一種針對變電站遠距離供電的220kV等級變壓器保護方法

劉玉濤

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一種針對變電站遠距離供電的220kV等級變壓器保護方法

劉玉濤

（大唐黃島發電有限責任公司，山東青島 266500）

針對一種遠距離供電的變壓器接線，為了避免差動保護電流回路二次接線距離較長導致的回路易受干擾，電力互感器負載過大、選型困難問題，本文提出了“線路光纖差動+變壓器差動”保護方法，論述了這種保護方法的原理及實現，并設計了相關回路的連接與配合。

變壓器保護；遠距離供電；線路保護；遠跳；遠傳

黃島電廠位于青島市黃島區，供電范圍主要為青島市。根據最新電廠、電網發展形勢，黃島電廠內新建220kV新升壓站，將電廠#3、#5、#6機組及所有的6回220kV出線以及#3機組的備用電源#02高備變，#5、#6機組的備用電源#03高備變等設備均由220kV老升壓站改接進220kV新升壓站，由此導致兩臺高備變高壓側電纜供電距離變長，達1.5km。而與之配套的常規變壓器差動保護將會因二次接線過長，使得電流互感器負載過大，選型困難。本文提出了一種“線路光纖差動+變壓器差動”的保護方法，很好地解決了這個問題。

1 問題的出現

受廠區場地限制，黃島電廠220kV新升壓站址選在220kV線路出線龍門架附近，而#02高備變、#03高備變位于老廠內，距離220kV新升壓站達1.5km，如圖1所示。

圖1 黃島電廠220kV新升壓站電氣主接線圖

一般地，常規保護方案如圖2所示，變壓器的高低壓側電流、電壓回路、跳合閘回路采用常規二次電纜連接。

圖2 實施例的電廠常規保護方案示意圖

這種方案存在的問題：變壓器高壓側電纜供電距離較長導致對側的CT二次電纜距離長，負載大，導致CT二次負載超過額定容量，造成CT選型困難；而且二次跳合閘回路過長易受超高壓、雷電、電磁干擾，二次電纜絕緣存在隱患以及由此造成誤合、誤跳的風險。

2 解決方案

2.1 方案的提出

為了解決上述問題，提出了一種針對變電站遠距離供電的220kV等級變壓器的保護方法，如圖3所示。

采用光纖縱差保護作為變壓器高壓側至220kV GIS開關之間的1.5km高壓電纜的主保護，替代常規變壓器差動保護作為變壓器及1.5km高壓電纜的主保護的方案，變壓器差動保護只是保護變壓器本體高壓側套管至變壓器低壓側出線開關。

2.2 方案的保護配置

在220kV新升壓站側保護室配置兩套220kV光纖縱差保護，與220kV母線保護的保護區形成交叉保護。

在#02起備變變壓器本體附近修建保護小室，放置220kV光纖縱差保護柜、變壓器保護柜，保護雙重化配置。220kV光纖縱差保護作為短引線保護與變電站側光纖縱差保護互為配合，同時與變壓器差動保護形成交叉保護。

圖3 實施例的電廠新的保護方案的示意圖

2.3 方案的實施

本實施例選用南瑞繼保PCS-931L光纖差動保護。

PCS-931L光纖差動保護裝置采樣得到遠跳開入為高電平時，經過專門的互補校驗處理，作為開關量，連同電流采樣數據及CRC校驗碼等，打包為完整的一幀信息，通過數字通道，傳送給對側保護裝置。對側裝置每收到一幀信息，都要經過CRC校驗，經過CRC校驗后再單獨對開關量進行互補校驗。只有通過上述校驗后，并且連續3次確認后，才認為收到的遠跳信號是可靠的。收到經校驗確認的遠跳信號后，若整定控制字“遠跳經起動閉鎖”整定為“0”，則無條件置三跳出口，起動失靈出口，同時閉鎖重合閘；若整定為“1”，則需本裝置起動才出口。

PCS-931L光纖差動保護裝置配置有遠跳1和遠跳2遠方跳閘開入，并配置YT1（收遠跳1）、YT2收（遠跳2）開出節點。當收遠跳1、遠跳2滿足出口條件時，相應開出節點動作。

PCS-931L光纖差動保護裝置配置遠傳1、遠傳2、遠傳3的開入節點。同遠跳一樣，裝置也借助數字通道分別傳送遠傳1、遠傳2、遠傳3。區別在于接收到對側遠傳信號后，并不作用于本裝置的跳閘出口，而只是如實的將對側裝置的開入節點狀態反映到對應的開出節點上[2]。

基于PCS-931L光纖差動保護裝置的上述遠跳、遠傳功能，本保護方案利用了PCS-931L光纖差動保護裝置的“遠跳”功能實現了變壓器保護動作后失靈起動及保護跳閘、利用PCS-931L光纖差動保護裝置的“遠傳”功能實現了變壓器保護動作后給失靈保護的失靈解復壓閉鎖、以及實現了非電量保護的遠方跳閘，替代了常規二次電纜的對上述功能的電氣量傳輸。

2.4 保護裝置之間的配合

1）斷路器失靈保護

若變壓器保護動作（不含非電量保護），變壓器保護高壓側跳閘出口接到變壓器側PCS-931L遠跳回路，變電站側PCS-931L跳閘出口去跳高壓開關，還有變電站側PCS-931L遠跳起動失靈出口接到母差保護失靈起動回路。變壓器保護解除失靈復壓閉鎖出口接入變壓器側PCS-931L遠傳回路1，變電站側PCS-931L遠傳收信出口1接到母差保護解除失靈復壓閉鎖回路。遠跳和遠傳的結合利用實現了變壓器故障時母差保護的起動問題，并最終由母線保護實現了斷路器失靈保護。若短引線保護動作，變電站側PCS-931L光差保護動作出口直跳高壓開關，失靈出口接入母差保護失靈起動回路，并最終由母線保護實現了斷路器失靈保護。

圖4 實施例的變壓器側光差保護遠跳及遠傳開入示意圖

圖5 實施例的220kV升壓站保護室光差保護動作出口示意圖

2）變壓器非電量保護的動作行為

變壓器內部故障，變壓器非電量保護動作，把非電量（瓦斯）保護經非電量裝置保護出口接到變壓器側PCS-931L遠傳回路2，變電站側PCS-931L遠傳收信出口2直接接到GIS開關操作箱不起失靈TJF跳閘回路。達到了非電量保護跳閘不起動失靈保護的反措要求。

3）變壓器高低壓側開關跳閘動作

若變壓器保護動作（不含非電量保護）高壓側跳閘出口接到變壓器側PCS-931L遠跳回路，變電站側PCS-931L遠跳出口跳高壓開關。變壓器保護動作（含非電量保護）低壓側跳閘出口直接接到低壓側相關開關跳閘回路。若短引線保護動作，則變壓器側PCS-931L光差保護動作出口接到低壓側相關開關跳閘回路，變電站側PCS-931L光差保護動作出口直跳高壓開關。

3 實施的效果

3.1 方案的優點

220kV光纖縱差保護裝置直接采用光纖纖心通信，省卻了其他環節，其抗電信號干擾能力突出，故障概率低，光纖通道連接簡單方便，光纖保護利用光纖通道進行數據交換，可以交換兩側電流數據，也可以交換開關量信息，實現一些輔助功能，其中就包括遠跳、遠傳功能。本保護方案就是很好的利用了220kV光纖縱差保護裝置的遠跳、遠傳功能，針對遠距離供電的變壓器接線形式，成功實施了“線路光纖差動+變壓器差動”的保護方法。

3.2 運行情況

本方案于2015年10月20日完成，運行情況良好、動作可靠。其中2016年5月15日04時40分，02號高備變“重瓦斯”保護動作跳閘。經查：連接瓦斯繼電器二次回路絕緣有損傷，干燥天氣時檢測正常，因下雨導致二次回路損壞處絕緣破壞，導致保護誤動。雖是誤動，但保護動作行為為正確動作，說明本保護方案還是安全可靠的。

4 結論

對于遠距離供電的變壓器，采用“線路光纖差動+變壓器差動”保護方法是可行的。利用220kV光纖差動保護中的“遠跳”功能，實現了變壓器保護動作后失靈起動及保護跳閘；利用“遠傳”功能，實現了變壓器保護動作后給失靈保護的失靈解復壓閉鎖以及實現非電量保護的遠方跳閘；利用220kV光纖差動保護的通信鏈路所具有的對電場絕緣、頻帶寬和衰耗低等獨特優勢，解決了常規保護CT選型困難、易受干擾等問題。本方案在黃島廠的應用，為遠距離供電變壓器提供了一種安全可靠、值得推廣的新途徑。

[1] 電力工程電氣設計手冊電氣二次部分[M]. 北京: 水利電力出版社, 1992.

[2] PCS-931L_X_說明書_國內中文_國內標準版_X_R1.00

[3] NSR-371A-SD母線保護說明書V1.01-20150608.

The Protection Method for 220kV Transformer of Long-Distance Power Supply Substation

Liu Yutao

(Datang Huangdao Power Generation Co., Ltd, Qingdao, Shandong 266500)

Aimed at a kind of long-distance power supply transformer wiring, “optical differential+ transformer differential” protection methods were put forworded in order to avoid loop interference about long differential protection current loop secondary wiring distance,large power transformer load and difficult selection problem.The principle and implementation of the protection methods were discussed and the relevant circuit connection and cooperation were designed.

transformer protection; long-distance power supply; line protection; teletransmission; teleadjusting

劉玉濤（1979-），男，山東省青島市人，大唐黃島發電有限責任公司，工程師，從事發電廠繼電保護方面的工作。