渠天清

(太鋼能源動(dòng)力總廠，山西 太原 030003)

0 引言

繼電保護(hù)的作用是在一次系統(tǒng)及設(shè)備發(fā)生故障時(shí)快速跳閘，切除故障，其作用至關(guān)重要。太鋼九降壓站是太鋼兩座220 kV變電站之一，擔(dān)負(fù)著太鋼電網(wǎng)一半的負(fù)荷。變壓器又是變電站最核心的一次設(shè)備，九降壓220 kV、120 MVA主變壓器的保護(hù)及二次系統(tǒng)存在著保護(hù)裝置老化、二次回路混接等諸多問題，直接影響了太鋼電網(wǎng)的安全，為此，提出了220 kV大型變壓器保護(hù)及二次系統(tǒng)的升級改造技術(shù)方案。

1 220 kV大型變壓器保護(hù)及二次系統(tǒng)存在的問題

原九降壓主變壓器保護(hù)采用老式南瑞LFP微機(jī)保護(hù)裝置，分離元件多，使用年限超期，插件損壞更換率達(dá)30%，且廠家已無備件；同時(shí)運(yùn)行時(shí)間太久，一、二次設(shè)備及線路改動(dòng)很多，并且自投運(yùn)以來一直存在直流混接、交流電流和電壓回路缺陷；跳合閘控制回路插件板參數(shù)的匹配不當(dāng)，易造成線包燒損；雙保護(hù)柜壓板多，存在壓板誤投風(fēng)險(xiǎn)；主變電量保護(hù)與非電量保護(hù)跳閘出口共用，無法實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)失靈的保護(hù)功能。

2 技術(shù)改進(jìn)及實(shí)施過程

2.1 220 kV主變保護(hù)的選型配置

220 kV主變保護(hù)系統(tǒng)由于電壓等級高，系統(tǒng)安全穩(wěn)定性要求高，保護(hù)必須為雙重化配置，即九降壓220 kV、120 MVA的大型主變壓器保護(hù)必須配置兩面完整獨(dú)立的保護(hù)屏，即設(shè)計(jì)主變保護(hù)A柜、B柜雙重化保護(hù)配置。選擇南瑞PCS系列微機(jī)保護(hù)，其A、B保護(hù)柜的保護(hù)裝置具體選型配置如下。

2.1.1 A保護(hù)柜配置

A保護(hù)柜包含南瑞PCS-978T2-G主變一體化微機(jī)保護(hù)、南瑞PCS-974A主變非電量微機(jī)保護(hù)、南瑞CZX-12G操作箱裝置。

(1) 南瑞PCS-978T2-G主變一體化微機(jī)保護(hù)是變壓器主后備一體化微機(jī)保護(hù),包含主變差動(dòng)、差動(dòng)速斷主保護(hù),以及高中壓側(cè)電流電壓、方向、零序間隙等后備保護(hù),是完整的變壓器電量保護(hù)。

(2) 南瑞PCS-974A主變非電量微機(jī)保護(hù)包含本體瓦斯、有載瓦斯、壓力釋放等變壓器非電量保護(hù)。

(3) 南瑞CZX-12G操作箱裝置有兩組分相跳閘回路、一組分相合閘回路，是變壓器220 kV側(cè)2901開關(guān)的跳合閘操作箱，保護(hù)裝置和其他有關(guān)設(shè)備可通過操作繼電器裝置對斷路器進(jìn)行分合操作。

2.1.2 B保護(hù)柜配置

B保護(hù)柜包含南瑞PCS-978T2-G主變一體化微機(jī)保護(hù)、 南瑞CJX-11操作箱裝置、南瑞PCS-9882以太網(wǎng)交換機(jī)。

(1) 南瑞PCS-978T2-G主變一體化微機(jī)保護(hù)配置與A屏相同。

(2) 南瑞CJX-11操作箱裝置由兩塊操作回路插件和兩塊電壓切換插件組成，為不分相操作，是變壓器110 kV側(cè)1901開關(guān)的跳合閘操作箱，保護(hù)裝置和其他有關(guān)設(shè)備可通過操作繼電器裝置對斷路器進(jìn)行分合操作。

(3) 南瑞PCS-9882以太網(wǎng)交換機(jī)適用于變電站綜合自動(dòng)化，最大可支持4個(gè)千兆光口、24個(gè)百兆電口，性能高，傳輸快。

2.2 交直流二次回路改進(jìn)

2.2.1 交流電流回路

(1) 原220 kV側(cè)CT二次電流由2901匯控柜來，二次電流回路A411、A421分別由A保護(hù)柜串接至B保護(hù)柜，A411用于A柜、B柜的保護(hù)，A421用于A柜、B柜的測量， A柜、B柜使用同一電流采樣，即二次電流回路沒有獨(dú)立，沒有實(shí)現(xiàn)雙重化，如圖1所示。通過設(shè)計(jì)改進(jìn)電流采樣回路，將A411、A421兩組電流回路分別去A保護(hù)柜、B保護(hù)柜，即A411電流回路接至A保護(hù)柜，A421電流回路接至B保護(hù)柜，變壓器A、B保護(hù)柜電流采樣獨(dú)立，實(shí)現(xiàn)電流回路雙重化，如圖2所示。

圖1 原220 kV側(cè)CT二次電流回路

圖2 改進(jìn)后的220 kV側(cè)CT二次電流回路

(2) 原110 kV側(cè)CT二次電流由110 kV 1911電流接線箱來，1911接線箱共有4組電流回路，即一組測控、一組母差、一組保護(hù)A471，還有一組A461保護(hù)繞組封口，因此只有一組A471保護(hù)繞組串接A、B保護(hù)柜，A柜、B柜使用同一電流采樣，即二次電流回路沒有獨(dú)立，沒有實(shí)現(xiàn)雙重化，如圖3所示。通過設(shè)計(jì)改進(jìn)110 kV側(cè)CT二次電流采樣回路，將A461、A471分別對應(yīng)于A柜、B柜，即將 A461電流回路接至A保護(hù)柜，A471電流回路接至B保護(hù)柜，變壓器A、B保護(hù)柜電流采樣獨(dú)立，實(shí)現(xiàn)電流回路雙重化，如圖4所示。

圖3 原110 kV側(cè)CT二次電流回路

圖4 改進(jìn)后110 kV側(cè)CT二次電流回路

2.2.2 交流電壓回路

110 kV系統(tǒng)PT二次電壓回路由主控室的公共測控屏引至2#主變，然后由2#主變柜頂?shù)碾妷盒∧概欧謩e引接至3#主變、1#主變、110 kV母差，而主變復(fù)合電壓電流保護(hù)、方向電流保護(hù)、110 kV母差保護(hù)均經(jīng)電壓閉鎖，因此，一旦2#主變電壓回路斷開，則會(huì)造成1#主變、3#主變、110 kV母差保護(hù)均因電壓回路問題而無法正常運(yùn)行的嚴(yán)重缺陷。

通過實(shí)施改進(jìn)，從控制室公共測控屏分別敷設(shè)引接電纜至3#主變保護(hù)屏、1#主變保護(hù)屏、110 kV母差保護(hù)屏，實(shí)施后相量測試正確，實(shí)現(xiàn)了九降壓110 kV各單元的電壓回路各自獨(dú)立，接線清晰，110 kV系統(tǒng)PT二次電壓回路發(fā)生異常時(shí)互不影響，事故范圍不會(huì)擴(kuò)大，消除了曾多次發(fā)生的因110 kV系統(tǒng)PT二次電壓回路跳接并倒而造成的短路及斷線隱患。

2.2.3 直流電源回路

A保護(hù)柜的CZX-12G操作箱裝置是220 kV側(cè)2901開關(guān)的跳合閘操作箱，其兩套操作直流電源由A柜的總直流電源通過兩個(gè)空開4K1、 4K2分別引入，其雙套操作電源均引自A保護(hù)柜的直流電源，僅僅通過兩個(gè)直流空開區(qū)分，并非真正的雙直流操作電源，如圖5所示。通過改進(jìn)實(shí)施，引接B柜直流電源，將A柜4K2-1、4K2-3從原處斷開，接入由B柜引接來的+KM、-KM,雙套操作電源分別引至A保護(hù)柜、B保護(hù)柜的直流電源，實(shí)現(xiàn)直流操作電源的雙重化，如圖6所示。

圖5 原兩套直流跳合閘電源的兩個(gè)空開均引至A柜

圖6 改進(jìn)后兩套直流跳合閘電源的兩個(gè)空開分別引至A柜、B柜

2.3 跳合閘控制回路插件板的參數(shù)匹配

在合跳開關(guān)的傳動(dòng)試驗(yàn)之前，必須先進(jìn)行跳合閘回路電流電阻的計(jì)算和選擇，否則會(huì)造成開關(guān)誤動(dòng)、拒動(dòng)，燒損線包等事故發(fā)生。CJX-11、CZX-12G可靈活實(shí)現(xiàn)操作回路中跳合閘電流的匹配，跳合閘保持電流的整定采用了跳線方式，任何跳線不連時(shí)，保持電流為0.5 A；所有連線均連上時(shí)保持電流為4 A。裝置設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)考慮了2倍的動(dòng)作裕度，在現(xiàn)場進(jìn)行電流整定時(shí)，只要按開關(guān)的實(shí)際跳合閘電流整定即可。

跳合閘保持電流的整定公式為：

Ib=0.5+∑I.

其中：Ib為保持電流整定值；I為各分流電阻上的電流值。

圖7為跳合閘回路保持電流接線圖。主變220 kV開關(guān)2901的跳閘電流為4 A, 即Ib=0.5+∑I=4 A，∑I=3.5 A,按跳閘電流計(jì)算，將電阻R22、R23、R24短接。主變110 kV開關(guān)1901的合閘電流為2 A,即Ib=0.5+∑I=2 A，∑I=1.5 A, 按合閘電流計(jì)算，將電阻R22、R23短接。

圖7 跳合閘回路保持電流接線圖

2.4 雙保護(hù)屏保護(hù)壓板功能區(qū)分

九降壓主變兩面保護(hù)屏共有保護(hù)壓板81塊，存在保護(hù)壓板錯(cuò)投誤操風(fēng)險(xiǎn)。實(shí)施設(shè)計(jì)改進(jìn)，將保護(hù)壓板進(jìn)行功能區(qū)分，不同功能采用不同的顏色，即啟動(dòng)壓板QLP 和輸入壓板RLP采用黃色，出口壓板CLP采用紅色，其他及備用壓板采用淺駝色，降低了保護(hù)壓板的操作風(fēng)險(xiǎn)，提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。

2.5 改進(jìn)跳閘出口實(shí)現(xiàn)220 kV開關(guān)失靈保護(hù)的啟動(dòng)功能

原九降壓主變保護(hù)的電量保護(hù)出口與非電量保護(hù)出口在一起，由于非電量如瓦斯保護(hù)存在動(dòng)作后其接點(diǎn)動(dòng)作返回時(shí)間不穩(wěn)定的情況，電力行業(yè)規(guī)范中規(guī)定非電量保護(hù)不允許接失靈啟動(dòng)，通過實(shí)施改進(jìn)，將主變壓器電量保護(hù)與非電量保護(hù)跳閘出口分開，實(shí)現(xiàn)了變壓器電量保護(hù)動(dòng)作時(shí)啟動(dòng)220 kV開關(guān)失靈保護(hù)的功能，提高了九降壓及整個(gè)太鋼220 kV系統(tǒng)的穩(wěn)定性，增強(qiáng)了太鋼電力系統(tǒng)抗惡性事故的能力。

3 實(shí)施效果

(1) 該項(xiàng)目改進(jìn)實(shí)施后，九降壓220 kV主變保護(hù)系統(tǒng)性能優(yōu)良，差動(dòng)速斷保護(hù)動(dòng)作迅速(<15 ms),跳閘出口接點(diǎn)容量由5 A升級為8 A,保護(hù)裝置及二次回路正確率達(dá)到100%；完成了保護(hù)裝置及二次回路雙重化，實(shí)現(xiàn)了完整意義的主變雙主雙后備的雙重化保護(hù)功能； 220 kV、110 kV斷路器跳合閘回路參數(shù)匹配，跳合正常；增加了保護(hù)壓板功能區(qū)分，降低了誤投風(fēng)險(xiǎn)；改進(jìn)了跳閘出口，增加了完善失靈啟動(dòng)功能。

(2) 送電后向量測試正常，差流正常，消除了主變保護(hù)裝置損壞率高，二次回路錯(cuò)接、混接問題頻發(fā)等重大隱患, 避免了九降壓大型主變保護(hù)誤動(dòng)拒動(dòng)造成太鋼電網(wǎng)一半負(fù)荷失電、變壓器變形等惡性事故的發(fā)生,運(yùn)行穩(wěn)定，效果良好,為國內(nèi)外鋼鐵行業(yè)、電力行業(yè)老式220 kV大型主變壓器保護(hù)系統(tǒng)的改造升級提供了極有價(jià)值的借鑒。