文摘：介紹了惠州變電站500千伏干式變壓器保護的特點、要求和配置。摘要：分析了各種進口干式變壓器保護裝置的運行性能，指出了主變壓器差動保護電流切換回路運行中存在的問題，并提出了改進措施。關鍵詞：干式變壓器保護；運營績效；改進措施

惠州變電站500千伏變壓器保護配置及運行分析

林志超

(中惠州516001 SVA惠州供電分公司)

介紹惠州變電站500千伏變壓器保護的特點、要求和配置。分析了變壓器各種進口保護裝置的性能。提出了變壓器差動保護電流切換電路運行中存在的問題，并提出了改進措施。關鍵字：轉換器保護；運營績效；改進措施

0引言500 kV惠州變電站是廣東東部電網的樞紐變電站，兩臺500 kV干線變壓器已投入運行，其中#1干式變壓器由西門子公司生產，#2干式變壓器由ABB公司生產。兩臺干式變壓器為三相先立自耦降壓干式變壓器，三側電壓分別為500 kV、220 kV和35 kV。干式變壓器的繼電保護裝置采用NEI-REYROLLE公司的產品，每個產品配有兩個保護屏。輔助保護和干式變壓器本體保護由產繼電器組成，主變壓器接口屏也由產繼電器組成。根據工廠調試和運行分析，兩套干式變壓器保護能夠滿足運行要求。由于保護裝置是進口產品，而NEI的產品在內很少使用，因此有必要對其進行介紹和分析，以提高繼電保護人員的設備調試和維護水平。

1500kV干式變壓器保護的特點、要求和配置500kV干式變壓器工作電壓高、容量大，在電網中起著重要作用；多臺變壓器故障或繼電保護誤動會造成主變壓器停電，造成巨大的經濟損失。而且主變壓器拆裝工作量大，維護時間長。這就要求干式變壓器內部故障切除時間盡可能短，以降低損耗。500千伏電力干式變壓器保護應比220千伏及以下干式變壓器保護具有更高的可靠性、靈敏度和快速性。惠州站主變保護按上述原則配置，采用以下保護組合。1.1主保護雙重配置為了提高保護的可靠性，500 kV干式變壓器的主保護應采用雙重配置。主保護為縱差保護，配有兩套縱差保護：DUOBIAS和DUOBIAS 4C21/MHJ。1)差動保護必須具有差動電流速斷功能，能檢測差動保護區的大故障電流。計算表明，干式變壓器每側短路時，電流互感器在較初20 ms內不會飽和，飽和前差動電流速斷部分可以可靠切除故障。2)為了提高差動保護的靈敏度，設置比率制動，其工作電流隨著外部穿越短路電流的增大而自動增大。內部故障時短路電流大，有制動作用，但制動系數選擇得當，能保證制動情況下的靈敏度。3)為防止干式變壓器勵磁涌流引起差動保護誤動，保護裝置應具有諧波制動功能。勵磁涌流包含的各種諧波中，二次諧波較大，二次諧波可以作為制動，可以獲得理想的制動效果。型主縱差保護為duobis-M，采用數字二次諧波制動原理進行縱差保護。保護范圍包括主干式變壓器、套管和開關站CT之間的一段引線的相間、接地和匝間故障，保護的瞬時動作跳過主變壓器的三側開關。安裝在主I保護屏上。主縱聯差動保護型為duobis-4c 21/MHJ，是一種基于機械二次諧波制動整流原理的縱聯差動保護，安裝在主保護屏上。保護范圍和功能與主縱聯差動保護相同。惠州變電站主變壓器也采用高阻差動保護，交流回路采用套管CT。保護范圍包括主干式變壓器高、中壓側內部線圈的相間和接地故障。保護靈敏度高，整定值可設定在額定電流的10%以內。低定值延時報警，高定值瞬時動作跳三側斷路器。組件模型是DAD3。安裝在主保護屏上。1.2相間后備保護現在500 kV電力干式變壓器一般為單相干式變壓器組，配置相間保護作為干式變壓器引線和相鄰母線相間故障的后備保護。惠州站500千伏主變壓器室后備保護采用距離保護，型號為THR4PE2。500 kV側安裝一套，220 kV側安裝一套，安裝在主I保護屏。由于干式變壓器高低壓側和中低壓側阻抗較大，高壓側和中壓側距離保護對低壓側相間故障不夠敏感，因此低壓側應安裝簡單的相間故障后備保護。惠州站采用35 kV側過流保護，繼電器型號為2DABT，安裝在主保護屏上。1.3接地后備保護接地保護用于干式變壓器內部、引線、母線和線路接地故障的后備保護。因為主變壓器變成了自耦變壓器，所以有一個電 #p#分頁標題#e#

發生單相接地故障時，零序電流可在高、中壓側之間流通。惠州站主變接地后備保護采用公共繞組零序過流保護，型號DAC，裝設于主Ⅱ保護屏。還有高壓側與中壓側由開關場電流互感器構成的零序電流濾過器構成的兩側零序方向電流保護，采用產許繼電氣公司生產的傳統電磁型電流與整流型方向繼電器，裝設于主變接口屏。接地后備保護在動作時限上與線路后備段配合。1.4過勵磁保護 500 kV干式變壓器鐵芯正常工作磁密較高，接近飽和磁密，磁化曲線較“硬”。在過勵磁時，鐵芯飽和，勵磁阻抗下降，勵磁電流增加很快，其中含有許多高次諧波，可引起鐵芯、金屬構件、絕緣材料過熱。若過勵磁倍數較高，持續時間過長，可能使干式變壓器損壞。500 kV干式變壓器應裝設過勵磁保護。惠州站采用GEC-ALSTON公司生產型號為GTT的繼電器，短時間報警，長時間動作跳三側斷路器，裝設于主Ⅰ保護屏。

2各種保護裝置分析2.1微機型差動保護DUOBIAS-M DUBIAS-M保護原理與通用干式變壓器差動保護原理一致，具有差動、比率差動、二次諧波制動和無制動電流速斷等保護功能。有以下特點：① 具有軟件式中間變流器，不須另外裝設中間變流器，能以軟件形式修正干式變壓器變比與接線組別；② 動作時間快，兩倍整定差流動作時間為26ms，五倍無制動速斷值動作時間為15 ms；③ 集干式變壓器主保護與其它輔助功能于一體，還可以接入主變本體保護出口；④ 實時顯示主變各側負荷電流、差流，記錄故障時數值；⑤ 完善的自檢功能。2.2整流型差流繼電器DUOBIAS 4C21與電流速斷MHJ繼電器 4C21繼電器是一傳統差動繼電器，同樣具有比率制動功能，其整定檢驗較簡單，僅在面板上有一Bias Slope（比率制動曲線）抽頭選擇，動作值根據曲線來制定，諧波制動也是確定曲線，不能調整。 由于4C21無差流電流速斷功能，所以設計在高壓側CT二次每相各串入一個MHJ電流繼電器，作為相電流速斷，但其效果與差電流速斷不能完全等同。由于4C21是傳統式繼電器，動作時間較慢，一般故障切除時間在50 ms以上，嚴重故障可大于40 ms；用硒堆整流，效率低，導致小電流下動作靈敏度也低；繼電器電磁線圈較多，CT負擔也重。2.3高阻抗差動繼電器DAD3 DAD3為集成電路型小電流繼電器，具有動作快速，輸入濾波器能有效濾除直流分量及消除諧波分量影響，CT二次斷線報警等特點。交流輸入為高壓側、中壓側及公共繞組套管電流，交流回路與主保護不同。2.4距離保護裝置THR THR的作用相當于干式變壓器方向過流，是晶體管型繼電器。THR型號4PE2含義：4——保護有4段阻抗值;P——相間故障選擇功能;E——接地故障選擇功能;2——分兩段出口。 作為干式變壓器后備保護，THR有兩種特性可供選擇，圓形特征和變形特征。選用圓形特征，變形比為1.0。四段阻抗保護通常只采用Ⅱ、Ⅲ段。但Ⅰ段定值應先先確定，由于Z2=Z1×H、Z3=Z1×K×N，定值單一般給出Ⅱ、Ⅲ段定值，同時要求Ⅲ段反向偏移10%。由Z3R=10%Z3、Z3R=1.2Z1（Z3R為Ⅲ段反向偏移阻抗），可得出Ⅰ段定值為Z1=Z3R/1.2= Z310%/1.2，Ⅳ段Z4=Z1R，定值相同、方向相反。 雖然Ⅰ、Ⅳ段定值得以確定，但運行時并不采用Ⅰ、Ⅳ段，特別是反向的Ⅳ段。對應裝置原理圖，在Out Modul插件中斷開L9，即PTT計時回路，則Ⅰ段不能出口。而Ⅳ段因計時器T10無類似連觸點，可將其延時置較大（9.99 s），同時由于Ⅳ段定值小于Ⅲ段反向偏移，且Ⅳ段時間定值大于Ⅲ段時間，則可避免Ⅳ段誤動。2.5過勵磁保護繼電器GTT GTT用來保護主干式變壓器在空載合閘瞬間所產生的沖擊振蕩。繼電器利用v/f原理構成，即利用電壓與頻率比值的高低來判別是否出現過勵磁，定值從1.0至1.25之間可調，以干式變壓器廠家提供的勵磁特性曲線為依據整定。輸出觸點有兩對，較好對延時0.5～1 s（內部可調整），作為報警輸出，第二對延時5～30 s可調，作跳閘輸出。 #p#分頁標題#e#

3保護裝置運行中的問題及改進3.1兩套THR保護裝置電流回路設計 原設計將進口保護放置在電流回路前端，產保護放較后。其本意是在運行中產保護有動作時，在主變接口屏將電流回路短接，不影響進口保護正常運行。但根據THR裝置原理要求，內部必需形成具有中性點（Nentral）的電流回路，用作零序電流啟動用，所以交流電流回路經THR裝置后實際無電流輸出。因此應將產保護放置在電流回路前端，進口保護放末尾。回路修改后如果產保護動作，只能將其對應電流回路采用跨接的方法，而不能采用短接方法，否則進口保護將無法正常工作。3.2跳閘繼電器TR212、TR213的使用 TR212為瞬動觸點繼電器，TR213為動作自保持繼電器，另有一電動復歸線圈。此類繼電器為提高動作速度及可靠的斷弧性能，在制造上有先到之處。動作線圈的線徑較粗，匝數相應減少，勵磁時電流較大，以增加線圈電動力，動作干脆可靠，且觸點間隙較大，可以有效斷弧。調試時須嚴格注意測試方法，只能以沖擊電壓來測試動作可靠性，（廠家規定為50%額定電壓），決不能以逐漸升壓方法來測其動作電壓值。因為當通電時間稍長就會引致線圈過熱，超過30 ms就能燒壞線圈。 TR213繼電器在構造上類似產電動復歸掉牌信號繼電器，但其動作速度、觸點容量則完全是按跳閘繼電器要求而設計，是專為永久性故障而設置的跳閘出口繼電器。3.3主變差動保護CT切換回路運行存在的問題 500 kV惠州站的220 kV電氣接線采用雙母線帶旁路形式。在220 kV旁路開關帶主變變中開關運行時，為避免出現差動保護范圍縮小，主變差動保護中壓側電流回路取旁路開關CT回路。如#1主變開入差動保護電流回路切換采用自動切換形式，隨變中開關出線側刀閘22014與旁路母線側刀閘22013自動切換，見圖1。#2主變保護與此類似。但當500 kV主變差動保護CT自動切換回路失去直流電源時，其啟動繼電器3YQJ（A）、（B）、4YQJ（A）、（B）失磁，觸點返回，迫使多個CT切換繼電器（雙位置繼電器，95C－1A、B、C、D）返回，見圖2。其后果將造成運行中干式變壓器差動保護的220 kV側電流被短接，使主變差動保護失去一側電流而誤動跳閘。按惠州站主變差動保護原設計，CT自動切換啟動回路電源并接于主變間隔刀閘位置指示器電源（9RD，10RD），而刀閘位置指示器電源涉及的回路較多，容易引起短路造成9RD、10RD熔斷，致使CT自動切換啟動回路失去電源。主變保護在運行時曾發生過#2主變縱差保護動作出口跳主變三側的事故，由于當時#2主變中壓側CT切換啟動控制正電源保險9RD燒斷，致使電流切換中間繼電器3YQJ（A）、3YQJ（B）失磁，繼電器返回，縱差保護中壓側電流消失，縱差保護動作出口跳主變三側。為此，必須將差動保護CT自動切換回路電源改造成先立保險供電，以滿足主變保護的可靠性要求。 改造后CT自動切換回路需滿足：保證其CT自動切換功能不變；當CT自動切換回路失去電源時，不會引起差動保護誤動；當CT自動切換回路失去電源時，應有告警信號。#p#分頁標題#e#

3.4CT自動切換回路改造的實施及新問題的處理 1) 將CT自動切換啟動回路3YQJ（A）、（B）、4YQJ（A）、（B）從刀閘位置指示器電源（9RD、10RD）中分離出來，先立接于控制電源小母線2KM上，使用專用的保險11RD、12RD，稱為主變差動保護CT切換電源，見圖3。

2) 將原接于較好套差動保護電源的“主Ⅰ差動保護CT切換回路”（95C-1A、95C-1B、95C-1C、95C-1D）改接到11RD、12RD上；即當3YQJ（A）、（B）、4YQJ（A）、（B）因11RD、12RD保險熔斷失電時，CT切換繼電器95C-1同時失電，由于 95C-1是雙位置繼電器，失電后自保持在原來狀態不切換，保證CT切換回路的正確性。 3) 在主變差動保護CT切換電源11RD、12RD失電后復電操作時，CT切換回路還是存在有瞬間誤切換的可能。因為11RD、12RD失去電源后，95C-1雖機械自保持，但3YQJ（A）、（B）、4YQJ（A）、（B）失磁，其觸點接通了95C-1的返回線圈。當裝入保險11RD、12RD時，95C-1將有可能比3YQJ（A）、（B）；4YQJ（A）、（B）動作快而瞬間返回，將差動保護中壓側電流回路瞬時短接，隨后3YQJ（A）、（B）、4YQJ（A）、（B）動作才將95C-1勵磁使回路恢復正常。由于CT切換回路在失電復電操作過程中出現繼電器YQJ與95C-1“觸點競賽”，有可能引起保護誤動作。因此在11RD、12RD熔斷后，裝入保險前，應先人工斷開CT回路切換直流空氣開關MCB26，保證95C-1不能動作，然后才給上11RD、12RD保險，使3YQJ（A）、（B）、4YQJ（A）、（B）恢復正常狀態，較后才給上MCB26開關。按此操作直流電源，才能確保差動保護安全運行。主變第二套差動保護電源的“主Ⅱ差動保護CT切換回路”（95C-2A、95C-2B、95C-2C、95C-2D）也改接到11RD、12RD上，其問題處理與主變較好套差動保護相同。 4）在“主變差動保護CT切換電源”回路上，裝設一個中間繼電器，用于監視“主變差動保護CT切換電源”，在電源消失時發告警信號。

4結語 本文對惠州變電站500 kV干式變壓器繼電保護的配置、裝置的原理及運行作了介紹與分析。主變保護既有產設備又有進口設備。NEI公司主變保護所用繼電器形式多樣，從電磁型、整流型、晶體管型、集成電路型到微機型都有，性能也較復雜。只有深入了解保護裝置性能，熟悉保護原理，才能做好設備調試、維護工作。

參考文獻

［1］王維儉（WANG Weijian）.電力系統繼電保護基本原理（Basic Principle of Protective Relaying in Electric Power Systems）［Ｍ］.北京：清華大學出版社（Beijing：Tsinghua University Press）.［2］賀家李,宋從矩(HE Jiali，SONG Congju).電力系統繼電保護原理(第三版)（Principle of Protective Relaying in Electric Power Systems,Third Edition）［Ｍ］.北京：中電力出版社（Beijing:China Electric Power #p#分頁標題#e#

  來源：電力技術網