220kV變電站變壓器保護配置與非電量保護運行維護分析

侯成

（廣東電網(wǎng)有限責任公司珠海供電局，廣東珠海，519000）

1 主變保護裝置配置情況

220kV尖峰變電站＃1、#2主變保護屏（Ⅰ屏、Ⅱ屏、Ⅲ屏）變壓器保護裝置采用WBH-800系列，該系列保護裝置集成一臺變壓器的全部電氣量保護和非電量保護，電氣量保護包括主變差動保護、相間阻抗及接地阻抗保護、復(fù)壓（方向）過流保護、零序（方向）過流保護、失靈啟動、非全相保護等。非電量保護包括非電量保護、錄波、GPS對時等功能。變壓器保護宜采用分布式保護設(shè)備，子單元就地安裝，主單元可安裝于室內(nèi)，主、子單元間應(yīng)采用光纖連接。繼電保護裝置采用就地安裝方式時，應(yīng)采用電纜跳閘。就地安裝的繼電保護裝置應(yīng)具有運行、位高壓設(shè)備繼電保護裝置：置液晶顯示器或指示燈、告警指示信息，同時具有用于調(diào)試、巡檢的接口和外設(shè)，智能保護原理如圖1所示。線路、主變、母差、電抗器等各類高壓設(shè)備保護裝置，實現(xiàn)有關(guān)的繼電保護功能，使用IEC61850通信協(xié)議與監(jiān)控后臺、保護信息子站以及遠動服務(wù)器通信。

2 WBH-800系列主變保護裝置結(jié)構(gòu)及原理

2.1 主變保護裝置硬件結(jié)構(gòu)

圖1 變壓器保護裝置原理圖

圖2 WBH-800系列主變保護裝置硬件框圖

WBH-800系列主變保護裝置采用管理板、啟動板、保護板3個CPU并行工作的.高性能、高可靠性硬件結(jié)構(gòu)，采用32位高性能DSP處理器、32位邏輯處理器和16位的高速AD，保護出口跳閘采用“啟動+保護動作”的方式，杜絕保護裝置硬件故障引起的誤動。軟硬件設(shè)計上采取充分的抗干擾措施，6U全封閉機箱，整體面板，強弱電嚴格分開，裝置的抗干擾能力大大提高，對外的電磁輻射也滿足相關(guān)標準。系統(tǒng)具有完善的A/D采樣回路自檢能避免A/D采樣出錯導(dǎo)致的裝置誤動；開出回路自檢可以準確檢測任一路開出回路斷線或開出擊穿故障，發(fā)出告警并可靠閉鎖保護；定值自檢能夠檢測定值存儲區(qū)出錯、定值越限等；具備+SV、士15V電源自檢功能，當電源電壓不正常時，裝置發(fā)告警信息，并閉鎖保護。系統(tǒng)采用彩色液晶大屏幕顯示，全中文仿Windows菜單模式，人機界面友好[1]。

WBH-800系列主變保護裝置采用程序模塊化設(shè)計，后備保護的配置滿足變壓器的最大要求，并且每個保護及保護的每段每時限均可以根據(jù)用戶要求，利用專用配置工具Prate-800A進行靈活配置。該裝置具有兩個完全獨立的、相同的 CPU 板，并具有獨立的采樣、A/D 變換、邏輯計算及啟動功能，兩塊 CPU 板硬件電路完全一樣并運行相同的程序。CPU 部分硬件框圖如圖2所示。兩塊 CPU 板“與”啟動出口。另有一塊人機對話板，由一片 DSP 專門處理人機對話任務(wù)。人機對話擔負鍵盤操作和液晶顯示功能。正常時，液晶顯示當前時間、各側(cè)電流、電壓、差電流。人機對話中所有的菜單均為簡體漢字。

保護裝置具備上自投切功能，當不使用VQC時，可根據(jù)實際情況選用該功能。其自動切除條件為：三個線電壓任一個大于自投切過壓定值；無保護動作閉鎖信號；斷路器在合位；延時時間到；自投切壓板及相關(guān)控制字投入。自動投入條件為：三個線電壓均小于自投切過壓定值且大于64V；無保護動作閉鎖信號；斷路器在分位；延時時間到；TWJ保持5分鐘以上；自投切壓板及相關(guān)控制字投入。為防止誤自投電容器于故障，手跳、遙跳和有保護動作閉鎖投切開入時，本裝置自動退出“自投切”軟壓板。

2.2 非電量保護原理

WBH-802A裝置具有220kV主變壓器所有的非電量保護功能。其主要原理為非電量觸點經(jīng)保護裝置重動后給出三組信號觸點，同時保護裝置的CPU記錄非電量動作情況。直接跳閘的非電量保護，直接驅(qū)動保護裝置中的跳閘出口繼電器。對需延時跳閘的非電量保護，由CPU計時后按出口矩陣啟動延時出口觸點，再驅(qū)動裝置中的跳閘出口繼電器。220kV變壓器一般只用其中的24路非電量保護，其中12路非電量保護可以通過CPU延時跳閘，延時可以投退。根據(jù)非電量保護不同的動作行為，非電量保護主要包括直接瞬時跳閘，不跳閘和延時跳閘保護，保護原理示意圖如圖3、4、5所示。

3 主變保護裝置采用的關(guān)鍵技術(shù)

圖3 直接瞬時跳閘的非電量保護原理示意圖

圖4 不跳閘的非電量保護原理示意圖

圖5 延時跳閘的非電量保護原理示意圖

主變保護裝置在傳統(tǒng)的勵磁涌流識別技術(shù)基礎(chǔ)上，采用逆向思維，利用變壓器鐵芯在退出飽和區(qū)能正確傳變的特性，創(chuàng)造性的應(yīng)用了獨特的空投主變過程中故障識別專利技術(shù)，既能正確識別勵磁涌流，又能在空投故障變壓器時快速可靠地開放差動保護。同時采用虛擬制動量的TA飽和識別專利技術(shù)，既能有效防止區(qū)外故障保護誤動作，又能保證在區(qū)內(nèi)故障及區(qū)外故障發(fā)展成為區(qū)內(nèi)故障時保護的快速動作。并采用了變壓器差動保護綜合判據(jù)和變特性區(qū)的理念。綜合判據(jù)除傳統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)量差動外，還配置了故障分量差動，形成了判據(jù)間的冗余性和互補性；在實現(xiàn)方法上，細化故障類型，針對不同的故障類型，設(shè)置不同的動作特性曲線和動作特性區(qū)。綜合判據(jù)和變特性區(qū)的技術(shù)，對于故障特性明顯的內(nèi)部嚴重故障，快速判別，快速動作，保證速動性。對于故障特征不明顯的內(nèi)部故障，比如高阻接地、輕微匝間短路，采用冗余判別，保證可靠性和靈敏性。

系統(tǒng)采用多段、多折線的方法，能夠快速切除區(qū)內(nèi)嚴重故障，同時也保證輕微故障、復(fù)雜故障的靈敏度。采用長短數(shù)據(jù)窗結(jié)合的多重算法，大大提高軟件的抗干擾能力。保護裝置具有增量差動保護功能，不受負荷電流影響，靈敏度高，抗TA飽和能力強，能夠靈敏反應(yīng)輕微匝間短路及繞組經(jīng)高阻接地等故障。 另外，保護裝置具有獨特的傳動試驗設(shè)計，可選擇“按通道傳動”和“按保護傳動”兩種方式，不僅能檢驗現(xiàn)場各跳閘回路的接線，還可以在不施加電流電壓的情況下，檢驗各個保護的動作跳閘情況。

WBH-800系列保護裝置采用模塊化設(shè)計編程方式，可利用專用配置工具Prate-800A，根據(jù)不同的需求對以上保護模塊進行配置，選擇退出的保護模塊，對用戶是屏蔽的。本裝置可以適應(yīng)變壓器多種接線的要求，圖6為WBH-801A在220kV變壓器典型的接線(三圈變壓器，高、中壓側(cè)為雙母帶旁路，低壓側(cè)帶分支)的應(yīng)用配置方案。

4 通信技術(shù)實現(xiàn)

圖6 WBH-801A 典型應(yīng)用配置

WBH-800系列主變保護裝置通信功能較豐富，提供6個通信串口，可靈活選擇RS-485或RS-2犯。每個串口的作用、波特率及校驗方式均可以靈活配置。提供有GPS時鐘同步接口、PC調(diào)試口、就地打印口，另外還提供有兩個以太網(wǎng)接口。通信接口兼容性、開放性強，支持IEC60870-5-103通訊規(guī)約。通過通信對點菜單，使裝置向自動化非常方便地進行通信對點試驗。系統(tǒng)具有手動啟動錄波并打印功能，可打印出正常時各側(cè)的電流電壓的幅值、相位，方便用戶在變壓器投運時進行各側(cè)電流電壓的極性校驗?，F(xiàn)場可在不具備保護功能試驗條件的情況下，監(jiān)控系統(tǒng)上送相關(guān)保護動作信息、告警信息等， 可記錄100次故障、8次故障波形、200次異常信息。錄波數(shù)據(jù)與COMTRADE兼容。

5 220kV主變非電量保護裝置運行維護分析

在220kV主變非電量保護裝置運維過程應(yīng)通過技控和人控手段開展，全面提高變壓器非電量保護管理水平，提高變壓器可用系數(shù)；全面降低變壓器強迫停運率，降低變壓器非電量保護誤動事件概率。

5.1 非電量運維技控分析

（1）通過主變電量保護裝置本身的結(jié)構(gòu)原理、關(guān)鍵技術(shù)、通信技術(shù)實現(xiàn)對保護裝置進行更為方便、詳盡的監(jiān)視與控制。應(yīng)注意二次回路、保護控制回路、電源切換回路等位置信息，單一元件異?？赡軐?dǎo)致誤動跳閘的情況、動作回路配置及邏輯等要點。

（2）運用風險防范管控技術(shù)開展運維工作，重點關(guān)注非電量保護誤跳閘風險。

（3）運用缺陷管理技術(shù)，及時關(guān)注非電量保護裝置運行情況。做好缺陷發(fā)現(xiàn)、缺陷過程管理及消缺等，確保保護裝置健康運行。

（4）運用定期檢驗技術(shù)開展非電量保護裝置及其二次回路器件定檢試驗工作。制定定期檢驗周期計劃，按規(guī)定要求的期限、項目進行保護裝置的全檢及部檢，及時發(fā)現(xiàn)和消除保護存在的問題。

5.2 非電量保護人控分析

人控是提高非電量保護裝置的重要手段，相關(guān)專業(yè)管理及運維人員對所轄變壓器非電量保護裝置的原理、結(jié)構(gòu)、配置及規(guī)范要求應(yīng)熟悉掌握，開展相關(guān)培訓工作，組織開展變壓器非電量保護專業(yè)技能考核，提升人員非電量保護專業(yè)技能。

堅持以問題為導(dǎo)向，及時梳理排查非電量保護存在的問題，優(yōu)化變電站現(xiàn)場運行規(guī)程，完善變壓器非電量保護報警應(yīng)急處置措施及流程。重點完善輕、重瓦斯保護報警，壓力釋放閥動作或漏油，油溫高或油溫異常告警以及冷卻器全停告警的應(yīng)急處置措施及流程。

6 結(jié)論

WBH-800系列主變保護裝置運用在220kV尖峰變電站＃1、#2主變保護上，通過長期運行效果來看，故障率低，保護功能齊全、維護工作量較少，具備智能保護的特點和良好人機界面功能，而且操作簡便、靈活、可靠。