電力系統中線路變壓器組繼電保護的優化研究

王娟

摘 要：隨著時代的進步，電力行業的發展也越來越迅速。一些地區也不斷有電廠接入電網。一般情況下為了節省投資，多會采用線路變壓器組的主接線方式并網。線路變壓器組接線就是線路和變壓器直接相連，是一種最簡單的接線方式，其特點是設備少、投資省、操作簡便、宜于擴建。由于該接線方式，其保護功能配置與二次回路設計也與一般情況下有所不同，基于此，本文以某實例對某電廠線路變壓器組繼電保護展開相關論述。

關鍵詞：電力系統;保護配置;二次回路;重合閘;線路變壓器組

一、某電廠的接線方式與保護配置

1、一次接線方式。一次接線應根據符合等級要求保證供電可靠性;同時主接線應力求簡單、運用靈活、操作安全方便。如圖1所示，某電廠110kV并網線路僅通過1臺斷路器與110kV主變壓器直接連接，形成獨立的接線單元，線路與主變壓器之間無110kV母線及110kV橋斷路器連接;10kV側裝有1段母線，連接有發電機、TV等元件。電廠一次接線的特殊之處在于：110kV線路與主變壓器共用1臺斷路器，且110kV側僅有1組電壓互感器。

2、保護配置。110kV并網線電廠側為電源點，故配置1套線路保護，為了利于保護整定配合，兼顧繼電保護的靈敏性與選擇性，除距離、零序（方向）及自動重合閘外，線路保護還集成了光纖電流差動功能，此外操作箱插件也配置在線路保護裝置中。主變壓器配置差動、后備及非電量保護，均按分箱配置;主變壓器各側控制回路集成在同一臺操作箱裝置中，與保護獨立配置并組于同一面屏柜。

二、該電廠的電流二次回路問題

1、TA配置及繞組分配問題。由于電廠主變壓器與110kV線路均配置了能快速切除故障的差動保護，為充分發揮保護的性能，消除保護死區，主變壓器差動保護與線路保護范圍應盡量交叉。考慮高壓側斷路器TA配置1臺的情況，如圖2（左）所示，高壓側斷路器僅線路側裝設1臺TA，主變壓器差動保護與線路保護均取自該TA。為盡可能滿足主保護范圍交叉的原則，主變壓器差動保護所用繞組1LH應位于110kV線路保護所用繞組2LH靠外側（線路側），在1LH與2LH繞組之間發生短路時，主變壓器差動保護與110kV線路保護將同時動作，跳開主變壓器兩側斷路器與線路對側斷路器將故障快速切除。采用該方案時需要注意的事項如下：

①由于高壓側斷路器僅有1臺TA，當TA最靠近斷路器的繞組與斷路器之間發生短路時，對于線路保護屬于區外短路，主變壓器差動保護動作跳開主變壓器兩側斷路器后，系統將繼續向故障點輸送短路電流，然后由110kV線路對側Ⅱ段保護（如距離Ⅱ段、零序Ⅱ段）經短延時動作隔離故障：所以當斷路器與TA之間短路時，故障無法實現快速切除。220kV及以上電壓等級的線變組可采用主變壓器保護出口時啟動遠跳的方法實現快切故障;110kV及以下線路無快切要求，主變壓器保護動作無需啟動遠跳。

②當斷路器TA在吊裝時造成了一次側反向（即P1、P2顛倒），則1LH將位于2LH靠主變壓器側，若一、二次繞組均不作調整，將導致1LH與2LH之間存在死區，如圖2（右）所示。故當TA吊裝顛倒時，應將1LH用于線路保護，2LH用于主變壓器差動（此時二次側應反向接線進行方向糾正），或將TA一次側倒轉方向后進行重新吊裝，以解決TA一次側反向帶來的保護死區問題。

2、電流極性、方向問題。電流互感器是依據電磁感應原理將一次側大電流轉換成二次側小電流來測量的儀器。它一般按減極性原則設置，即一次側從P1流入，P2端流出，則二次側從S1端流出。通常TA一次繞組P1端位于靠出線側，P2端位于靠母線側，電流以流出母線為正方向。然而線變組接線電廠110kV側無母線，造成了該側TA一次P1、P2朝向該如何布置沒有明確的參照點。若TA二次側S1、S2朝向與一次側P1、P2朝向不對應導致電流極性接反，將存在以下風險：①110kV線路區外故障時，線路差動保護誤動;110kV線路區內故障時，線路距離保護、帶方向的零序保護拒動;②主變壓器區外故障時，差動保護誤動;主變壓器后備保護所指向的正方向故障時，后備保護拒動;③110kV線路正方向故障時，故障錄波測距將錯誤地認為是區外故障，導致正向故障時無錄波測距信息;110kV線路反方向故障時，故障錄波測距將錯誤地認為是區內故障。以上所述表明，合理、正確地設置TA二次繞組接線的方向對于確保保護正確動作起到了極為關鍵的作用。如圖3所示，TA一次繞組P1位于線路側，P2位于主變壓器側。主變壓器差動、后備保護以指向主變壓器為正，故二次側電流應從S1端流出;線路保護、故障錄波以指向線路為正，故二次側電流應從S2端流出。

三、該電廠110kV并網線重合閘問題

1、重合閘方式選擇。故障清除后的短時間內閉合斷路器稱之為重合。為縮短線路故障后恢復送電的操作步驟和時間，110kV并網線路的電廠側可考慮投入自動重合閘。為防止非同期并列，110kV并網線路系統側重合閘應選擇檢線路無壓方式，電廠110kV線路重合閘可考慮檢同期方式。由于升壓站無110kV母線，故僅在110kV線路側裝設了1組TV，取10kV母線某單相電壓或相間電壓作為抽取電壓Ux。電廠主變壓器為Y/△-11接線方式，即低壓側電壓超前高壓側電壓30°，如圖4所示。若在110kV線路保護跳閘啟動重合閘時直接進行檢同期比較，將存在以下風險：①線路跳閘后若發電機與電網一次系統始終保持同期，則二次電壓將存在一定的角度差，最終將導致重合閘檢同期不成功而動作失敗;②線路跳閘后若發電機與電網一次系統始終不能保持同期但未解列，若在某一時刻低壓側一次電壓滯后高壓側一次電壓約30°時，二次電壓恰好能滿足同期條件，從而重合閘順利地“檢同期”成功而動作，將可能帶來非同期并列的后果。考慮到以上因素，在電壓同期比較時可在微機保護程序中對同期電壓Ux進行-30°的轉角處理，使高壓側線路與低壓側母線一、二次電壓相位差始終相等。

2、重合閘閉鎖回路設計。重合閘是保證電力系統可靠運行的重要手段之一，線變組接線的電廠，由于110kV線路與主變壓器高壓側共用1臺斷路器，為防止主變壓器故障時“不對應啟動重合閘”動作而導致斷路器重合于永久故障，在二次回路設計時應考慮主變壓器保護動作時閉鎖110kV并網線路重合閘。此處選用間接閉重方式：對于操作箱設有TJR永跳繼電器的110kV線路保護，宜采取間接閉重的方式，即主保護、后備保護及非電量保護出口并聯后直接接入110kV線路保護操作箱TJR永跳回路，TJR繼電器的1副接點通過裝置內部回路閉鎖線路保護重合閘。若出口接入主變壓器保護屏操作箱TJR回路，將無法直接達到閉鎖線路重合閘的效果，4套主變壓器保護裝置仍需各輸出第2副接點至線路保護閉重開入。

四、該電廠110kV斷路器控制回路問題

斷路器的作用是切斷和接通負荷電路，以及切斷故障電路，防止事故擴大，保證安全運行。由于該電廠110kV線路與主變壓器高壓側共用1臺斷路器，且110kV線路保護自帶操作插件，同時主變壓器保護屏配有1臺操作箱裝置，此處使用線路保護操作箱。當高壓側斷路器使用線路保護自帶操作箱的控制回路時，保護裝置可通過內部回路監視其自帶操作箱采集到的斷路器位置，當HWJ=0且TWJ=0時認為斷路器控制回路斷線并發告警信號。

五、小結

綜上所述，本文以某電廠采用線路主變壓器組的主接線方式并網為例，對其涉及的接線方式與保護配置、電流二次回路問題、并網線路的重合閘問題以及斷路器控制回路等繼電保護問題進行討論，以期為今后的相關工作提供參考。

參考文獻

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