梁景棠

(惠州供電局，廣東 惠州 516001)

1 引言

作為電力系統(tǒng)中大量使用的關(guān)鍵設(shè)備，電力變壓器運(yùn)行的可靠性是整個(gè)電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的重要保證。如果變壓器發(fā)生故障時(shí)，保護(hù)裝置拒動(dòng)或者不能在要求時(shí)間內(nèi)快速動(dòng)作，可能造成變壓器不同程度的損壞，甚至燒毀。針對(duì)變壓器出現(xiàn)的大部分故障類型，目前都有較完善的保護(hù)措施。但在一些特殊運(yùn)行方式中，由于保護(hù)原理的局限性，導(dǎo)致互感器和斷路器之間的故障不能得到及時(shí)消除，給變壓器的正常運(yùn)行帶來較大的危害。因此針對(duì)電網(wǎng)中某些運(yùn)行方式下出現(xiàn)保護(hù)盲區(qū)的情況進(jìn)行分析，得出系統(tǒng)電壓無法滿足保護(hù)動(dòng)作的要求是出現(xiàn)保護(hù)盲區(qū)的關(guān)鍵原因。為此思考利用低壓開關(guān)位置作為輔助判據(jù)的方法，在適當(dāng)改變外部接線的情況下，用以消除故障盲區(qū)。

2 變壓器電氣量保護(hù)的配置情況

根據(jù)《繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程(DL400－91)要求，變壓器除裝設(shè)必須的氣體和差動(dòng)保護(hù)外，對(duì)由外部相間短路引起的變壓器過電流應(yīng)按規(guī)定裝設(shè)復(fù)合序電壓閉鎖的過流保護(hù)作為后備保護(hù)，并與差動(dòng)保護(hù)范圍有一個(gè)重疊區(qū)，保護(hù)動(dòng)作后，帶時(shí)限動(dòng)作于跳閘。變壓器電氣量保護(hù)配置如圖1所示。

圖1 變壓器電氣量保護(hù)配置圖

由于主變阻抗較大，在主變低壓側(cè)故障時(shí)，高壓側(cè)電壓往往變化較少，不能有效開放電壓閉鎖功能。為保證故障時(shí)的動(dòng)作靈敏度，在實(shí)際應(yīng)用中采用高、低壓側(cè)復(fù)合序電壓并聯(lián)開放的方法，來保證低壓側(cè)故障時(shí)能可靠動(dòng)作，即同時(shí)采用高、低壓側(cè)的電壓，任何一側(cè)復(fù)合序電壓動(dòng)作都能開放閉鎖回路。其高壓側(cè)保護(hù)原理如圖2所示。

低壓側(cè)保護(hù)原理如圖3所示。

圖2 變壓器高壓側(cè)后備保護(hù)邏輯圖

圖3 變壓器低壓側(cè)后備保護(hù)邏輯圖

差動(dòng)保護(hù)的保護(hù)范圍是差動(dòng)二次電流回路互感器之間的所有設(shè)備，當(dāng)其內(nèi)部發(fā)生故障時(shí)瞬時(shí)跳開主變高、低壓側(cè)斷路器。高、低壓側(cè)后備保護(hù)為差動(dòng)保護(hù)的后備和母線故障的保護(hù)，為保證選擇性，動(dòng)作后延時(shí)跳開相應(yīng)的斷路器。當(dāng)主變投產(chǎn)或檢修復(fù)役時(shí)，為快速切除主變故障，按照運(yùn)行操作的規(guī)定，必須投上主變差動(dòng)保護(hù)和高、低壓側(cè)后備保護(hù)壓板，將其投入運(yùn)行。

3 主變保護(hù)盲區(qū)故障的產(chǎn)生

3.1 變壓器操作過程中出現(xiàn)的

變壓器檢修復(fù)役的操作過程是在低壓側(cè)斷路器斷開的基礎(chǔ)上，合上高壓側(cè)斷路器沖擊主變，當(dāng)主變沖擊正常后合上低壓側(cè)斷路器送出負(fù)荷。如果沖擊主變時(shí)，低壓側(cè)斷路器和電流互感器之間發(fā)生短路故障(如地刀沒有拉開，檢修工具遺漏等)，差動(dòng)保護(hù)將無法動(dòng)作，而高壓側(cè)后備保護(hù)所取的高壓側(cè)母線電壓由于主變阻抗較大無法動(dòng)作開放，低壓側(cè)母線由于電壓正常也不能通過并聯(lián)啟動(dòng)回路開放高壓側(cè)過流保護(hù)，將導(dǎo)致其不能快速的切除故障，引起主變燒毀損壞。此處即為主變保護(hù)的盲區(qū)，如圖4所示。

3.2 變壓器運(yùn)行過程中出現(xiàn)的盲區(qū)故障

在變壓器運(yùn)行過程中，如低壓側(cè)斷路器和電流互感器之間發(fā)生故障，變壓器低壓側(cè)保護(hù)將在低壓側(cè)母線電壓降低和電流增大的情況下以較短時(shí)延動(dòng)作跳開主變低壓側(cè)斷路器，使得低壓側(cè)母線電壓恢復(fù)正常。但此時(shí)故障點(diǎn)并沒有隔離，短路電流由高壓側(cè)母線通過主變繼續(xù)輸送到故障點(diǎn)，雖然高壓側(cè)故障電流較大，但高壓側(cè)電壓由于主變阻抗較大而無法可靠動(dòng)作開放，同樣導(dǎo)致其不能快速的切除故障，造成保護(hù)盲區(qū)。

圖4 變壓器低壓側(cè)開關(guān)和電流互感器之間故障示意圖

4 消除主變盲區(qū)故障的繼電保護(hù)方法

從主變保護(hù)的構(gòu)成和盲區(qū)產(chǎn)生的原因可以知道，主變阻抗較大導(dǎo)致高壓側(cè)復(fù)合序電壓無法可靠動(dòng)作是導(dǎo)致其產(chǎn)生的主要原因，因此需要針對(duì)這種故障發(fā)生時(shí)的特點(diǎn)進(jìn)行邏輯補(bǔ)充和完善。從兩種盲區(qū)產(chǎn)生時(shí)低壓側(cè)斷路器均在斷開位置的情況，可以考慮利用這個(gè)特點(diǎn)來開放復(fù)合序電壓的閉鎖功能。

4.1 高壓側(cè)后備保護(hù)動(dòng)作邏輯改進(jìn)方法

在兩圈變壓器主變高壓后備保護(hù)中，增加一與門電路，其動(dòng)作邏輯為:當(dāng)?shù)蛪簜?cè)斷路器斷開，并且高壓側(cè)電流大于規(guī)定值時(shí)，按規(guī)定時(shí)間跳高壓側(cè)斷路器，其邏輯輯電路如圖5所示。

圖5 兩圈變壓器高壓側(cè)后備保護(hù)增加邏輯

在三圈變壓器主變高壓后備保護(hù)中，設(shè)置一與或門電路，其動(dòng)作邏輯為:當(dāng)?shù)蛪簜?cè)斷路器或中壓側(cè)斷路器斷開，并且高壓側(cè)電流大于規(guī)定值時(shí)，按規(guī)定時(shí)間跳高、中、低壓三側(cè)斷路器。其中壓側(cè)故障示意如圖6所示，邏輯電路如圖7所示。

圖6 三圈變壓器中壓側(cè)斷路和電流互感器之間故障示意圖

圖7

4.2 中低壓側(cè)后備保護(hù)動(dòng)作邏輯改進(jìn)方法

在兩圈變壓器主變低壓后備保護(hù)中，設(shè)置一與門電路，其動(dòng)作邏輯為:當(dāng)?shù)蛪簜?cè)斷路器斷開，并且低壓側(cè)電流大于規(guī)定值時(shí)，按規(guī)定時(shí)間跳高壓側(cè)斷路器。邏輯電路如圖8所示。

圖8

在三圈變壓器主變中(低)壓后備保護(hù)中，設(shè)置有一與門電路，其動(dòng)作邏輯為:當(dāng)中(低)壓側(cè)斷路器斷開，并且中(低)壓側(cè)電流大于規(guī)定值時(shí)，按規(guī)定時(shí)間跳高、中(低)壓側(cè)斷路器。邏輯電路如圖9所示。

圖9 三圈變壓器中、低壓側(cè)后備保護(hù)增加邏輯

上述兩種方法利用中、低壓側(cè)斷路器位置和相應(yīng)側(cè)電流的大小能夠有效的判別中、低壓斷路器和電流互感器之間的故障，避免發(fā)生因此處短路故障而導(dǎo)致主變損壞的情況。

5 保護(hù)裝置外部接線的配合改動(dòng)和應(yīng)用

對(duì)于實(shí)際裝置而言，為了達(dá)到上述目的，還需要進(jìn)行必要的開入量配置定義和增加相應(yīng)的外部接線?，F(xiàn)以南瑞繼保公司的110kV變壓器高后備保護(hù)RCS－9681和低后備保護(hù)RCS－9682為例，進(jìn)行解釋和說明。

5.1 配合高壓側(cè)后備保護(hù)動(dòng)作邏輯的接線圖

此方法對(duì)主變保護(hù)和操作回路的相關(guān)硬件不需做任何改動(dòng)，增加的部分是將低壓側(cè)斷路器的一副備用跳閘位置觸點(diǎn)引入高壓側(cè)后備保護(hù)的一組備用斷路器量輸入回路中，并在高壓側(cè)后備保護(hù)中定義此端子的輸入量為低壓側(cè)斷路器位置，以供增加的邏輯使用。在更改完主變高壓側(cè)后備保護(hù)邏輯和相應(yīng)的接線后，首先檢查高壓側(cè)后備保護(hù)內(nèi)的低壓側(cè)斷路器位置開入量是否正確;其次在兩側(cè)電壓均正常，高壓側(cè)電流量大于整定值的情況測(cè)試回路和邏輯的正確性。

圖10 低壓側(cè)斷路器位置輸入高壓側(cè)保護(hù)觸點(diǎn)聯(lián)系圖

5.2 配合低壓側(cè)后備保護(hù)動(dòng)作邏輯的接線圖

由于內(nèi)部邏輯已經(jīng)更改完畢，低壓后備保護(hù)的電流量輸入和斷路器位置輸入回路已經(jīng)具備，所以在此僅需將低壓盲區(qū)保護(hù)動(dòng)作觸點(diǎn)通過外部接線引到跳高壓側(cè)斷路器的回路中。由于盲區(qū)保護(hù)不同于一般的低壓后備保護(hù)，所以如果故障點(diǎn)不在盲區(qū)，即動(dòng)作邏輯是由復(fù)合電壓回路開放，則此回路不會(huì)導(dǎo)通，因此在試驗(yàn)中應(yīng)將兩者區(qū)分清楚，以免出現(xiàn)誤跳的情況。

圖11 低壓側(cè)后備保護(hù)出口跳高壓側(cè)開關(guān)觸點(diǎn)

5.3 實(shí)際應(yīng)用中需要考慮的問題和應(yīng)對(duì)措施

在實(shí)際應(yīng)用中，由于運(yùn)行方式的不同，會(huì)引起保護(hù)裝置的誤判斷，為此需要實(shí)施針對(duì)性的措施。在兩圈變中，當(dāng)?shù)蛪簜?cè)開關(guān)斷路器處冷備用或檢修，而高壓側(cè)斷路器和主變運(yùn)行時(shí)，為防止低壓側(cè)斷路器位置變化引起高壓側(cè)保護(hù)頻繁啟動(dòng)，應(yīng)設(shè)置一塊低壓側(cè)斷路器位置輸入壓板(如圖10所示)，在此時(shí)應(yīng)斷開以避免干擾。當(dāng)?shù)蛪簜?cè)開關(guān)熱備用和運(yùn)行后則要及時(shí)放上此壓板。在三圈變中，除了有兩圈變同樣的問題外，還需要考慮高、中(低)壓側(cè)斷路器運(yùn)行而低(中)壓側(cè)斷路器熱備用的情況下，可能會(huì)發(fā)生中(低)壓側(cè)線路短路引起高壓側(cè)保護(hù)過流啟動(dòng)，在低(中)壓側(cè)斷路器斷開位置下動(dòng)作跳開高、中(低)壓側(cè)斷路器的情況，因此需要注意動(dòng)作時(shí)限的配合。對(duì)三圈變建議采用改變中(低)壓側(cè)保護(hù)邏輯和接線的方法，以避免出現(xiàn)這種情況。

6 結(jié)語

多年來，主變的運(yùn)行安全一直受到高度的重視，許多專家和專業(yè)人員對(duì)主變內(nèi)部故障機(jī)理進(jìn)行了多方面、多層次的研究。但主變的外部故障同樣會(huì)帶來較大的損害，因此需要考慮在各種運(yùn)行條件下故障的可能性和保護(hù)的動(dòng)作情況，發(fā)現(xiàn)可能存在的問題，并及時(shí)的處理和解決。

［1］ 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)典型故障分析/國(guó)家電力調(diào)度中心［M］.北京:中國(guó)電力出版社，2001.

［2］ 王世閣，鐘洪壁.電力變壓器故障分析與技術(shù)改進(jìn)［M］.北京:中國(guó)電力出版社，2004.