水電站發(fā)變組單元接線變壓器保護(hù)配置研究

何璐 張振 張超 司青花

作者簡介：何璐 （1981-），女，碩士，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)樗姀S電氣設(shè)計(jì)。

摘要：結(jié)合部分水電站電氣主接線型式，本文對(duì)受穿越功率或送出影響的水電站，裝機(jī)容量不大的主變壓器接入高電壓等級(jí)電力系統(tǒng)時(shí)，主變壓器保護(hù)的配置需要考慮的問題進(jìn)行了分析;另外對(duì)受到樞紐布置影響，當(dāng)主變高壓側(cè)電纜敷設(shè)長度過長時(shí)，需要在主變高壓側(cè)增設(shè)短電纜保護(hù)進(jìn)行了分析，為后續(xù)水電站有類似情況的主變壓器繼電保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供借鑒。

關(guān)鍵詞：水電站? 主變壓器? 縱差保護(hù)? 整定值

Abstract： According to the main electrical wiring of some hydroelectric power station， this paper analyzes the problems to be considered in the configuration of main transformer protection when the main transformer with small installed capacity is connected to the high-voltage power system in the hydropower station affected by crossing power or transmission; In addition， due to the influence of hub layout， when the cable laying length at the high voltage side of the main transformer is too long， it is necessary to add short cable protection at the high voltage side of the main transformer， so as to provide reference for the design of main transformer relay protection system with similar conditions in subsequent hydropower stations.

Key Words： Hydropower station; Main transformer; Longitudinal differential protection; Setting value

變壓器作為水電站中重要的電氣設(shè)備，它的安全運(yùn)行是保證水電站提供高質(zhì)量連續(xù)電力的必要條件。由于水電站一般地處偏僻，遠(yuǎn)離負(fù)荷中心，其接入系統(tǒng)的設(shè)計(jì)受水電站所處區(qū)域、送出的規(guī)模、穿越功率等條件限制[1]，某些電站雖然裝機(jī)容量不大，但可能接入330kV及以上高電壓等級(jí)電網(wǎng)，某些水電站由于樞紐布置的影響，主變高壓側(cè)至升壓站之間會(huì)有超過600m的高壓電纜等，這些因素都對(duì)發(fā)變組單元接線型式的變壓器主保護(hù)的配置產(chǎn)生影響。

本文針對(duì)以上提出的情況，對(duì)水電站的發(fā)變組單元接線型式下的變壓器保護(hù)的配置方案進(jìn)行分析研究。

1變壓器差動(dòng)保護(hù)啟動(dòng)電流整定值的影響

某水電站發(fā)電機(jī)單機(jī)容量為250MW，變壓器容量為270MVA，電壓比為550/15.75kV，全廠共3臺(tái)機(jī)，發(fā)變組采用單元接線接入500kV系統(tǒng)，開關(guān)站采用3/2接線型式，主變各側(cè)電流互感器的配置如表1所示，可選擇的保護(hù)配置方式如圖1所示。根據(jù)主接線型式，變壓器主保護(hù)可采用兩種配置方案：（1）主變差動(dòng)保護(hù);（2）主變差動(dòng)保護(hù)+小區(qū)保護(hù)。兩種主保護(hù)配置方案的主要區(qū)別為變壓器主保護(hù)范圍是否包括主變高壓側(cè)至3/2斷路器區(qū)域。

對(duì)于第一種主保護(hù)配置方案，變壓器差動(dòng)保護(hù)輸入的電流為主變低壓側(cè)電流、3/2斷路器QF1側(cè)電流及3/2斷路器QF2側(cè)電流[2]。此方案接線簡單，沒有死區(qū)，采用的保護(hù)裝置數(shù)量最少，僅為雙重化的主變保護(hù)裝置。這種保護(hù)配置方案，如果是設(shè)置在裝機(jī)容量較大，機(jī)組接入的升壓站沒有穿越功率的情況下是可行的，但是由于本站有較大的穿越功率，3/2串內(nèi)電流互感器的變比高達(dá)4000/1A，如采用第一種主保護(hù)配置方案，實(shí)際中將不可行，具體分析如下：

變壓器的額定容量Sn為270MVA，主變高壓側(cè)電壓等級(jí)為550kV，低壓側(cè)為15.75kV，因此主變高壓側(cè)的二次額定電流Inh===0.07A，主變低壓側(cè)二次額定電流為Inl===0.66A。根據(jù)DL/T 684 《大型發(fā)電機(jī)變壓器保護(hù)整定計(jì)算導(dǎo)則》中的規(guī)定，變壓器縱差保護(hù)的最小動(dòng)作電流的整定值，在工程實(shí)用整定計(jì)算中可選取為Iop=（0.3～0.6）Ie，其中Ie為變壓器基準(zhǔn)側(cè)二次額定電流。以變壓器高壓側(cè)為基準(zhǔn)側(cè)，則啟動(dòng)值可設(shè)定為Iop=0.4Ie=0.4×0.07=0.03A。

參考主要的繼電保護(hù)生產(chǎn)廠商的變壓器保護(hù)裝置說明書，其啟動(dòng)電流的最小整定值一般要求大于0.05A，且如果定值設(shè)定的過小，由于裝置的零漂或者電流互感器的測量誤差等都有可能引起保護(hù)裝置的誤動(dòng)作，因此這種方案將不可行。

通過以上的分析可以得出，主變高壓側(cè)采用的電流互感器一次額定電流與主變高壓側(cè)的額定電流相差過大是造成保護(hù)配置方案不可行的主要原因。主變高壓側(cè)額定電流為Inh==283A，輸入保護(hù)裝置的主變高壓側(cè)電流互感器的一次額定電流為4000A，相差14倍，而變壓器差動(dòng)保護(hù)的啟動(dòng)電流是根據(jù)變壓器基準(zhǔn)側(cè)的二次額定電流的百分比確定的，二次額定電流過小，保護(hù)裝置的定值就不能設(shè)定為一個(gè)合理的范圍內(nèi)[3-6]。但由于本站有較大的穿越功率，升壓站3/2 串內(nèi)電流互感器，不僅需要考慮本站主變輸入的電流，同時(shí)也要考慮穿越功率產(chǎn)生的負(fù)荷電流，電流互感器一次額定電流的選擇本身就要考慮可能流過的最大負(fù)荷電流，因此也不可能為了滿足變壓器保護(hù)定值設(shè)定的要求而降低電流互感器的一次額定電流，在這種情況下，主變差動(dòng)保護(hù)高壓側(cè)電流互感器不能采用3/2串內(nèi)電流互感器，因此也不能采用第一種保護(hù)配置方案。

對(duì)于第二種保護(hù)配置方案，在主變高壓側(cè)增設(shè)主變差動(dòng)保護(hù)、小區(qū)差動(dòng)保護(hù)用TPY級(jí)電流互感器，將保護(hù)范圍劃分為主變與小區(qū)兩個(gè)部分，變壓器壓器差動(dòng)保護(hù)輸入的電流為主變低壓側(cè)電流、主變高壓側(cè)電流，高壓側(cè)電流互感器的一次額定電流為1000A。這種接線型式下，主變高壓側(cè)的二次額定電流Inh===0.28A，變壓器縱差保護(hù)的最小動(dòng)作電流的整定值為Iop=0.4Ie=0.4×0.28=0.11A，可以滿足保護(hù)裝置的最小整定范圍的要求。對(duì)于增設(shè)的主變高壓側(cè)的小區(qū)保護(hù)，輸入的各側(cè)電流的變比差距在4倍以內(nèi)，也可以滿足小區(qū)保護(hù)對(duì)互感器的參數(shù)要求。

2樞紐布置的影響

某些水電站并不存在較大的穿越功率，但是在實(shí)際的變壓器保護(hù)配置中，由于樞紐布置的原因等，也需要考慮增設(shè)主變高壓側(cè)的小區(qū)保護(hù)。

如某水電站發(fā)變組單元接線，經(jīng)5回330kV出線接入1km以外的330kV匯集站，主變高壓側(cè)設(shè)置有斷路器。常規(guī)設(shè)計(jì)中，發(fā)變組單元接線+線變組出線的電站，只需要配置變壓器保護(hù)和線路保護(hù)，即按照圖2中（1）圖所示方案配置。但由于此電站為地下廠房，主變壓器布置在地下母線洞室內(nèi)，330kV出線斷路器設(shè)置在地面出線站，主變高壓側(cè)至出線斷路器間的高壓電纜敷設(shè)長度為800m左右。如果按照圖2中（1）圖的配置方案，主變保護(hù)相關(guān)的交流電流回路、跳閘回路等二次電纜的敷設(shè)長度將超過1km，雖然可以通過增大電纜截面的方式減小影響，但是存在信號(hào)衰減的風(fēng)險(xiǎn)。另外參考NB/T 35010《水力發(fā)電廠繼電保護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)范》中對(duì)超過600m的聯(lián)絡(luò)線要求配置獨(dú)立的主保護(hù)，主保護(hù)宜采用光纖縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的規(guī)定，此電站的保護(hù)配置宜按照圖2中（2）圖所示配置，即配置主變保護(hù)+短電纜保護(hù)+線路保護(hù)，在主變高壓側(cè)至出線斷路器間增設(shè)光纖差動(dòng)的短電纜保護(hù)，分別在主變洞及出線平臺(tái)設(shè)置短電纜保護(hù)屏，交流電流回路及跳閘回路等就近接入保護(hù)裝置，兩臺(tái)裝置之間通過光纜通道構(gòu)成差動(dòng)保護(hù)，避免信號(hào)衰減等風(fēng)險(xiǎn)造成保護(hù)誤動(dòng)或者拒動(dòng)。

3結(jié)語

結(jié)合部分水電站電氣主接線型式，本文對(duì)受穿越功率或送出影響的水電站，裝機(jī)容量不大的主變壓器接入高電壓等級(jí)電力系統(tǒng)時(shí)，主變壓器保護(hù)的配置需要考慮的問題進(jìn)行了分析;另外對(duì)受到樞紐布置影響，當(dāng)主變高壓側(cè)電纜敷設(shè)長度過長時(shí)，需要在主變高壓側(cè)增設(shè)短電纜保護(hù)進(jìn)行了分析，為后續(xù)水電站有類似情況的主變壓器繼電保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供借鑒。

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