變壓器保護裝置的運行與異常處理

摘要：變壓器是根據電磁原理制造的一種輸變電設備，除了一定數量的輸電變壓器外，還有大量運行在電力系統末端的配電變壓器，其數量和總容量所占的比例很大，是配電網中不可缺少的主要設備，分布面非常廣泛。目前電力系統采用了大量基于數字化技術的新型繼電保護技術和裝置。從PCS-978（主機）主變壓器保護裝置、PCS-978S（從機）主變壓器保護裝置、PCS-974主變壓器非電量保護裝置三個方面闡述了變壓器保護裝置與異常處理這個主題。

關鍵詞：變壓器；保護裝置；運行；異常處理

中圖分類號：TM41 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）30-0119-02

一、PCS-978（主機）主變壓器保護裝置

PCS-978系列數字式變壓器保護適用于110kV及以上電壓等級，需要提供雙套主保護、雙套后備保護的各種接線方式的變壓器。PCS-978裝置是新一代全面支持數字化變電站的保護裝置，裝置可支持電子式互感器和常規互感器。

1.PCS-978變壓器保護裝置保護配置和功能

（1）保護配置。PCS-978裝置中可提供一臺變壓器所需要的全部電量保護，主保護和后保護可共用同一TA。這些保護包括：縱差保護、差動速斷、工頻變化量差動、復合電壓閉鎖方向過電流、零序方向過電流、零序過電壓、間隙零序過電流；還包括以下異常警告功能：過負荷報警、過載閉鎖有載調壓、差流異常報警、差動回路TA斷線、TA異常報警和TV異常報警。

（2）性能特征。一是高性能的通用型硬件，實時計算。采用32位微處理器+4DSP的硬件結構，多個處理器并行工作，32位微處理器負責人機接口、后臺通信、打印等功能，4個DSP負責保護運算與出口邏輯。高性能的硬件保證了裝置在每一個采樣間隔對所有繼電器進行實時計算。裝置采用32位高性能的CPU和DSP、內部高速總線、智能I/O，硬件和軟件均采用模塊化設計，靈活可配置，具有通用、易于擴展、易于維修的特點。二是獨立的啟動元件。啟動+保護動作出口跳閘方式，杜絕保護裝置硬件故障引起的誤動。三是強電磁兼容性。整體面板、全封閉機箱，強弱電嚴格分開，取消傳統背板配線方式，同時在軟件設計上也采取相應的抗干擾措施，裝置的抗干擾能力大大提高，對外的電磁輻射也滿足相關標準，四是雙主、雙后備保護的配置原則，真正實現一臺裝置完成所有的主保護、后備保護功能。五是獨特的差動二次電流相位調整方法。采用D-Y變換調整變壓器各側TA二次電流相位，因此故障相、非故障相具有名值特征，勵磁涌流閉鎖判據可以實現分相制動。六是可選擇勵磁涌流判別原理。提供了二次諧波原理和波形識別原理兩種方法識別勵磁涌流，可經整定選擇使用任何一種原理或同時使用兩種原理。七是高靈敏度的工頻變化量差動保護。利用工頻故障分量構成的工頻變化量差動保護，不受負荷電流影響，靈敏度高，抗TA飽和能力強。八是可靠的縱差保護。采用初始帶制動的縱差差動特性，并有TA飽和判據。九是可靠的差動回路TA異常判據功能。另外，還有強大的通信功能、完善的事件記錄功能。裝置面板中間為液晶顯示屏和操作鍵盤，顯示各種信息。鍵盤供保護修改定值、開出傳動、修改時鐘、查看采樣數據、調取報告以及進行設置等。

（3）PCS-978變壓器保護裝置軟件工作原理。主程序按固定的采樣周期接受采樣中斷進入采樣程序，在采樣程序中進行模擬量采集與濾波，開關量的采集、裝置硬件自檢、外部異常情況檢查和啟動判據的計算，根據是否滿意啟動條件而進入正常運行程序或故障計算程序。硬件自檢內容包括RAM、EEPROM、跳閘出口三極管等。

正常運行程序進行裝置的自檢，裝置不正常時發告警信息。信號分兩種：一是運行異常告警，這時不閉鎖裝置，提醒運行人員進行相應處理；二是閉鎖告警信號，告警同時將故障閉鎖，保護退出。故障計算程序中進行各種保護的算法計算，跳閘邏輯判斷。

同步的實現：由于采用電子式互感器后各個采樣單元中不再有電氣上的連接，從而帶來了各個單元的采樣時鐘同步問題。采樣時間同步的好壞直接影響了差動保護的性能。裝置主控板通過總線發布時間基準，光纖采集板記錄接受采樣數據時刻，根據接受時刻和時間基準實時插值就可以得到同步的采樣數據。

失靈聯跳：裝置設有高壓側失靈聯跳功能，用于母差或其他失靈保護裝置通過變壓器保護跳主變壓器各側的方式。當外部保護動作觸點經失靈聯跳開入觸點進入裝置后，經過裝置內部靈敏的、不需整定的電流元件帶50ms延時后跳變壓器各側斷路器。

（4）裝置面板功能。裝置采用全封閉4U標準機箱，用嵌入式安裝于屏上。裝置面板信號燈如下：“運行”燈為綠色，裝置正常運行時點亮，熄滅表明裝置不處于工作狀態；“報警”燈為黃色，裝置由報警信號時點亮；“跳閘”燈為紅色，當保護動作并出口時點亮。

2.PCS-978變壓器保護裝置運行

保護出口的投、退可以通過跳、合閘出口壓板實現。保護功能通過屏上硬壓板投退。裝置始終對硬件回路和運行狀態進行自檢，當出現嚴重故障時裝置閉鎖所有保護功能，“運行”燈熄滅，否則只退出部分保護功能，發告警信號。由于采用合并單元數據采集方式，保護的所有定值均按一次值整定，保護顯示的模擬量也全部使用一次值顯示。正常運行時，注意觀察“運行”燈亮，所有報警燈均不亮。正常狀態下應投入軟壓板。各保護功能軟壓板、各GOOSE跳閘出口軟壓板投入。保護屏投入的開關為裝置直流低壓斷路器。正常情況下主變壓器保護裝置無需切換定值區，默認為0區。保護裝置整體投入：合上直流低壓斷路器，各保護功能軟壓板、GOOSE跳閘出口軟壓板投入，光纖X退出（控制字置0）。保護裝置整體退出：退出GOOSE跳閘出口軟壓板，投入光纖X退出軟壓板，可斷開直流低壓斷路器。中壓側或低壓側停運，需要投入相應間隔的“光纖X退出軟壓板”。

3.PCS-978變壓器保護裝置運行異常及事故處理

正常運行中如有異常情況，注意記錄信號燈情況及板面顯示內容，及時通報相關單位。

（1）閉鎖裝置與報警。當CPU檢測到裝置本身硬件故障時，發裝置閉鎖信號，閉鎖整套保護。硬件故障包括：內存出錯、程序區出錯、定值區出錯、定、值無效等，此時裝置不能繼續工作。當CPU檢測到長期起動、不對應起動、內部通信出錯、TA斷線或異常、TA異常時，發出裝置報警信號，此時裝置還可以繼續工作。

（2）保護裝置出現閉鎖、異常或動作（跳閘）后的處理。在裝置出現閉鎖現象或裝置報警現象后，及時查明情況（可打印當時裝置的自檢報告、開入變位報告并結合保護裝置的面板顯示信息）進行事故分析，及時上報調度并退出運行。在裝置動作（跳閘）后時，要及時查明情況（可打印當時裝置的故障報告、自檢報告、開入變位報告并結合保護裝置的面板顯示信息）進行事故分析，及時上報并進行處理。

（3）根據具體裝置明確各保護通道異常、光纖斷線判定及處理的具體規定。裝置如果報“光纖X出錯”，說明相應合并單元的光纖通信異常；報“電壓/電流數據無效”，說明遠端模塊光纖通信異常。裝置“運行”信號燈滅，應退出保護，查明通信異常原因。

二、PCS-978S（從機）主變壓器保護裝置

PCS-978S用作變壓器保護從機裝置，實現5路GOOSE跳閘命令到跳閘空接點的轉換，可組屏安裝，也可在開關柜就地安裝。

1.PCS-978S變壓器保護裝置保護配置和功能

（1）保護配置和功能。數字化變電站功能，支持IEC61850通信規約。測控功能：14路自定義遙信開入；事件記錄等。保護信息功能：裝置描述的遠方查看；系統定值的遠方查看；軟壓板狀態的遠方查看、投退、遙控功能；保護裝置開入狀態的遠方查看；裝置運行狀態（包括保護動作元件的狀態、運行告警和裝置自檢信息）的遠方查看；遠方對裝置信號復歸；故障錄波上送功能。

（2）裝置信號的說明。“運行”燈為綠色。裝置正常運行時點亮，熄滅表明裝置不處于工作狀態。“報警”燈為黃色，裝置有異常時點亮。

2.PCS-978S變壓器保護裝置運行與異常處理

（1）運行工況及說明。測控出口的投、退可通過跳閘出口壓板實現。裝置始終對硬件回路和運行狀態進行自檢，當出現嚴重故障時裝置閉鎖所有保護功能，并熄滅“運行”燈；若出現其他故障時裝置只退出部分保護功能。

（2）裝置異常信息含義及處理。裝置異常信息為GOOSE元件總報警，含義為GOOSE的配置或通道異常，處理方法為檢查GOOSE通道，上報缺陷。裝置異常信息為定值出錯，含義為定值區內容被破壞，閉鎖保護，處理方法為上報缺陷。

三、PCS-974主變壓器非電量保護裝置

1.PCS-974主變壓器非電量保護裝置介紹

（1）PCS-974主變壓器非電量保護裝置概述。PCS-974裝置為變壓器的非電量保護、非全相保護及斷路器失靈起動保護裝置，滿足變電站綜合自動化系統的要求。其工作原理為從變壓器本體來的分相非電量信號（如氣體保護信號等）經過裝置重啟動后給出，同時裝置本身的CPU也可記錄非電量動作情況。對于需要延時跳閘的非電量信號，由裝置經過定值設定的延時起動裝置的跳閘繼電器，而直接跳閘的非電量信號直接起動裝置的跳閘繼電器。

（2）PCS-974裝置面板信號燈說明。“運行”燈為綠色，裝置正常運行時點亮，熄滅表明裝置不處于工作狀態；“報警”燈為黃色，裝置有報警信號時點亮。“本體重氣體保護”燈為紅色，當保護動作并出口時點亮；“有載體重氣體保護”燈為紅色，當保護動作并出口時點亮；“本體輕氣體保護”燈為紅色，當保護動作時點亮。“繞組溫度過高”燈為紅色，當保護動作時點亮；“繞組溫度高”燈為紅色，當保護動作時點亮。“本體壓力釋放”燈為紅色，當保護動作時點亮；“有載壓力突變”燈為紅色，當保護動作時點亮。“本體油位異常”燈為紅色，當保護動作時點亮；“有載油位異常”燈為紅色，當保護動作時點亮；“油溫高”燈為紅色，當保護動作時點亮；“壓力繼電器動作”燈為紅色，當保護動作時點亮。

2.PCS-974主變壓器非電量運行注意事項

（1）下列情況重氣體保護必須投入跳閘：變壓器新裝或大修后充電時，變壓器正常運行時或處于備用時，差動保護停用時，有載調壓變壓器正常運行時，調壓氣體保護應投跳閘。

（2）下列情況重氣體保護改投信號：變壓器帶電加油、濾油、更換油再生裝置；處理運行中變壓器的截門、潛油泵油路等缺陷，對呼吸器進行暢通工作和更換吸潮劑時，地震預報時。出現上述情況，將重氣體保護改投信號，但必須根據調度命令執行。

要注意的是，禁止將運行中變壓器的差動與氣動保護同時停。

（責任編輯：王祝萍）