基于220kV 電網(wǎng)仿真系統(tǒng)的變壓器后備保護(hù)探討

白鐔

（商洛學(xué)院，陜西 商洛726000）

電力系統(tǒng)與民眾的日常生產(chǎn)、生活緊密相連，其中電力變壓器屬于電力系統(tǒng)最關(guān)鍵的設(shè)施之一，其平時(shí)工作的穩(wěn)定性將會(huì)對(duì)整個(gè)電網(wǎng)的穩(wěn)定性產(chǎn)生直接影響。所以，電力部門(mén)必須對(duì)電力變壓器予以高度重視，使其相應(yīng)的保護(hù)工作能夠落實(shí)到位，從而避免電網(wǎng)系統(tǒng)、設(shè)備等被破壞。

1 電網(wǎng)仿真系統(tǒng)概述

1.1 電網(wǎng)仿真系統(tǒng)主要特征

（1）實(shí)時(shí)仿真、便于使用：此類(lèi)軟件方便運(yùn)行，并不會(huì)受到過(guò)多因素影響，便于更新、維護(hù)，同時(shí)有較強(qiáng)靈活性，也無(wú)需過(guò)多的投入資金。

（2）操作簡(jiǎn)單、有直觀(guān)界面：此類(lèi)軟件的操作界面中擁有變電站的概況、工作狀況、繼電保護(hù)屏、控制室、直流系統(tǒng)/站用電以及就地操作屏，切換方便，有關(guān)控制和實(shí)際工作現(xiàn)場(chǎng)較為接近。

（3）內(nèi)容全面、組合靈活：仿真系統(tǒng)在進(jìn)行仿真操作時(shí)，其功能包含了各項(xiàng)簡(jiǎn)單以及復(fù)雜操作，能夠?qū)\(yùn)行工況展開(kāi)實(shí)時(shí)模擬，對(duì)不同工況進(jìn)行組合，可以為人們營(yíng)造仿真的現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境[1]。

1.2 電網(wǎng)仿真系統(tǒng)主要功能

（1）基本操作：①變壓器、母線(xiàn)與線(xiàn)路停復(fù)役；②變壓器分接頭與設(shè)備補(bǔ)償調(diào)試；③電抗器、電容器停復(fù)役；④五防操作。

（2）處理故障與異常事故：①變壓器、母線(xiàn)與線(xiàn)路瞬時(shí)故障；②電抗器、電容器故障；③變壓器、母線(xiàn)與線(xiàn)路永久故障；④開(kāi)關(guān)誤動(dòng)、拒動(dòng)故障；⑤保護(hù)誤動(dòng)、拒動(dòng)故障。

（3）保護(hù)與自動(dòng)裝置：①微機(jī)保護(hù)；②自動(dòng)裝置；③常規(guī)保護(hù)。

2 某220kV 變電站介紹

變電所的電氣部分主體即電氣主接線(xiàn)，其能夠?qū)⒒芈烽g互相關(guān)聯(lián)、內(nèi)部各設(shè)施、裝置等作用以及連接模式等有效反映出來(lái)，如圖所示。

電氣主接線(xiàn)最基本的形式包含了無(wú)匯流母線(xiàn)以及有匯流母線(xiàn)，而這兩種母線(xiàn)也各自擁有差異性較大的接線(xiàn)方式。在該220kV 變電站的仿真系統(tǒng)當(dāng)中，其主接線(xiàn)通常會(huì)由35kV 單母線(xiàn)的六分段接線(xiàn)以及220kV 雙母線(xiàn)的四分段接線(xiàn)所構(gòu)成。

在220kV 雙母線(xiàn)接線(xiàn)方式當(dāng)中，一般擁有2 臺(tái)母聯(lián)斷路器，并且以八回出現(xiàn)，而其中六回屬于聯(lián)絡(luò)線(xiàn)，另外有一回屬于終端線(xiàn)，最后一回屬于聯(lián)絡(luò)線(xiàn)；變電站內(nèi)有3 臺(tái)35kV/220kV 調(diào)壓變壓器；2 臺(tái)380V/35kV 站用變。

此變電站變壓器的保護(hù)計(jì)劃為：主要和后備的保護(hù)相分，進(jìn)行單重化的配置，并且于低壓與高壓側(cè)都配置1 臺(tái)變壓器后備保護(hù)，并且都安裝有相應(yīng)的智能化裝置。

該變電站中的T1、T2 和T3 主變的保護(hù)配置有以下設(shè)置：斷路器失靈、輕瓦斯、重瓦斯、差動(dòng)、35kV 過(guò)流、220kV 零流和零壓、220kV 過(guò)負(fù)荷、35kV 零流、220kV 過(guò)流以及220kV 速斷等[2]。變電站的接地變保護(hù)有以下配置設(shè)置：輕瓦斯、重瓦斯、速斷、零流以及過(guò)流。

3 變壓器接地短路故障后備保護(hù)

3.1 相應(yīng)原理

此變電所中，多臺(tái)變壓器以并列方式展開(kāi)工作。在此工作模式當(dāng)中，一般會(huì)使一些變壓器的中性點(diǎn)以接地的方式工作，而其余變壓器的中性點(diǎn)則會(huì)以不接地的方式工作。如此便能夠把接地故障的電流水平局限于允許的范圍當(dāng)中，另外也能夠讓整體電網(wǎng)系統(tǒng)的零序電流分布狀況及其大小，盡可能地不會(huì)受到工作模式的改變而出現(xiàn)變化，進(jìn)而確保零序保護(hù)能夠存在充足靈敏度以及穩(wěn)定保護(hù)范圍。所以，在整體電力系統(tǒng)里，變壓器的接地故障后備保護(hù)主要有兩類(lèi)，即：①中性點(diǎn)一部分接地展開(kāi)的零序電流保護(hù)；②中性點(diǎn)直接（全部）接地展開(kāi)的變壓器零序電流保護(hù)。

3.2 變壓器接地短路故障后備保護(hù)實(shí)驗(yàn)仿真過(guò)程

（1）故障類(lèi)型1：一號(hào)主變壓器的220kV 側(cè)速斷拒動(dòng)、引出線(xiàn)接地短路以及一號(hào)主變的縱差動(dòng)保護(hù)出現(xiàn)拒動(dòng)。①故障仿真實(shí)驗(yàn)的效果：所有線(xiàn)路跳閘，變電站全站都處于停電狀態(tài)。②相應(yīng)分析：此類(lèi)故障的主要原因是變壓器靈敏度比輸電線(xiàn)路后備保護(hù)的靈敏度低，因此輸電線(xiàn)路后備保護(hù)動(dòng)作比變壓器的后備保護(hù)動(dòng)作更優(yōu)先。按照繼電保護(hù)選擇性特點(diǎn)，為了使停電范圍被有效減少，應(yīng)當(dāng)把零流Ⅱ段的保護(hù)動(dòng)作當(dāng)作主變壓器220kV側(cè)引出線(xiàn)相應(yīng)短路故障后備保護(hù)。③結(jié)合速動(dòng)性、選擇性以及靈敏性，可以采取的改進(jìn)措施為：第一，使220kV 零流Ⅱ段的保護(hù)動(dòng)作整定時(shí)間以及整定值被有效降低；第二，對(duì)220kV 線(xiàn)路的后備保護(hù)動(dòng)作時(shí)間、整定值進(jìn)行合理調(diào)整，對(duì)相應(yīng)后備保護(hù)范圍進(jìn)行縮減，從而使選擇性要求得到充分滿(mǎn)足。

（2）故障類(lèi)型2：故障一：一號(hào)主變壓器的220kV 側(cè)速斷拒動(dòng)、220kV 側(cè)的引出線(xiàn)出現(xiàn)相間短路以及一號(hào)主變的縱差動(dòng)保護(hù)出現(xiàn)拒動(dòng)。故障仿真實(shí)驗(yàn)的效果：一號(hào)主變出現(xiàn)跳閘現(xiàn)象，220kV 出現(xiàn)過(guò)流保護(hù)動(dòng)作。故障二：一號(hào)主變壓器的220kV 側(cè)速斷拒動(dòng)、35kV 側(cè)的引出線(xiàn)出現(xiàn)相間短路以及一號(hào)主變的縱差動(dòng)保護(hù)出現(xiàn)拒動(dòng)。故障仿真實(shí)驗(yàn)的效果：一號(hào)主變出現(xiàn)跳閘現(xiàn)象，220kV 出現(xiàn)過(guò)流保護(hù)動(dòng)作。

相應(yīng)分析：一號(hào)主變壓器35kV 側(cè)的引出線(xiàn)出現(xiàn)接地短路故障，通常是由變壓器主保護(hù)（主變縱差動(dòng)保護(hù)拒動(dòng)）與220kV側(cè)的速斷拒動(dòng)出現(xiàn)保護(hù)動(dòng)作，然而在其主保護(hù)出現(xiàn)拒動(dòng)故障的時(shí)候，便會(huì)由相應(yīng)后備保護(hù)展開(kāi)保護(hù)啟動(dòng)，在該仿真系統(tǒng)當(dāng)中，一號(hào)主變壓器35kV 側(cè)的引出線(xiàn)出現(xiàn)接地短路時(shí)，對(duì)應(yīng)后備保護(hù)是接地變零序的過(guò)流保護(hù)。

（3）故障類(lèi)型3：35kV 的母差保護(hù)出現(xiàn)拒動(dòng)故障，一母A 相出現(xiàn)接地短路。①故障仿真實(shí)驗(yàn)的效果：35kVⅠ段的開(kāi)關(guān)零流以及接地變的零流Ⅰ段發(fā)生動(dòng)作。②相應(yīng)分析：35kV 的一母A相出現(xiàn)接地短路故障時(shí)，應(yīng)該由相應(yīng)主保護(hù)的母差發(fā)生保護(hù)動(dòng)作。如果對(duì)應(yīng)主保護(hù)出現(xiàn)拒動(dòng)的狀況，就需要由后備保護(hù)進(jìn)行保護(hù)。在此仿真系統(tǒng)當(dāng)中，變壓器后備保護(hù)也屬于母線(xiàn)后備保護(hù)，所以在35kVⅠ段的開(kāi)關(guān)零流以及接地變的零流Ⅰ段發(fā)生動(dòng)作的時(shí)候，需要將變壓器兩側(cè)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，從而使故障被有效切除。

3.3 實(shí)驗(yàn)總結(jié)

優(yōu)化方案：在正式使用變壓器，特別是那些大型變壓器前，需要展開(kāi)空載合閘實(shí)驗(yàn)，借助實(shí)驗(yàn)選擇最合適的后備保護(hù)模式，對(duì)相應(yīng)方案進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)；在對(duì)靈敏性以及選擇性兼顧的基礎(chǔ)上，對(duì)主變后備保護(hù)的起動(dòng)定值或者時(shí)限加以調(diào)整。

總體而言，在電網(wǎng)整體工作過(guò)程中，變壓器的后備保護(hù)工作意義深遠(yuǎn)。這主要是由于變壓器的自身可靠性，將會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性產(chǎn)生直接影響，因此有關(guān)部門(mén)需要確保變壓器后備保護(hù)工作的可靠性以及靈敏度，并且借助仿真系統(tǒng)對(duì)各類(lèi)故障問(wèn)題展開(kāi)深入探討，確保電網(wǎng)系統(tǒng)可以更安全地運(yùn)行。