鄭映畿

(福建省南平市順昌謨武水電有限責(zé)任公司，福建 南平 353200)

變壓器屬于水電廠電力系統(tǒng)重要組成部分，而繼電保護(hù)系統(tǒng)是確保發(fā)電機(jī)、變壓器以及水電廠電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的主要系統(tǒng)。因此，需要對水電廠變壓器繼電保護(hù)系統(tǒng)加以有效的升級改造，當(dāng)電力系統(tǒng)中出現(xiàn)運(yùn)行故障能夠及時(shí)作出保護(hù)反應(yīng)，避免嚴(yán)重故障的發(fā)生。

文章以洋口水電廠2號主變保護(hù)升級改造項(xiàng)目為案例進(jìn)行分析，圍繞水電廠變壓器局部放電監(jiān)測的技術(shù)原理，有效運(yùn)行監(jiān)測變壓器早期故障的相關(guān)條件參數(shù)特點(diǎn)，通過分析案例有效排除變壓器在線監(jiān)測及診斷繼電保護(hù)配置、做好保護(hù)改造的措施進(jìn)行簡述。

1 項(xiàng)目案例

該工程為洋口水電廠2號主變保護(hù)升級改造項(xiàng)目，工作內(nèi)容主要包括拆除原有主變保護(hù)柜，安裝新柜體，將原南自的DGT801C系列更換為的PST671U數(shù)字式變壓器保護(hù)裝置。包括柜體吊裝就位，底座焊接、接地母排及屏頂小母線的安裝；新系統(tǒng)布線：主變保護(hù)柜的接線，過柜母線的連接以及對外電纜的連接等；保護(hù)系統(tǒng)調(diào)試及傳動(dòng)試驗(yàn)。在實(shí)際的改造過程中需要做好與繼電保護(hù)相關(guān)的各項(xiàng)安全措施。洋口水電廠機(jī)組以發(fā)電機(jī)-變壓器組擴(kuò)大單元接線方式接入升壓站110kV配電裝置，該配電裝置采用變壓器-線路單元接線。電氣主接線圖見圖1。

圖1 電氣主接線圖

2 水電廠提升變壓器監(jiān)測故障的保護(hù)原理

分析新型變壓器鑒于保護(hù)原理的基礎(chǔ)上，有效考慮相關(guān)變壓器的勵(lì)磁狀態(tài)，分析影響變壓器故障的油箱內(nèi)、外故障原因，主要是油箱內(nèi)故障因各側(cè)的相間短路，導(dǎo)致相關(guān)的“大電流系統(tǒng)測”出現(xiàn)單向接地短路現(xiàn)象，易會(huì)造成相同部分導(dǎo)致繞組間出現(xiàn)不同狀況的匝間短路現(xiàn)象[1]。而油箱外故障主要是繞組現(xiàn)象引發(fā)端絕緣套管形成短線上引出的故障問題。另外還有短路(兩相短路及三相短路)故障也會(huì)造成大電流側(cè)、低壓側(cè)等接地故障。因此說，有效保障變壓器的保護(hù)措施，是為了安全控制變壓器，避免發(fā)生短路現(xiàn)象，如出現(xiàn)故障應(yīng)及早盡快切除變壓器，或及時(shí)排查不正常運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)預(yù)警并給予相應(yīng)的檢修維護(hù)處理措施。有效避免電力系統(tǒng)出現(xiàn)異常供電而導(dǎo)致相關(guān)設(shè)備損壞，提升水電廠電力運(yùn)行安全性、穩(wěn)定性。

3 PST671U型配置主變壓器的保護(hù)要點(diǎn)

現(xiàn)代化生產(chǎn)中的變壓器保護(hù)設(shè)計(jì)，常用的變壓器保護(hù)包括短路保護(hù)、瓦斯保護(hù)、速斷保護(hù)。因?yàn)樽儔浩黝愋?、容量、運(yùn)行功率不同，過電流、過負(fù)荷等保護(hù)技術(shù)也逐漸應(yīng)用到發(fā)電機(jī)變壓器保護(hù)中。所以，對于保護(hù)技術(shù)的應(yīng)用需要有關(guān)人員按照變壓器具體情況，選擇最佳保護(hù)方式[2]。

PST671U數(shù)字式變壓器保護(hù)特點(diǎn)主要表現(xiàn)在工藝優(yōu)良、硬件完善、原理簡單、判據(jù)可靠等方面。該變壓器保護(hù)裝置使用專業(yè)設(shè)備，硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和安裝工藝優(yōu)良，不會(huì)出現(xiàn)因?yàn)橛布O(shè)備受損而導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)。保護(hù)裝置中設(shè)置有高性能數(shù)字信號處理器和其他處理器，現(xiàn)場應(yīng)用雙CPU板實(shí)施繼電保護(hù)裝置，實(shí)現(xiàn)了雙套電氣量保護(hù)功能，同時(shí)確保采用標(biāo)準(zhǔn)機(jī)箱，配置雙CPU系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)出口方式。通過實(shí)現(xiàn)雙CPU板邏輯判斷處理相關(guān)的雙AD采樣，才能有效保障兩個(gè)CPU系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)相互校驗(yàn)，避免防止硬件異常出現(xiàn)誤動(dòng)故障現(xiàn)象，繼電保護(hù)做好回路設(shè)置出口互鎖，才能全面保護(hù)出口跳閘與雙CPU實(shí)現(xiàn)同步操作時(shí)的動(dòng)作，保證了保護(hù)的高可靠性。保護(hù)裝置人機(jī)交互效果良好，采用可靠性觸摸屏的方式實(shí)施調(diào)試操作，通過觀察各側(cè)顯示的電流、電壓以及相位的可視化界面，同時(shí)觀察相關(guān)的壓板狀態(tài)以及運(yùn)行差流情況的相關(guān)量，全面保障完善記錄相關(guān)事件，以及記錄引發(fā)故障錄波的功能內(nèi)容。通過觀察所有電流電壓量產(chǎn)生的故障波形，有效控制差動(dòng)、諧波等差動(dòng)保護(hù)差流相關(guān)量的顯示情況，隨時(shí)觀測相關(guān)量的電流、電壓的向量圖等。另外，保護(hù)系統(tǒng)軟件配置也是通過模塊化模式，可以按照水電廠變壓器實(shí)際需求,科學(xué)設(shè)計(jì)配置有效保護(hù)組態(tài)。軟件中還添加了防錯(cuò)、糾錯(cuò)設(shè)計(jì)，對多種保護(hù)加以整合。

4 變壓器的繼電保護(hù)配置

變壓器保護(hù)裝置以差動(dòng)保護(hù)單元，后備保護(hù)單元分體配置，分為變壓器差動(dòng)單元(PST671UA)和變壓器后備單元(PST671UB)。非電量保護(hù)由PCX操作箱及輔助裝置實(shí)現(xiàn)。差動(dòng)保護(hù)單元主要有縱差差動(dòng)速斷和縱差差動(dòng)保護(hù)。后備保護(hù)主要有：復(fù)合電壓閉鎖過流方向保護(hù)；零序過電流保護(hù)；間隙過負(fù)荷以及過壓、過流保護(hù)等。其中的非電量保護(hù)配置類型有：重瓦斯/輕瓦斯/溫度保護(hù)/壓力釋放保護(hù)。關(guān)鍵體現(xiàn)重要保護(hù)的配置內(nèi)容有：

分析差動(dòng)保護(hù)裝置，有效總結(jié)兩繞組串聯(lián)相關(guān)的變壓器外部短路系統(tǒng)，在實(shí)施工程過程中，通過取電流互感器CT1、CT3，構(gòu)成相關(guān)磁平衡的縱差保護(hù)裝置，設(shè)置變壓器各側(cè)外附 的CT 呈現(xiàn)不同功能的縱差保護(hù)啟動(dòng)值。從而觀察故障時(shí)，串、并聯(lián)變壓器在分析電機(jī)特征以及機(jī)電保護(hù)元件相關(guān)的響應(yīng)情況。確保變壓器在正常運(yùn)行外部故障檢測以及切除后的暫態(tài)狀態(tài)過程，有效控制變壓器流入/流出電流相差值的區(qū)間。從而實(shí)現(xiàn)變壓器的縱差保護(hù)控制空載合閘時(shí)，達(dá)到控制勵(lì)磁涌流對變壓器產(chǎn)生差動(dòng)保護(hù)的保障措施，避免引起勵(lì)磁工況下誤動(dòng)行為。促進(jìn)變壓器在穩(wěn)態(tài)比例的差動(dòng)保護(hù)狀態(tài)下，主要采用經(jīng)傅氏變換保護(hù)原理，強(qiáng)化變壓器電流出現(xiàn)的差流計(jì)算達(dá)到區(qū)分差流，有效保障變壓器內(nèi)部、外部故障得到控制及時(shí)檢測與維修狀態(tài)，全面提升了穩(wěn)定相關(guān)變壓器出現(xiàn)的穩(wěn)態(tài)比率，以及差動(dòng)保護(hù)控制(CT 斷線/勵(lì)磁涌流、CT 飽和)多種判別時(shí)的閉鎖后出口運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng) CT 斷線閉鎖差動(dòng)控制字投入時(shí)，CT 斷線后，但當(dāng)差動(dòng)電流> 1.2 Ie 時(shí)解除 CT 斷線對縱差保護(hù)的閉鎖。通過分析保護(hù)設(shè)備及保護(hù)范圍的故障動(dòng)作，確保變壓器正確操作縱差保護(hù)狀態(tài)下，實(shí)現(xiàn)整體控制整定值，以及相關(guān)控制TA二次回路的不良比率，保障機(jī)電保護(hù)的可靠性，達(dá)到裝置運(yùn)行的高質(zhì)量生產(chǎn)運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)還對元件的整定值，有效保障合理化的整定值溫和二次回路設(shè)置的正確值系數(shù)。

分析CSC-326G復(fù)合電壓閉鎖，通過整合變壓器差動(dòng)保護(hù)構(gòu)建模型，實(shí)現(xiàn)仿真處理變壓器后備保護(hù)故障的方向，細(xì)化分析主變后備保護(hù)各模塊之間，所產(chǎn)生的檢測故障相關(guān)的元件后備保護(hù)裝置，從而實(shí)現(xiàn)過流保護(hù)促進(jìn)變壓器減少外部、內(nèi)部相間短路的后備保護(hù)措施，采用復(fù)合電壓閉鎖的控制方式，有效防止誤動(dòng)現(xiàn)象發(fā)生，根據(jù)保護(hù)裝置設(shè)置重要元件，達(dá)到保護(hù)電流的控制動(dòng)作模塊，避免變壓器易導(dǎo)致各側(cè)之間出現(xiàn)斷電路現(xiàn)象。保障電流達(dá)到取自本側(cè) CT狀態(tài)，保障復(fù)合電壓控制相關(guān)的相間低電壓與負(fù)序電壓設(shè)置保護(hù)?？爝\(yùn)行正常。方向元件的電流電壓回路采用 90 度接線，電流 CT 極性端在母線側(cè)，方向指向變壓器，最大靈敏角-45°。其動(dòng)作判據(jù)為：Ia-Ubc，Ib-Uca，Ic-Uab 三個(gè)夾角(電流落后電壓時(shí)為正)，其中任一夾角滿足-135°<φ<45°，且與之對應(yīng)的相電流大于過流定值。

控制放電間隙設(shè)置方式，采取中性點(diǎn)運(yùn)行不接地方式，控制變壓器中性點(diǎn)設(shè)置相關(guān)的放電電路，達(dá)到配置電氣保護(hù)控制間隙過流、過壓后備保護(hù)行為，如電流大于整定值時(shí)，設(shè)置間隙被擊穿控制的后備保護(hù)參數(shù)，避免出現(xiàn)延時(shí)跳閘等現(xiàn)象發(fā)生。未被擊穿狀態(tài)下，設(shè)置間隙保護(hù)控制零序電壓大于整定值狀態(tài)時(shí)，采用保護(hù)延時(shí)的跳閘設(shè)置行為，有效保障監(jiān)測間隙的電流以及觸發(fā)信號，實(shí)現(xiàn)平臺(tái)故障保護(hù)的運(yùn)行動(dòng)作。

主保護(hù)需要控制油箱內(nèi)部故障，保持釋放壓力的重瓦斯保護(hù)行為，全面保障變壓器內(nèi)部減少各種故障之間的少數(shù)繞組現(xiàn)象發(fā)生，如在發(fā)現(xiàn)故障匝間出現(xiàn)短路狀態(tài)時(shí)，控制故障電流有效保障差動(dòng)保護(hù)的安全性、準(zhǔn)確性，及時(shí)分辨瞬間切除故障或釋放油箱內(nèi)部的壓力，全面保障重瓦斯保護(hù)動(dòng)作控制跳閘的切除動(dòng)作，達(dá)到差動(dòng)保護(hù)裝置的安全穩(wěn)定操作方式，確保變壓器避免出現(xiàn)空載合閘的勵(lì)磁涌流現(xiàn)象。

5 變壓器改造繼電保護(hù)干預(yù)的施工措施

在變壓器繼電保護(hù)技改中為確保相關(guān)措施實(shí)施的有效性、科學(xué)性，需要在改造項(xiàng)目正式開展前做好設(shè)計(jì)，明確技術(shù)要求[3]。在洋口水電廠2號主變保護(hù)升級改造項(xiàng)目中，首先對施工條件進(jìn)行分析，編寫改造施工方案，合理安排施工進(jìn)度。之后為確保改造項(xiàng)目的有效進(jìn)行，制定相關(guān)安全措施和技術(shù)措施。安全措施主要包括現(xiàn)場臨時(shí)電源管理措施、各類工器具使用管理規(guī)定、特殊作業(yè)安全措施、防止落物傷人措施、防止觸電或感應(yīng)電措施、著裝要求以及“兩票”和操作要求，確保改造施工的有效開展。

技術(shù)措施主要是此次2號主變保護(hù)改造安排在3號發(fā)電機(jī)小修期間進(jìn)行，工期為5d，其中主變保護(hù)柜的拆箱及安裝，包括柜體吊裝就位，底座焊接、接地母排及屏頂小母線的拆除回裝1d；主變保護(hù)柜的接線，包括過柜母線的連接以及對外電纜的連接等2d；保護(hù)系統(tǒng)調(diào)試及傳動(dòng)試驗(yàn)2d。因2號主變保護(hù)屏頂有小母線，故需開關(guān)站停電一天進(jìn)行拆除，為保障全站停電后廠用電負(fù)荷由1號發(fā)電機(jī)組帶，在全站停電前,廠壩變保護(hù)屏直流電源需要設(shè)置臨時(shí)220V直流電源,電源由繼保室直流饋線屏備用空開引入。移開屏頂小母線時(shí)，三相電壓要做好記錄，避免回裝時(shí)相序錯(cuò)誤。中控屏頂小母線布置，見圖2。

圖2 中控屏頂小母線布置

2號主變保護(hù)升級改造時(shí)的運(yùn)行方式設(shè)計(jì)：1號主變和1號機(jī)帶Ⅰ、Ⅱ段廠用電、壩用電正常運(yùn)行，2號機(jī)冷備用，3號機(jī)處于檢修狀態(tài)。斷開2號主變高壓側(cè)18B斷路器，18B1刀閘，68B1刀閘，在主變高低壓設(shè)置短路接地線，合上18B6接地刀閘。1號廠、壩變運(yùn)行、2號廠、壩變轉(zhuǎn)冷備用，綜合樓由400V壩區(qū)母線供電，柴油機(jī)處于隨時(shí)可自啟動(dòng)熱備用狀態(tài)。高壓室6.3KV I段母線運(yùn)行，6.3KV II段母線檢修、6.3KV II段母線PT檢修。在停電操作和恢復(fù)操作時(shí)落實(shí)倒閘操作安排并完成相關(guān)安全措施。柴油機(jī)供電要求：在該項(xiàng)目中柴油機(jī)為2號主變保護(hù)改造時(shí)備用電源。柴油機(jī)最大負(fù)荷<540A，直接啟動(dòng)電機(jī)啟動(dòng)容量≤50kW，避免柴油機(jī)、線路及開關(guān)出現(xiàn)過載情況。柴油機(jī)供電期間，現(xiàn)場需有人不間斷進(jìn)行監(jiān)視，并記錄柴油機(jī)運(yùn)行參數(shù)。在正式開展檢修工作前各檢修負(fù)責(zé)人按照檢修方案前往現(xiàn)場向工作人員開展技術(shù)交底和安全交底，做好作業(yè)危險(xiǎn)點(diǎn)預(yù)控，交底簽字，最后申報(bào)檢修資料，并做好材料準(zhǔn)備。對接入保護(hù)柜的電流互感器電流回路須在來源端進(jìn)行短接，防止開路。對接入保護(hù)柜的電壓互感器電壓回路做好絕緣包扎，防止短路。

柜子所有的對外電纜白頭均要保護(hù)好，用絕緣膠布包扎并做好記錄。另外，項(xiàng)目按照工程特點(diǎn)，在安裝施工中，堅(jiān)持按建設(shè)部頒發(fā)的關(guān)于《電氣裝置安裝工程施工及驗(yàn)收規(guī)范匯編》中相應(yīng)條款要求進(jìn)行施工，開展全面質(zhì)量管理。質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)為一次驗(yàn)收合格率≥95%；一次完成優(yōu)良率≥90%；竣工驗(yàn)收合格為100%；優(yōu)良率≥95%。

6 結(jié) 語

水電廠變壓器保護(hù)系統(tǒng)是變壓器安全生產(chǎn)的可靠保證，保護(hù)裝置能否安全運(yùn)行將直接影響電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行和國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。隨著微機(jī)繼電保護(hù)的不斷升級換代，舊水電廠的變壓器保護(hù)系統(tǒng)也就面臨著改造更新，因此根據(jù)保護(hù)特點(diǎn)選擇先進(jìn)、可靠的產(chǎn)品，合理地進(jìn)行保護(hù)配置非常重要。洋口水電廠2號主變保護(hù)升級改造項(xiàng)目在改造過程中結(jié)合實(shí)際情況設(shè)計(jì)了升級改造方案，明確技術(shù)要求，以科學(xué)、合理的安全措施和技術(shù)措施保證施工的進(jìn)度和質(zhì)量，對提升企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益發(fā)揮積極作用，對其它類似水電站變壓器保護(hù)改造具有一定的借鑒作用。