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摘 要变压器作为电力系统最主要的供电设备,如果发生故障将对供电可靠性和系统的正常运行带来严重影响,因此,装设性能良好、安全可靠的保护装置非常必要。
关键词变压器;主变保护;电流互感器
中图分类号TM文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)102-0026-01
近年来全国发生多起220kV降压变低压侧故障均由于后备保护等存在问题引起的。一些典型事故再次提醒我们,变压器保护确实存在一些问题影响系统的安全稳定运行。下面对若干问题进行分析。
1相间故障的后备保护存在问题及解决方法
近年来,变压器由于中、低压侧,特别是低压侧母线故障时断路器未能断弧或拒动,而高压侧保护对此又没有足够的灵敏度,遂导致变压器损坏的事故在国内屡见不鲜。例如,某220kV变电站就因主变10kV母线侧刀闸发生短路故障时,10kV开关未能断弧而造成主变烧毁。其原因就是主变220kV侧的相间后备保护—复合电压闭锁过流保护的复合电压未选用10kV侧,而220kV、110kV侧的电压闭锁元件对10kV侧短路的灵敏度不够,造成高、中压侧后备保护没能动作,10kV侧短路故障无法排除,而使事故进一步扩大。由此可见,除加强变压器的主保护外,还应对相间后备保护存在的问题进行分析,并采取措施加以改善。
1.1电压闭锁元件灵敏度不足
当过电流保护不符合灵敏度要求时,常采用复合电压闭锁过电流保护方式,而在低压侧母线或出口三相故障时,高、中压侧电压很高,不足以启动低电压元件。解决高、中压侧电压元件灵敏度不足的方法一般采用三侧电压闭锁并联的方式,低压侧可只采用本侧电压。这种方式要注意电流灵敏度提高后,在低压侧故障切除时可能会因自启动电流过大而造成误动。
1.2电流元件的灵敏度不足
1)一些110kV双绕组主变的低压侧未装设过流保护,要靠高压侧过流保护作为低压侧母线、线路故障的后备保护,而电源侧线路保护对主变低压侧故障又无足够的灵敏度。这样,当高压侧后备保护拒动或断路器拒动时,低压侧的故障就没有第二重保护。所以,110kV双绕组主变的低压侧也应装设过流保护作为本侧母线和相邻线路保护的后备。为防止低压侧断路器拒动,过流保护应做成两个时间段,第一时限跳低压侧(或母联),第二时限跳各侧,以弥补高压侧后备保护电流灵敏度不足的问题。
2)对于220kV大容量主变而言,由于低压侧加装了限流电抗器,使低压母线的短路电流大幅度下降,遂造成高压侧过流保护的电流元件对低压母线的短路故障灵敏度不足。如果两台变压器中压侧并联运行,则灵敏度就更差。所以,运行方式的合理安排、保护的合理配置对系统安全稳定运行,防止大面积停电均有非常重要的意义。
合理安排变电站主变的运行方式。目前,110kV配电网以远后备设计为主,110kV及以下电网尽可能以辐射状网络方式运行,强调简化电网运行接线,防止电磁环网可能带来的系统事故,况且电网结构简单、清晰,继电保护的配置与整定也简单。因此,2台主变的中、低压侧分开运行是有条件的,且可减小低压侧的短路容量。中、低压侧分列运行后,提高了高压侧过流保护的电流元件对低压母线短路故障的灵敏度,为提高供电的可靠性,可在母联上装设备用自投装置。
加强变压器低压侧的后备保护。因低压母线一般不设母差保护,故母线故障要靠变压器的后备保护来切除。对于低压母线上所带的电容器、线路等设备故障,主变低压侧开关应是切除故障的后备开关,低压侧保护则是这些设备的后备保护。由于高、中压侧后备保护对低压侧故障的灵敏度不高,所以要加强主变低压侧后备保护:在原有配置的基础上再增加一套后备保护作为低压母线保护或其后备,其定值与出线I段或II段相配合,对母线有1.5的灵敏度。整定时限宜短原因:一是减少变压器出口短路电流对变压器和其它设备的损害;二是防止断路器柜中直流被烧断而不能切除故障。可设两时限,第一时限t1跳本侧(或母分),第二时限t2跳三侧。在变压器的低压侧配置两套完全独立的过流保护作为低压侧母线的主保护及后备保护,在这种情况下,要求这两套过流保护接于不同的电流互感器,经不同的直流熔断器(自动空气开关)供电,并分别作用于该低压侧断路器和变压器各侧断路器。
2主变保护的直流配置
当10kV母线故障发生在10kV断路器柜内时,弧光窜入直流系统造成整个直流操作电源消失,引起变压器损坏的事故在全国已发生多起,前述的某变电站即是一例。为保证2套双重化保护的完全独立,以防弧光窜入直流系统引起全站直流停电,变电站要有两段直流母线,两套保护分别由一段母线供电。
220kV降压三绕组变压器的保护电源作如下配置:
第一段母线:主变差动保护,中压侧后备保护,低压侧第一套后备保护。
第二段母线:非电量(含失灵、不一致)保护,高压侧后备保护,低压侧第二套后备保护。
在两组母线上,差动、各后备保护应使用不同的分支直流熔断器(自动空气开关),并注意熔断器(自动空气开关)上、下级之间的配合。
3主变差动保护用电流互感器的位置
设备正常运行时,差动保护用高、中压侧电流互感器通常采用断路器侧电流互感器,不用变压器套管电流互感器。这样,从套管至断路器间的故障也能通过差动保护快速切除,从而减小了保护死区。
当旁路断路器带主变断路器运行时,有的做法是将差动保护用电流互感器切换至套管电流互感器,这使得差动的保护范围缩小,当套管至旁路断路器间发生短路故障时差动保护不会动作。由于旁路断路器电流互感器与主变套管电流互感器间在电气一次布置上还有一段较长的距离,不排除在这段距离内发生故障的可能性,所以旁代时应将差动保护用电流互感器切换至旁路电流互感器。
差動保护低压侧电流互感器应尽量靠近低压侧断路器,并将低压侧开关也纳入差动保护的范围内。
4旁路断路器带主变运行时断路器失灵保护启动回路接线
按近后备的保护配置原则,在220kV及以上电压等级中,均配置了失灵保护。由于断路器失灵保护所涉及的一次设备多、范围广,一旦跳闸将切除同一母线上的所有元件,若拒动,则可能造成更大危害。因此,要特别强调失灵保护的安全性,在断路器失灵保护的启动回路和出口回路上应尽可能减少因运行方式的改变而引起操作切换。
由于220kV双母线带旁母的接线方式在旁路断路器带主变运行时必然会引起保护切换,其中包含失灵保护启动回路的切换,改变主变保护跳旁路断路器跳闸出口回路的接线,就可以使失灵启动回路不要进行压板切换等二次回路操作,从而简化操作,减少运行工作量,并减少了可能的误操作。
技术规程规定,不允许主变非电量保护启动断路器失灵保护。目前,有些站的主变保护跳旁路断路器的跳闸出口是将电气量保护、非电气量保护(包含瓦斯、压力释放等)接点并联在一起去启动操作箱的永跳继电器TJR,电气量保护另外的接点去启动失灵保护。在旁路断路器失灵保护启动回路中,TJR接点启动断路器失灵保护回路,在旁代线路断路器时使用,与主变电气量保护接点通过压板进行切换,以保证非电量保护不启动断路器失灵保护。实际上,不通过压板切换同样也可以达到目的,而且接线更简单。电气量与非电气量保护接点分开后,前者去启动旁路断路器失灵保护,后者保护不参与启动,直接去跳闸,也就是电气量保护接点并接去启动操作箱中的永跳继电器TJR,继而TJR接点一副出口跳闸,一副启动断路器失灵保护;非电气量保护接点并接启动手动跳闸继电器STJ出口跳闸。这种接线不但节省了非电气量的接点,接线简单,而且旁路断路器带线路和主变运行时也不要进行压板切换,从而消除了可能引起的误操作。
5结束语
以上仅对运行中变压器保护存在的若干问题进行分析并提出了补救措施。对于新建、扩建、改造的变压器,应选用新型的微机保护,以满足所有运行设备都必须由两套交、直流输入和输出回路相互独立,并分别控制不同断路器的继电保护装置进行保护这一基本要求,以保证电网的安全稳定运行。
关键词变压器;主变保护;电流互感器
中图分类号TM文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)102-0026-01
近年来全国发生多起220kV降压变低压侧故障均由于后备保护等存在问题引起的。一些典型事故再次提醒我们,变压器保护确实存在一些问题影响系统的安全稳定运行。下面对若干问题进行分析。
1相间故障的后备保护存在问题及解决方法
近年来,变压器由于中、低压侧,特别是低压侧母线故障时断路器未能断弧或拒动,而高压侧保护对此又没有足够的灵敏度,遂导致变压器损坏的事故在国内屡见不鲜。例如,某220kV变电站就因主变10kV母线侧刀闸发生短路故障时,10kV开关未能断弧而造成主变烧毁。其原因就是主变220kV侧的相间后备保护—复合电压闭锁过流保护的复合电压未选用10kV侧,而220kV、110kV侧的电压闭锁元件对10kV侧短路的灵敏度不够,造成高、中压侧后备保护没能动作,10kV侧短路故障无法排除,而使事故进一步扩大。由此可见,除加强变压器的主保护外,还应对相间后备保护存在的问题进行分析,并采取措施加以改善。
1.1电压闭锁元件灵敏度不足
当过电流保护不符合灵敏度要求时,常采用复合电压闭锁过电流保护方式,而在低压侧母线或出口三相故障时,高、中压侧电压很高,不足以启动低电压元件。解决高、中压侧电压元件灵敏度不足的方法一般采用三侧电压闭锁并联的方式,低压侧可只采用本侧电压。这种方式要注意电流灵敏度提高后,在低压侧故障切除时可能会因自启动电流过大而造成误动。
1.2电流元件的灵敏度不足
1)一些110kV双绕组主变的低压侧未装设过流保护,要靠高压侧过流保护作为低压侧母线、线路故障的后备保护,而电源侧线路保护对主变低压侧故障又无足够的灵敏度。这样,当高压侧后备保护拒动或断路器拒动时,低压侧的故障就没有第二重保护。所以,110kV双绕组主变的低压侧也应装设过流保护作为本侧母线和相邻线路保护的后备。为防止低压侧断路器拒动,过流保护应做成两个时间段,第一时限跳低压侧(或母联),第二时限跳各侧,以弥补高压侧后备保护电流灵敏度不足的问题。
2)对于220kV大容量主变而言,由于低压侧加装了限流电抗器,使低压母线的短路电流大幅度下降,遂造成高压侧过流保护的电流元件对低压母线的短路故障灵敏度不足。如果两台变压器中压侧并联运行,则灵敏度就更差。所以,运行方式的合理安排、保护的合理配置对系统安全稳定运行,防止大面积停电均有非常重要的意义。
合理安排变电站主变的运行方式。目前,110kV配电网以远后备设计为主,110kV及以下电网尽可能以辐射状网络方式运行,强调简化电网运行接线,防止电磁环网可能带来的系统事故,况且电网结构简单、清晰,继电保护的配置与整定也简单。因此,2台主变的中、低压侧分开运行是有条件的,且可减小低压侧的短路容量。中、低压侧分列运行后,提高了高压侧过流保护的电流元件对低压母线短路故障的灵敏度,为提高供电的可靠性,可在母联上装设备用自投装置。
加强变压器低压侧的后备保护。因低压母线一般不设母差保护,故母线故障要靠变压器的后备保护来切除。对于低压母线上所带的电容器、线路等设备故障,主变低压侧开关应是切除故障的后备开关,低压侧保护则是这些设备的后备保护。由于高、中压侧后备保护对低压侧故障的灵敏度不高,所以要加强主变低压侧后备保护:在原有配置的基础上再增加一套后备保护作为低压母线保护或其后备,其定值与出线I段或II段相配合,对母线有1.5的灵敏度。整定时限宜短原因:一是减少变压器出口短路电流对变压器和其它设备的损害;二是防止断路器柜中直流被烧断而不能切除故障。可设两时限,第一时限t1跳本侧(或母分),第二时限t2跳三侧。在变压器的低压侧配置两套完全独立的过流保护作为低压侧母线的主保护及后备保护,在这种情况下,要求这两套过流保护接于不同的电流互感器,经不同的直流熔断器(自动空气开关)供电,并分别作用于该低压侧断路器和变压器各侧断路器。
2主变保护的直流配置
当10kV母线故障发生在10kV断路器柜内时,弧光窜入直流系统造成整个直流操作电源消失,引起变压器损坏的事故在全国已发生多起,前述的某变电站即是一例。为保证2套双重化保护的完全独立,以防弧光窜入直流系统引起全站直流停电,变电站要有两段直流母线,两套保护分别由一段母线供电。
220kV降压三绕组变压器的保护电源作如下配置:
第一段母线:主变差动保护,中压侧后备保护,低压侧第一套后备保护。
第二段母线:非电量(含失灵、不一致)保护,高压侧后备保护,低压侧第二套后备保护。
在两组母线上,差动、各后备保护应使用不同的分支直流熔断器(自动空气开关),并注意熔断器(自动空气开关)上、下级之间的配合。
3主变差动保护用电流互感器的位置
设备正常运行时,差动保护用高、中压侧电流互感器通常采用断路器侧电流互感器,不用变压器套管电流互感器。这样,从套管至断路器间的故障也能通过差动保护快速切除,从而减小了保护死区。
当旁路断路器带主变断路器运行时,有的做法是将差动保护用电流互感器切换至套管电流互感器,这使得差动的保护范围缩小,当套管至旁路断路器间发生短路故障时差动保护不会动作。由于旁路断路器电流互感器与主变套管电流互感器间在电气一次布置上还有一段较长的距离,不排除在这段距离内发生故障的可能性,所以旁代时应将差动保护用电流互感器切换至旁路电流互感器。
差動保护低压侧电流互感器应尽量靠近低压侧断路器,并将低压侧开关也纳入差动保护的范围内。
4旁路断路器带主变运行时断路器失灵保护启动回路接线
按近后备的保护配置原则,在220kV及以上电压等级中,均配置了失灵保护。由于断路器失灵保护所涉及的一次设备多、范围广,一旦跳闸将切除同一母线上的所有元件,若拒动,则可能造成更大危害。因此,要特别强调失灵保护的安全性,在断路器失灵保护的启动回路和出口回路上应尽可能减少因运行方式的改变而引起操作切换。
由于220kV双母线带旁母的接线方式在旁路断路器带主变运行时必然会引起保护切换,其中包含失灵保护启动回路的切换,改变主变保护跳旁路断路器跳闸出口回路的接线,就可以使失灵启动回路不要进行压板切换等二次回路操作,从而简化操作,减少运行工作量,并减少了可能的误操作。
技术规程规定,不允许主变非电量保护启动断路器失灵保护。目前,有些站的主变保护跳旁路断路器的跳闸出口是将电气量保护、非电气量保护(包含瓦斯、压力释放等)接点并联在一起去启动操作箱的永跳继电器TJR,电气量保护另外的接点去启动失灵保护。在旁路断路器失灵保护启动回路中,TJR接点启动断路器失灵保护回路,在旁代线路断路器时使用,与主变电气量保护接点通过压板进行切换,以保证非电量保护不启动断路器失灵保护。实际上,不通过压板切换同样也可以达到目的,而且接线更简单。电气量与非电气量保护接点分开后,前者去启动旁路断路器失灵保护,后者保护不参与启动,直接去跳闸,也就是电气量保护接点并接去启动操作箱中的永跳继电器TJR,继而TJR接点一副出口跳闸,一副启动断路器失灵保护;非电气量保护接点并接启动手动跳闸继电器STJ出口跳闸。这种接线不但节省了非电气量的接点,接线简单,而且旁路断路器带线路和主变运行时也不要进行压板切换,从而消除了可能引起的误操作。
5结束语
以上仅对运行中变压器保护存在的若干问题进行分析并提出了补救措施。对于新建、扩建、改造的变压器,应选用新型的微机保护,以满足所有运行设备都必须由两套交、直流输入和输出回路相互独立,并分别控制不同断路器的继电保护装置进行保护这一基本要求,以保证电网的安全稳定运行。