試論特高壓交流工程變壓器保護問題

徐安菊

（重慶博瑞變壓器有限公司，重慶 408100）

試論特高壓交流工程變壓器保護問題

徐安菊

（重慶博瑞變壓器有限公司，重慶 408100）

本文主要針對特高壓交流工程變壓器保護相關問題進行探討，在介紹主變壓器保護接線基礎上，重點探討了主變保護配置及特點相關問題，并提出相關策略，希望對于今后特高壓交流工程變壓器保護發展具有一定幫助。

特高壓交流工程；主變壓器保護接線；主變保護配置；關鍵技術

關于整定和配置1000kV主變壓器保護方面，相應的整定規程和標準還不十分完備。本文主要針對特高壓交流工程變壓器保護問題進行探討，主要就其中的工程主變保護配置方案進行重點分析，以及相關的整定中應注意的問題。

1 主變壓器保護接線簡介

調壓補償變壓器和主體變壓器是構成1000kV變壓器的兩大部分，其中的主體部分則是由3柱并聯結構，其電壓為1050kV，容量為3000MVA，是不帶調壓的自耦變壓器。套管出線硬銅母線把主體變通和調壓補償變相互連接，其中，補償變和調壓變則為調壓補償變形式，一個油箱共用，低壓電壓補償在調壓變中，如圖1所示，并聯相應的自耦變的低壓線圈和勵磁線圈，串聯自耦變壓器的低壓線圈和補償線圈，同時，還并聯調壓線圈和補償變的勵磁線圈。1000kV側、500kV側、110kV側開關電流互感器則在圖中分別表示為TA1、TA2、TA3，公共繞組側套管和110kV側繞組套管電流互感器則分別為TA4、TA5，補償變與公共繞組相連側套管電流互感器則為TA6，而110kV繞組和調壓變相連的側套管電流互感器則為TA7。為了保證在暫態狀態下的可靠的差動保護性能以及有效的瞬時動作，這里TPY型TA在主體變差動保護中采用，P級TA則在調壓變及補償變差動保護中采用。為了防止出現有直流分量的外部穿越性故障電流、或者暫態電流、勵磁涌流、穩態電流等，一定要保持互感器的暫態特性的一致性，這樣能夠對于誤動作進行保護［1，2]。

圖1 主變壓器保護接線圖

2 主變保護配置及特點

補償變保護、調壓變、主體變保護則構成了1000kV變壓器保護。對于主體保護來說，利用同一套保護裝置實現后備保護和主保護，主后一體方式，并采用SGT756、RCS-978HB的雙重化配置。其中，電流差動保護在電流主保護中采用，涉及到Y側分側差動保護和主體大差保護方面，后備保護簡化配置在哥側都有，正方向則為本側母線。相間阻抗保護、過勵磁保護、過流保護、零序過流保護則在高中壓側后備保護中進行配置，過流保護則在低壓側后備保護中進行配置，利用自產零序電流，零序過流保護在公共繞組中進行配置。差動保護僅配在電流量保護中，雙重化配置則是包括補償變、調壓變等的調壓補償變保護所構成，在其中，差速斷保護、后備保護并不配置。對于電流的保護裝置接入來說，都是按照正極性進行接入處理，內部軟件來實現反極性接入的電流情況。這里主要就主體變主保護、過勵磁保護、諧波問題、差動保護靈敏度問題進行重點分析。

2.1 主體變主保護

在主體變壓器中，為了更好對于相對地短路、主體變壓器繞組匝間短路、相對地短路、引出線的相間短路等故障進行保護，主保護則為裝設的差動保護，接入上述的TA1、TA2和TA3，由各側開關TA電流所構成。其中，波形分析制動原理和諧波制動則是兩套主保護，分側比率差動、比率差動、工頻變化量差動、差動速斷保護則構成了差動保護。

在分析變壓器差動保護過程中，變壓器勵磁涌流的解決則是一個主要技術問題，也就是說，在空投變壓器內部故障中，特別是相關的匝間故障，存在離散度大、差動保護動作速度慢的問題；另外，勵磁涌流和區外故障切除后產生的恢復性涌流則是在變壓器各種空投情況下會產生，這還包括相關的涌流等狀態下差動保護誤動問題。所以，在實際情況中，針對主變充電波形在系統調試期間的情況，結合1000kV變壓器主體變勵磁涌流的特點進行總結。

其中，可以得到，諧波分量在主體變勵磁涌流中較為豐富，其中的直流分量最大能夠達到2357A，這樣的情況下，暫態性能則需要在主變差動保護中具備，繼電器的瞬時、可靠動作則會在暫態狀態下而實現。分析三相涌流可以發現，I3/I1可能出現三相均小于10%，I2/I1均大于20%的情況，其中，三相涌流的間斷角則會存在一定的兩相小于60°的情況。所以，在穩態比率差動保護過程中，勵磁涌流閉鎖判據在此兩套主保護裝置中，都是采用了二次諧波與基波在三相差動電流中的比值。在RCS-978HB中的勵磁涌流閉鎖判據則是三次諧波與基波的比值。經過一定的分析，可以得到，I2/I1均大于0.15，則是在I3/I1大于0.2情況下；勵磁涌流閉鎖判據在SGT756中還利用波形進行相應的比較，進行系統調試過程中，在分析進行的十余次的主變充電過程中，在充電后，每相波形比較閉鎖判據在8～13ms內都能夠啟動可靠。對于三相中存在一項為閉鎖條件，上述的閉鎖邏輯為或邏輯，就進行分相閉鎖差動保護，也就說只能閉鎖該相比率差動保護元件。

為了能夠保證變壓器出現擾動性負荷、區外故障電流互感器飽和，或者存在不一致的差動各側CT特性問題所引起相關的差動保護誤動情況，浮動制動門檻在穩態比率差動中采用；負荷電流對于故障分量比率差動以及工頻變化量并沒有影響，具有較高的靈敏度和較強的抗CT飽和能力。

2.2 過勵磁保護

在進行充分考慮特高變壓器的可靠性、造價以及體積因素方面，單相自耦變壓器具有較大的優勢而應用廣泛。從電壓等級方面考慮，較難實現1000kV自耦變壓器的中壓線端調壓方式，中性點無勵磁調壓方式在特高壓自耦變壓器中則能夠表現出較強的優勢，為了使得變壓器的可靠性進一步提高，通過進行調壓補償變壓器的獨立設置也能夠實現。但是，變磁通調壓則是在進行中性點調壓過程中的一個問題。其中，在進行分接調壓補償變壓器的最大負繞組、最大正繞組過程中，其中的主體變的住磁通則為1.68T、1.52T。在變壓器過勵磁能力設計指導下，進行過激磁保護則表現出一定的反時限特性，為了使得變壓器過激磁特性能夠具有一定的近似性匹配，這里進行11點樣值的整定。所以，在不采用其他相應的自適應措施的條件下，應該保證主體變最大主磁通和過勵磁保護的反時限曲線的匹配性，這樣能夠給系統運行提供較大的裕度，也是目前常用的整定方法。

2.3 諧波問題

根據實際情況，對于超過500公里的1000kV線路來說，存在影響明顯的分布電容，對于1000kV系統提供短路電流的故障來說，較大的諧波含量，以及較為嚴重的波形畸變則是變壓器高壓側電流的特點。對于1000kV側區內故障電流來說，其數值比較小，存在加大的諧波分量，在嚴重的鼓掌下，則會產生較大的電壓突變，則會造成更加明顯的諧波。對于較為嚴重的故障來說，差動保護能夠滿足一定的高值差動條件，同時，能夠進行保護快速出口，不受TA飽和判據的閉鎖作用，具有較小的諧波分量，這里，基于時差法的TA飽和識別判據被采用，能夠滿足低值差動條件；TA飽和判據閉鎖并沒有在工頻變化量差動保護中設置，也能起到快速出口的保護作用。

為了有效防止正常運行情況下的非故障相電流諧波所引起的差動保護被勵磁涌流判據閉鎖的問題，在保護裝置自適應中，可以采用分相閉鎖以及切換循環閉鎖兩種方式。另外，在空投變壓器過程中，還有助于變壓器能有效躲過勵磁涌流。

2.4 差動保護靈敏度問題

短路阻抗在1000kV變壓器比較大，分析特高壓變壓器的短路阻抗比如下，中低壓側（40%），高低壓側（62%），高中壓側（18%），短路電流在1000kV系統中比較小，故障出現在變壓器高壓側時，則存在不大的高壓側電流，短路電流在變壓器低壓側故障的狀態下則變得更小。這樣，對于1000kV系統短路電流小的問題，以及所造成的靈敏度問題都可以通過工頻變化量差動保護得以解決。

3 結束語

在日趨復雜的電網結構影響下，過大的工頻以及短路電流都在影響著電網主設備，這就需要合理配置主、后備保護，并進行正確的整定。對于由調壓補償變壓器和主體變壓器所組成的特高壓主變壓器來說，為了保證調壓補償變小故障下的靈敏度，則應該對于調壓補償變保護進行獨立設置，并充分考慮其中的二次回路接線、諧波等問題。

［1]肖燕彩，文繼鋒，袁源等.超高壓直流系統中的換流變壓器保護［J]電力系統自動化，2006，30（9）.

［2]周建軍，樊慶玲，樊高瑞.內橋接線變壓器保護電流回路接線方式的探討［J].電力系統保護與控制，2011，39（2）.