500kV侯村變電站變壓器保護配置及典型事故分析

【摘要】介紹侯村變電站500kV變壓器保護的特點、要求及其配置情況；分析了變壓器保護裝置的運行性能，指出主變保護動作啟動220kV母線失靈回路存在的問題，并提出了改進措施。

【關鍵詞】變壓器保護；運行性能；改進措施

【中圖分類號】TM77 【文獻標識碼】A 【文章編號】1672－5158(2012)09－0419－02

O、引言

500kV侯村變電站是山西省中南部電網的樞紐變電站，現已投運兩臺500kV主變壓器，兩臺主變均為由河北保定天威變壓器公司生產。兩臺變壓器都是三相獨立、自耦降壓式變壓器，三側電壓分別為500kV、220kV、35kV。變壓器的繼電保護裝置采用南瑞及國電南京自動化有限公司的產品，每臺主變分三面保護屏組成，變壓器的繼電保護配置為：1號主變保護裝置分別安裝于A、B、C三面保護屏，雙套主保護＋分相差動保護＋非電量保護＋雙后備保護配置。A屏為南瑞生產的，安裝有RCS－978微機變壓器保護裝置、220kV及35kV斷路器操作箱。B、C屏為國電南京自動化有限公司產的WBZ－500H，B屏包括差動保護、高低后備保護、中低后備保護裝置。c屏包括分相差動保護和非電量保護裝置。2號主變保護裝置是由A屏南瑞生產的RCS－978主變保護、RCS－974A失靈啟動判別裝置，B屏國電南京自動化有限公司產的PST－1200主變保護和PST1222中壓側操作箱，c屏PST－1200分相差動保護、PST－1212操作箱、PST－12操作箱及非電量保護。根據裝置調試和運行情況分析，兩套變壓器保護能滿足運行要求。由于主變保護裝置是變電站最重要的保護，有必要對此做一些介紹與分析，以提高運行人員的分析和處理事故的水平。

1、500kV變壓器保護的特點、要求及其配置

500kV變壓器的工作電壓高，通過容量大，在電網中地位重要；若變壓器內外故障或其繼電保護誤動造成主變停電或設備損壞將引起重大經濟損失，而且主變組裝、拆卸工作量大，檢修時間長。這就要求變壓器內外部故障切除時間盡可能短，以縮小損失。500kV電力變壓器保護應有比220kV及以下變壓器保護有更高的可靠性、靈敏度及速動性。侯村站主變保護按以上原則進行配置，采用以下各種保護的組合。

1.1 主保護雙重化配置

為提高保護的可靠性，500kV變壓器主保護應采用雙重化配置。主保護是縱聯差動保護，1號主變配置了RCS978及WBZ－500H兩套主縱差保護，2號主變配置了RCS978及PST－1200兩套主縱差保護。

1)差動保護必須有差電流速斷功能，能檢測在差動保護區內出現的大故障電流。當變壓器內部嚴重故障時如果TA飽和，TA二次電流的波形將發生嚴重畸變，并含有大量的諧波分量，從而使涌流原件誤判為勵磁涌流，致使差動保護拒動，造成變壓器嚴重損壞。為了克服縱差保護的上述缺點，設置了差動速斷元件。它的動作電流整定值很大，比最大的勵磁涌流值還大，依靠定值來躲勵磁涌流。這樣差動速斷元件可以不經勵磁涌流判據閉鎖，也不經過TA飽和判據的閉鎖，當變壓器發生嚴重內部故障時，只要差電流大于電流定tint可以快速跳閘。

2)為提高差動保護靈敏度而設置比率制動，其動作電流隨外部穿趲性短路電流增大而自動增大。在內部故障時短路電流較大，雖也有制動作用，但適當選擇制動系數，可以做到在有制動情況下，也能保證靈敏度。

3)為防止因變壓器勵磁涌流造成差動保護誤動，保護裝置具有諧波制動或波形對稱識別功能。在勵磁涌流所含各種諧波中，以二次諧波為最大，取二次諧波作為制動，能獲得較理想的制動效果。另外，勵磁涌流的波形非常不對稱，波形對稱識別功能主要是比較流入差動元件差流每個周期內差電流的前半波和后半波的量值，經過計算認為波形對稱的就開放差動保護，否則就認為波形不對稱，閉鎖差動保護。

主縱差保護I型號為RCS978，采用波形對稱原理縱聯差動保護，保護范圍為主變壓器內部、套管以及開關CT之間一段引線的相問、接地、匝問故障，保護瞬時動作跳主變三側開關。裝設于1號主變保護A屏。2號主變保護A屏的主縱差RCS978采用二次諧波制動原理，保護范圍、功能與1號主變保護A屏的主縱差RCS978相同。

主縱差保護Ⅱ型號為WBZ－500H，微機型二次諧波制動原理縱聯差動保護，裝設于1號主變保護B屏。保護范圍、功能與主I縱差保護相同。

主縱差保護III型號為PST－1200，采用波形對稱原理縱聯差動保護，保護范圍為主變壓器內部、主變套管CT之間接地、匝間故障，保護瞬時動作跳主變三側開關。裝設于2號主變保護B屏。

侯村變電站主變壓器還采用分側差動保護(該保護適用于自耦變壓器)，交流回路采用主變套管CT，保護范圍為主變壓器高、中壓側(即Y側繞組)內部線圈匝間短路接地或其他接地故障，保護有較高靈敏度，瞬時動作跳三側斷路器。該保護不能保護單純的匝問短路。該保護的一個重大優點是：它不受變壓器勵磁電流、勵磁涌流、過勵磁的影響，與縱差保護相比，其構成簡單，不需要勵磁涌流閉鎖元件、差動速斷元件，保護動作可靠。該保護型號為WBZ－500H、PSTl200。裝設于1、2主變保護c屏。

1.2 相間后備保護

現500kV電力變壓器一般是單相變壓器組，配置相問保護作為變壓器引線和相鄰母線相問故障的后備保護。侯村站500kV主變相問后備保護為1、2號主變A屏RCS－978本身帶有阻抗I、II段保護，1號主變B屏WBZ－500H帶有阻抗I段保護，2主變B屏PST－1200帶有的相問阻抗、接地阻抗保護；分別保護1、2號主變500kV側與220kV側變壓器引線和相鄰母線相問故障。500kV側阻抗I、II段第一時限跳本側開關，第二時限跳三側開關，220kV側阻抗I、II段(或相問阻抗、接地阻抗保護)第一時限跳母聯及分段，第二時限跳本側開關，第三時限直接跳總出口。由于變壓器高一低、中一低側阻抗較大，高壓側和中壓側阻抗保護對低壓側相問故障靈敏度不夠，低壓側裝設簡單的相間故障后備保護，侯村站采用的是1、2號主變A屏RCS－978、1號主變B屏WBZ－500H、2主變B屏PST－1200本身所帶35kV 側流保護。

1.3 接地后備保護

接地保護是作為變壓器內部、引線、母線、線路接地故障后備保護。由于主變為自耦變壓器，其高壓側與中壓側之間有電聯系，并有公共接地點，當高壓側或中壓側發生單相接地故障時，零序電流可在高、中壓側之間流通。侯村站主變接地后備保護主要采用高壓側與中壓側由開關電流互感器構成的零序電流濾過器構成的三段式零序電流保護，零序I、II段采用方向元件閉鎖，零序III段不帶方向，零序I、II段正向分別指向500kV母線和220kV母線，為RCS978和PSTl200本身所帶。500kV側零序I、II段第一時限跳本側開關，第二時限跳三側開關，零序三段動作直接跳三側開關，220kV側零序I、II段第一時限跳母聯及分段，第二時限跳本側開關，零序三段動作直接跳總出口，接地后備保護在動作時限上與線路后備段配合。另外還有公共繞組零序過流保護但不動作于跳閘。

1.4 過勵磁保護

500kV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，可能使變壓器因過熱損壞。500kV變壓器應裝設過勵磁保護。在正常運行中，侯村的過勵磁危險主要來源于過電壓(節假日、夜間輸送的負荷較低，系統電壓較高)，低頻過勵磁不是主要危險，該保護短時間報警，長時間動作跳三側斷路器，裝設于1、2號主變A屏RCS－978、1號主變B屏WBZ－500H、

2、主變B屏PSI－1200本身

21#主變故障中壓側斷路器拒動，220kV母線失靈跳閘在運行上存在的問題

500kV侯村變電站的220kV母線保護有母差保護、失靈保護、死區保護、母聯失靈保護等；1號主變上東母運行，2號主變上西母運行，1、2號主變保護均有失靈啟動裝置，當主變內、外部故障跳主變三側，中壓側斷路器拒動時將啟動220kV母線失靈保護。主變啟動220kV母線失靈的過程是：主變保護范圍內發生故障跳主變三側，主變中壓側斷路器拒動，主變中壓側跳閘令已發出，(轉下頁)經過延時主變中壓側跳閘繼電器不返回且主變中壓側電流越限，主變啟動失靈，同時220kV母線出現低電壓、負序電壓或零序電壓等則母線復合電壓閉鎖開放，失靈保護總出口延時跳母聯、跳分段，跳中壓側斷路器所連接母線上其他斷路器出線。從上述過程可以看出失靈保護要出口跳閘，必須母線復合電壓閉鎖開放。當1、2號主變高、中壓側保護范圍內出現故障，中壓側母線將出現復合電壓，失靈能出口跳閘，但是當低壓側保護范圍內出現故障，中壓側母線電壓有可能出現不了復合電壓，這樣主變低壓側故障中壓側開關失靈時，中壓側母線的電壓閉鎖靈敏度有可能不夠，因此需要采用選擇主變支路跳閘時失靈保護不經復壓閉鎖的方法，這種情況下應同時將另一付跳閘接點接至解除失靈復壓閉鎖開入，這樣主變故障啟動失靈時，不再需要復合電壓閉鎖失靈保護，從而失靈保護在主變故障時直接跳閘。侯村現行2號主變存在這樣一付跳閘接點，所以2號主變啟動失靈跳閘功能是可靠的，但是1號主變由于設計上原因不存在這樣一付跳閘接點，在中壓側斷路器拒動時，母線復合電壓不開放，母線失靈保護不能出口，在保護功能方面存在缺陷，有可能在主變低壓側故障時造成220kV系統越級跳閘，為此，必須將1號主變保護進行改造或更換以滿足主變保護的可靠l生要求。

3.2 號主變220kV側202斷路器與電流互感器之間的管引線發生接地故障時，保護動作情況分析

220kV西母運行方式：西母經分段200開關與東母并列運行，經母兼旁290開關與北母并列運行，侯上I線293、侯鋼I線291、2號主變202上西母運行，2號主變5022、5023、303開關分別連接500kV系統和35kV系統。

警鈴響，喇叭響，202斷路器所在西母上的母聯290、分段200、負荷線路侯鋼I線291、侯上I線293及2號主變三側開關5022、5023、202、303在分閘位置，290、200、291、293及2號主變電壓、電流、功率為o，220kV西母電壓為零。到現場檢查發現2號主變220kV側202斷路器與電流互感器之間的管引線發生永久性A相接地故障，由于故障點在220kV西母母差保護范圍內，220kV西母母差保護正確動作，290、200、291、293、202開關正確跳閘，但同時檢查發現5023、5022、303跳閘，2號主變保護c屏出“220kV失靈跳閘”指示燈亮。為什么母差保護正確動作、開關正確跳閘后，母線失靈保護還要動作呢?這是由于故障點在2號主變220kV側202斷路器與電流互感器之間的管引線上，母差正確動作跳開202斷路器；但是此時故障點并未消除，2號主變繼續向故障點輸送短路電流(該短路電流經過202開關CT)，所以母線保護跳閘后仍能感受到故障電流，保護并未返回，并且電流越限，這樣就具備了失靈保護動作的條件，所以保護認為202開關拒動，同時由于故障點不在主變差動保護范圍內，主變差動不會動作，但主變后備保護可以啟動。2號主變后備保護中RCS978的阻抗II段跳總出口為6.4S(因阻抗I段僅跳母聯分段、跳本側202斷路器，不跳總出口，所以不做考慮)、PST1200接地阻抗跳總出口為6.4秒(5.8s跳母聯分段、6.1s跳202)及零序III段(因零序I、II段僅跳母聯分段、跳本側202斷路器，不跳總出口，所以不予考慮)6.7S才跳總出口，由上述可知后備保護跳總出口時限長，而失靈保護動作時限為O.5s，這樣失靈保護先動作啟動主變非電量跳主變三側，而主變后備保護未出口跳閘。

4、結語

本文對侯村變電站500kV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。主變保護全是國產設備，保護原理各種各樣、性能比較復雜，保護時間配合需要仔細推敲。運行人員想要正確判斷事故類型和范圍，只有深入了解保護裝置性能，熟悉保護原理，掌握大量的知識，才能迅速正確的進行異常分析和事故處理。