診斷TA數(shù)值，并及時(shí)向外界發(fā)布報(bào)警信號(hào)，啟動(dòng)相應(yīng)的差動(dòng)保護(hù)裝置。針對(duì)容量超過(guò)10 000 kVA的配電系統(tǒng)變壓裝置，可以使用縱聯(lián)差動(dòng)策略替代電流速斷策略。

3.2 后備防護(hù)技術(shù)

后備防護(hù)技術(shù)主要為發(fā)電廠的配電系統(tǒng)變壓裝置提供零序保護(hù)，過(guò)負(fù)荷保護(hù)以及過(guò)電流保護(hù)等策略。過(guò)電流保護(hù)策略主要用于外部故障導(dǎo)致的繞組過(guò)電流的現(xiàn)象，借助安裝復(fù)合電壓的閉鎖裝置能夠依照付續(xù)過(guò)電壓與正常低電壓判定系統(tǒng)故障原因。復(fù)合性電壓閉鎖保護(hù)比低電壓?jiǎn)?dòng)具備更強(qiáng)的靈敏性，根據(jù)額定電壓的0.08～0.16倍開展整定作業(yè)。依照傳統(tǒng)保護(hù)模式，應(yīng)設(shè)置撫恤電壓以及低電壓繼電器，同時(shí)安裝過(guò)電壓繼電器用來(lái)確保復(fù)合性電壓閉鎖裝置能夠及時(shí)實(shí)現(xiàn)自身功能。過(guò)負(fù)荷保護(hù)策略需要借助一項(xiàng)電流I段發(fā)布預(yù)警信號(hào)，借助II段啟動(dòng)風(fēng)扇冷卻器，最終借助III段調(diào)壓有載閉鎖，并且以最大相電流為觸發(fā)性信號(hào)，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的后備保護(hù)功能。零序保護(hù)策略用于發(fā)電廠的配電系統(tǒng)變壓裝置超過(guò)110 kVA時(shí),包括了主變零序電流、間隙零序電流元件以及主變零序電壓等部分。結(jié)合配電電壓設(shè)備的不同接地方式，例如，經(jīng)間隙接地、不接地以及直接接地方式設(shè)置相應(yīng)的配電系統(tǒng)變壓保護(hù)方式。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，相比于傳統(tǒng)的保護(hù)系統(tǒng)，綜合智能保護(hù)系統(tǒng)在發(fā)電廠的配電系統(tǒng)變壓裝置方面的應(yīng)用可以充分結(jié)合變壓裝置的實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)情況，給出針對(duì)性的保護(hù)策略。借助微機(jī)控制技術(shù)與后備防護(hù)技術(shù)可以有效提升綜合智能保護(hù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，充分滿足發(fā)電廠配電變壓裝置的保護(hù)需求。