35 kV變電站復壓過流保護的應用

郭經州

(永安煤業有限責任公司， 福建 大田 366102)

0 引言

廣平礦區高壓供電系統由東區35 kV變電站和西區35 kV變電站組成，東區35 kV變電站承擔蘇橋煤礦和元沙煤礦的供電任務，西區35 kV變電站承擔池坪蘆坑煤礦和水井坑煤礦的供電任務。近兩年來，廣平東區35 kV變電站曾有幾次因一些非故障但主變電流瞬間升高，導致保護誤動作，造成主變跳閘，影響礦井的正常安全生產。當時蘇橋煤礦、元沙煤礦的地面變電站進線開關柜正常供電，沒有發生跳閘。初步判斷，是兩個礦井迭加的瞬間電流超過礦區主變保護整定的定值，發生越級跳閘到礦區變電站的主變壓器，擴大了停電范圍。因此，需要增設復壓過流保護，提高供電可靠性。

1 復壓過流保護工作原理

電力系統出現故障時，常伴隨的現象是電流的增大和電壓的降低，過流保護就是通過系統故障時電流的急劇增大來實現的。由于大型設備的啟動也會造成電流的瞬間增大，也有可能造成保護的誤動作。為了防止其誤動作，在保護中增加低電壓元件，將PT電壓引入保護裝置中，構成電壓閉鎖電流的保護，只有在電流的增大和電壓的降低這兩個條件同時滿足時才出口跳閘。在將過流保護用于變壓器的后備保護時，再增加一個負序電壓元件，作為一個閉鎖條件，這樣就構成了復合電壓閉鎖過流保護裝置。復合電壓閉鎖的過流保護原理如圖1所示。

2 復合電壓過電流保護的技術改造

2.1 原因分析

在建礦初期，廣平東區35 kV變電站主變壓器的容量是4 000 kVA，大型設備基本上未投入使用，負荷比較小，只有變壓器設計容量的20%—35%左右，因此，變壓器的后備保護使用簡單的過電流保護，完全能夠滿足保護的要求。隨著礦井的投產，大型設備等相繼投入使用，負荷逐步增大。由于大型設備的啟動，造成電流瞬間增大，當電流超過主變保護整定值時，就會造成主變保護動作，造成主變開關跳閘。因此，變壓器的后備保護再使用簡單的過電流保護，就出現了保護系統的誤動作，必須進行保護改造。

圖1 復合電壓閉鎖的過電流保護原理

2.2 改造方法

經查閱原有變電站的設計資料與相關書籍，變壓器的后備保護在礦井生產布局調整后，再使用簡單的過電流保護，就會出現非故障但電流瞬間升高電壓變化不大時保護誤動作的問題。由于大型設備的起動會造成電流的瞬間增大，當各方迭加的電流超過主變保護電流時，就會造成主變保護動作，造成主變開關誤跳閘。因此，在過電流保護的基礎上，加裝負序電壓與低電壓元件，并與過流保護的線路結合起來，組成一個完整的復合電壓閉鎖的過電流保護作為主變的后備保護，就可以解決主變誤動作的問題。

本保護反應相間短路故障，作為變壓器等保護的后備保護，包括以下元件：

1) 低電壓元件，取自本側的電壓互感器PT或變壓器各側的電壓互感器PT。動作判斷依據，動作值小于低電壓元件整定值。

2) 負序電壓元件，電壓取自本側或變壓器各側。動作判斷依據，動作值大于負序電壓元件整定值。

3) 過渡元件，取自本側的電流互感器CT，任一相電流大于過流定值。

復合電壓閉鎖元件由相間低電壓元件和負序過電壓元件按“或”邏輯構成。采用負序過電壓元件在對稱短路時有很高的靈敏度，在Y,d11聯接組的變壓器各側發生不對稱短路時，負序電壓的幅值發生變化，繼電器可靠動作。但負序過電壓元件不能保護三相短路，所以另外采用相間低電壓元件用于保護三相短路。

2.3 改造過程

2019年6月，確定將主變后備保護由原先簡單的過電流保護升級為復合電壓閉鎖的過電流保護。在廣平東區35 kV變電站和廣平西區35 kV變電站，均在主變保護屏加裝了負序電壓和低電壓裝置的接線，與原先的過電流保護裝置結合，組成復合電壓閉鎖的過電流保護。對新的保護重新設置定值，并進行整組調試和試驗，確保保護投入動作靈敏可靠。

1) 過流元件KA電流取自本側的電流互感器CT，當任一相測量電流滿足測量電流大于動作電流整定值時，過流元件動作。

2) 復合電壓判別由負序電壓和低電壓兩部分組成，取自本側。負序電壓元件對于不對稱故障有很高的靈敏度，在Y，d11聯接組的變壓器各側發生不對稱短路時，繼電器可靠動作。低電壓反映系統對稱性故障，當滿足低電壓低于設定值或負序電壓高于設定值兩個條件中的任一條件時，復合電壓動作。

3) 測試時，同時加入單相故障電流和故障電壓(低電壓或負序電壓)，測試保護裝置可靠動作。

3 技術改造后的效果

廣元礦區35 kV變電站保護系統進行完善以后，未再發生非故障越級跳閘的現象，供電系統運行平穩，有效提高了礦區供電的安全可靠性。