徐安菊

（重慶博瑞變壓器有限公司，重慶 408100）

試論特高壓交流工程變壓器保護(hù)問題

徐安菊

（重慶博瑞變壓器有限公司，重慶 408100）

本文主要針對(duì)特高壓交流工程變壓器保護(hù)相關(guān)問題進(jìn)行探討，在介紹主變壓器保護(hù)接線基礎(chǔ)上，重點(diǎn)探討了主變保護(hù)配置及特點(diǎn)相關(guān)問題，并提出相關(guān)策略，希望對(duì)于今后特高壓交流工程變壓器保護(hù)發(fā)展具有一定幫助。

特高壓交流工程；主變壓器保護(hù)接線；主變保護(hù)配置；關(guān)鍵技術(shù)

關(guān)于整定和配置1000kV主變壓器保護(hù)方面，相應(yīng)的整定規(guī)程和標(biāo)準(zhǔn)還不十分完備。本文主要針對(duì)特高壓交流工程變壓器保護(hù)問題進(jìn)行探討，主要就其中的工程主變保護(hù)配置方案進(jìn)行重點(diǎn)分析，以及相關(guān)的整定中應(yīng)注意的問題。

1 主變壓器保護(hù)接線簡(jiǎn)介

調(diào)壓補(bǔ)償變壓器和主體變壓器是構(gòu)成1000kV變壓器的兩大部分，其中的主體部分則是由3柱并聯(lián)結(jié)構(gòu)，其電壓為1050kV，容量為3000MVA，是不帶調(diào)壓的自耦變壓器。套管出線硬銅母線把主體變通和調(diào)壓補(bǔ)償變相互連接，其中，補(bǔ)償變和調(diào)壓變則為調(diào)壓補(bǔ)償變形式，一個(gè)油箱共用，低壓電壓補(bǔ)償在調(diào)壓變中，如圖1所示，并聯(lián)相應(yīng)的自耦變的低壓線圈和勵(lì)磁線圈，串聯(lián)自耦變壓器的低壓線圈和補(bǔ)償線圈，同時(shí)，還并聯(lián)調(diào)壓線圈和補(bǔ)償變的勵(lì)磁線圈。1000kV側(cè)、500kV側(cè)、110kV側(cè)開關(guān)電流互感器則在圖中分別表示為TA1、TA2、TA3，公共繞組側(cè)套管和110kV側(cè)繞組套管電流互感器則分別為TA4、TA5，補(bǔ)償變與公共繞組相連側(cè)套管電流互感器則為TA6，而110kV繞組和調(diào)壓變相連的側(cè)套管電流互感器則為TA7。為了保證在暫態(tài)狀態(tài)下的可靠的差動(dòng)保護(hù)性能以及有效的瞬時(shí)動(dòng)作，這里TPY型TA在主體變差動(dòng)保護(hù)中采用，P級(jí)TA則在調(diào)壓變及補(bǔ)償變差動(dòng)保護(hù)中采用。為了防止出現(xiàn)有直流分量的外部穿越性故障電流、或者暫態(tài)電流、勵(lì)磁涌流、穩(wěn)態(tài)電流等，一定要保持互感器的暫態(tài)特性的一致性，這樣能夠?qū)τ谡`動(dòng)作進(jìn)行保護(hù)［1，2]。

圖1 主變壓器保護(hù)接線圖

2 主變保護(hù)配置及特點(diǎn)

補(bǔ)償變保護(hù)、調(diào)壓變、主體變保護(hù)則構(gòu)成了1000kV變壓器保護(hù)。對(duì)于主體保護(hù)來說，利用同一套保護(hù)裝置實(shí)現(xiàn)后備保護(hù)和主保護(hù)，主后一體方式，并采用SGT756、RCS-978HB的雙重化配置。其中，電流差動(dòng)保護(hù)在電流主保護(hù)中采用，涉及到Y(jié)側(cè)分側(cè)差動(dòng)保護(hù)和主體大差保護(hù)方面，后備保護(hù)簡(jiǎn)化配置在哥側(cè)都有，正方向則為本側(cè)母線。相間阻抗保護(hù)、過勵(lì)磁保護(hù)、過流保護(hù)、零序過流保護(hù)則在高中壓側(cè)后備保護(hù)中進(jìn)行配置，過流保護(hù)則在低壓側(cè)后備保護(hù)中進(jìn)行配置，利用自產(chǎn)零序電流，零序過流保護(hù)在公共繞組中進(jìn)行配置。差動(dòng)保護(hù)僅配在電流量保護(hù)中，雙重化配置則是包括補(bǔ)償變、調(diào)壓變等的調(diào)壓補(bǔ)償變保護(hù)所構(gòu)成，在其中，差速斷保護(hù)、后備保護(hù)并不配置。對(duì)于電流的保護(hù)裝置接入來說，都是按照正極性進(jìn)行接入處理，內(nèi)部軟件來實(shí)現(xiàn)反極性接入的電流情況。這里主要就主體變主保護(hù)、過勵(lì)磁保護(hù)、諧波問題、差動(dòng)保護(hù)靈敏度問題進(jìn)行重點(diǎn)分析。

2.1 主體變主保護(hù)

在主體變壓器中，為了更好對(duì)于相對(duì)地短路、主體變壓器繞組匝間短路、相對(duì)地短路、引出線的相間短路等故障進(jìn)行保護(hù)，主保護(hù)則為裝設(shè)的差動(dòng)保護(hù)，接入上述的TA1、TA2和TA3，由各側(cè)開關(guān)TA電流所構(gòu)成。其中，波形分析制動(dòng)原理和諧波制動(dòng)則是兩套主保護(hù)，分側(cè)比率差動(dòng)、比率差動(dòng)、工頻變化量差動(dòng)、差動(dòng)速斷保護(hù)則構(gòu)成了差動(dòng)保護(hù)。

在分析變壓器差動(dòng)保護(hù)過程中，變壓器勵(lì)磁涌流的解決則是一個(gè)主要技術(shù)問題，也就是說，在空投變壓器內(nèi)部故障中，特別是相關(guān)的匝間故障，存在離散度大、差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作速度慢的問題；另外，勵(lì)磁涌流和區(qū)外故障切除后產(chǎn)生的恢復(fù)性涌流則是在變壓器各種空投情況下會(huì)產(chǎn)生，這還包括相關(guān)的涌流等狀態(tài)下差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)問題。所以，在實(shí)際情況中，針對(duì)主變充電波形在系統(tǒng)調(diào)試期間的情況，結(jié)合1000kV變壓器主體變勵(lì)磁涌流的特點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)。

其中，可以得到，諧波分量在主體變勵(lì)磁涌流中較為豐富，其中的直流分量最大能夠達(dá)到2357A，這樣的情況下，暫態(tài)性能則需要在主變差動(dòng)保護(hù)中具備，繼電器的瞬時(shí)、可靠動(dòng)作則會(huì)在暫態(tài)狀態(tài)下而實(shí)現(xiàn)。分析三相涌流可以發(fā)現(xiàn)，I3/I1可能出現(xiàn)三相均小于10%，I2/I1均大于20%的情況，其中，三相涌流的間斷角則會(huì)存在一定的兩相小于60°的情況。所以，在穩(wěn)態(tài)比率差動(dòng)保護(hù)過程中，勵(lì)磁涌流閉鎖判據(jù)在此兩套主保護(hù)裝置中，都是采用了二次諧波與基波在三相差動(dòng)電流中的比值。在RCS-978HB中的勵(lì)磁涌流閉鎖判據(jù)則是三次諧波與基波的比值。經(jīng)過一定的分析，可以得到，I2/I1均大于0.15，則是在I3/I1大于0.2情況下；勵(lì)磁涌流閉鎖判據(jù)在SGT756中還利用波形進(jìn)行相應(yīng)的比較，進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試過程中，在分析進(jìn)行的十余次的主變充電過程中，在充電后，每相波形比較閉鎖判據(jù)在8～13ms內(nèi)都能夠啟動(dòng)可靠。對(duì)于三相中存在一項(xiàng)為閉鎖條件，上述的閉鎖邏輯為或邏輯，就進(jìn)行分相閉鎖差動(dòng)保護(hù)，也就說只能閉鎖該相比率差動(dòng)保護(hù)元件。

為了能夠保證變壓器出現(xiàn)擾動(dòng)性負(fù)荷、區(qū)外故障電流互感器飽和，或者存在不一致的差動(dòng)各側(cè)CT特性問題所引起相關(guān)的差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)情況，浮動(dòng)制動(dòng)門檻在穩(wěn)態(tài)比率差動(dòng)中采用；負(fù)荷電流對(duì)于故障分量比率差動(dòng)以及工頻變化量并沒有影響，具有較高的靈敏度和較強(qiáng)的抗CT飽和能力。

2.2 過勵(lì)磁保護(hù)

在進(jìn)行充分考慮特高變壓器的可靠性、造價(jià)以及體積因素方面，單相自耦變壓器具有較大的優(yōu)勢(shì)而應(yīng)用廣泛。從電壓等級(jí)方面考慮，較難實(shí)現(xiàn)1000kV自耦變壓器的中壓線端調(diào)壓方式，中性點(diǎn)無勵(lì)磁調(diào)壓方式在特高壓自耦變壓器中則能夠表現(xiàn)出較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，為了使得變壓器的可靠性進(jìn)一步提高，通過進(jìn)行調(diào)壓補(bǔ)償變壓器的獨(dú)立設(shè)置也能夠?qū)崿F(xiàn)。但是，變磁通調(diào)壓則是在進(jìn)行中性點(diǎn)調(diào)壓過程中的一個(gè)問題。其中，在進(jìn)行分接調(diào)壓補(bǔ)償變壓器的最大負(fù)繞組、最大正繞組過程中，其中的主體變的住磁通則為1.68T、1.52T。在變壓器過勵(lì)磁能力設(shè)計(jì)指導(dǎo)下，進(jìn)行過激磁保護(hù)則表現(xiàn)出一定的反時(shí)限特性，為了使得變壓器過激磁特性能夠具有一定的近似性匹配，這里進(jìn)行11點(diǎn)樣值的整定。所以，在不采用其他相應(yīng)的自適應(yīng)措施的條件下，應(yīng)該保證主體變最大主磁通和過勵(lì)磁保護(hù)的反時(shí)限曲線的匹配性，這樣能夠給系統(tǒng)運(yùn)行提供較大的裕度，也是目前常用的整定方法。

2.3 諧波問題

根據(jù)實(shí)際情況，對(duì)于超過500公里的1000kV線路來說，存在影響明顯的分布電容，對(duì)于1000kV系統(tǒng)提供短路電流的故障來說，較大的諧波含量，以及較為嚴(yán)重的波形畸變則是變壓器高壓側(cè)電流的特點(diǎn)。對(duì)于1000kV側(cè)區(qū)內(nèi)故障電流來說，其數(shù)值比較小，存在加大的諧波分量，在嚴(yán)重的鼓掌下，則會(huì)產(chǎn)生較大的電壓突變，則會(huì)造成更加明顯的諧波。對(duì)于較為嚴(yán)重的故障來說，差動(dòng)保護(hù)能夠滿足一定的高值差動(dòng)條件，同時(shí)，能夠進(jìn)行保護(hù)快速出口，不受TA飽和判據(jù)的閉鎖作用，具有較小的諧波分量，這里，基于時(shí)差法的TA飽和識(shí)別判據(jù)被采用，能夠滿足低值差動(dòng)條件；TA飽和判據(jù)閉鎖并沒有在工頻變化量差動(dòng)保護(hù)中設(shè)置，也能起到快速出口的保護(hù)作用。

為了有效防止正常運(yùn)行情況下的非故障相電流諧波所引起的差動(dòng)保護(hù)被勵(lì)磁涌流判據(jù)閉鎖的問題，在保護(hù)裝置自適應(yīng)中，可以采用分相閉鎖以及切換循環(huán)閉鎖兩種方式。另外，在空投變壓器過程中，還有助于變壓器能有效躲過勵(lì)磁涌流。

2.4 差動(dòng)保護(hù)靈敏度問題

短路阻抗在1000kV變壓器比較大，分析特高壓變壓器的短路阻抗比如下，中低壓側(cè)（40%），高低壓側(cè)（62%），高中壓側(cè)（18%），短路電流在1000kV系統(tǒng)中比較小，故障出現(xiàn)在變壓器高壓側(cè)時(shí)，則存在不大的高壓側(cè)電流，短路電流在變壓器低壓側(cè)故障的狀態(tài)下則變得更小。這樣，對(duì)于1000kV系統(tǒng)短路電流小的問題，以及所造成的靈敏度問題都可以通過工頻變化量差動(dòng)保護(hù)得以解決。

3 結(jié)束語

在日趨復(fù)雜的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)影響下，過大的工頻以及短路電流都在影響著電網(wǎng)主設(shè)備，這就需要合理配置主、后備保護(hù)，并進(jìn)行正確的整定。對(duì)于由調(diào)壓補(bǔ)償變壓器和主體變壓器所組成的特高壓主變壓器來說，為了保證調(diào)壓補(bǔ)償變小故障下的靈敏度，則應(yīng)該對(duì)于調(diào)壓補(bǔ)償變保護(hù)進(jìn)行獨(dú)立設(shè)置，并充分考慮其中的二次回路接線、諧波等問題。

［1]肖燕彩，文繼鋒，袁源等.超高壓直流系統(tǒng)中的換流變壓器保護(hù)［J]電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2006，30（9）.

［2]周建軍，樊慶玲，樊高瑞.內(nèi)橋接線變壓器保護(hù)電流回路接線方式的探討［J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2011，39（2）.