摘要:本文主要分析110kV變電站中變壓器繼電保護中的薄弱環(huán)節(jié)，變壓器作為變電站的主要設備，與之配合的保護非常重要。并探討繼電保護和二次部分的不足之處并提出相應的改進措施。

　　關鍵詞:110kV變電站變壓器保護故障問題解決措施

　　1前言：

　　近年來,系統(tǒng)電網(wǎng)中多次發(fā)生變電站全停和主變壓器燒毀事故,特別是110kV變電站,其安全可靠性存在著較大的問題。根據(jù)對這些變電站進行了解剖分析，這些110kV變電站的特點是所處的地位都比較重要;都是幾經(jīng)增容改造而成,存在運行時間長、設備老化問題;它們的接線方式和主要設備類型具有代表性;而且從歷史上看,它們都發(fā)生過全站停電或變壓器損壞事故,所以它們能反映該地區(qū)110kV變電站的現(xiàn)狀。通過剖析這幾個變電站得出的結論以及改進措施可以推廣到全地區(qū)。

　　分析和統(tǒng)計資料表明,電網(wǎng)結構和運行方式對變電站可靠性有著至關重要的影響。全停事故中有的是系統(tǒng)電源部分故障引起的。例如某變電站兩條110kV進線雖來自不同的變電站,但兩條線雙T接并經(jīng)同桿并架進入110kV另一變電站,使其電源可靠性大為降低,終因同桿的兩條T接線異名相短路導致該110kV站全停。故對于重要的110kV變電站的供電電源應盡可能實現(xiàn)相對獨立、互不影響的雙電源,運行方式上可采取一供一備方式,并完善備用電源自投設施。

　　另外,從變壓器故障情況來看,10kV出口故障動穩(wěn)定不能滿足要求是主要原因之一。通過對故障變電站分析表明以動穩(wěn)定不滿足要求導致變壓器損壞是情況居多,其中尤以阻抗僅為10%左右的雙卷變壓器為最嚴重�？梢�,一方面應重視10kV側短路容量問題,針對設備性能應定期進行校驗,對10kV短路容量較大的變壓器宜采用分列運行方式,或者考慮采用串聯(lián)限流電抗器的措施，推廣實施變電站出口兩公里的10kV架空線路絕緣化改造等反措手段。

　　另一方面在設備選型上應強調制造質量:選用那些通過短路沖擊試驗并有較好運行業(yè)績的變壓器;應注意參數(shù)選擇:必要時,可適當提高雙卷變壓器的短路阻抗值(40MVA雙卷變選13%～14%、50MVA雙卷變選16%～17%),從而提高其抗沖擊能力。

　　2關于變壓器的后備保護的具體措施

　　總結變壓器事故,可以看出幾個具有普遍性的問題:

　�、偃缜把灾兴���,變壓器由于其低壓側近區(qū)短路,受到大電流的多次沖擊,因動穩(wěn)定破壞而導致變壓器燒毀的情況居多,而由于低壓側短路持續(xù)時間太長導致變壓器內部故障的情況也不乏其例�？梢哉f大部分變壓器耐受瞬間沖擊電流的能力較差,耐受較長時間大電流的能力也很有限,為了防止這種情況,從繼電保護的角度應盡快地切除低壓側母線的故障;

　�、谧儔浩�10kV側保護比較薄弱,10kV母線故障主要依靠主變10kV側過流保護以長延時切除,使變壓器受到長時間大電流沖擊;一旦10kV側過流保護拒動或者斷路器失靈,將依靠其高壓側復合電壓閉鎖過流保護動作于高壓側斷路器,但遺憾的是高壓側過流對于低壓側故障靈敏度不足的情況并不少見,斷路器分斷失敗的情況也時有發(fā)生,以至出現(xiàn)低壓側故障無法切除的嚴重局面。簡言之,低壓側缺少雙重化的保護和缺少斷路器失靈措施的情況比較普遍,應加強之。

　　③10kV出線間隔的故障雖屬于出線故障,但因配電裝置內部電氣距離太近以及現(xiàn)有配電設備的質量欠佳,立即發(fā)展為母線故障之幾率非常高,甚至燒毀臨近的若干間隔形成所謂“聯(lián)燒”的嚴重后果。例如110kV站因一個出線間隔因鼠害造成的A相接地并瞬間發(fā)展成三相短路,而在該出線速斷保護正確動作跳閘的同時已發(fā)展為相臨出線間隔的故障以及母線短路,隨后又因變壓器保護失去直流電源而擴大為全站停電事故。所以10kV母線以及送出線近區(qū)的故障均應補充快速切除的措施。

　　針對上述問題,變壓器后備保護應根據(jù)現(xiàn)場實際情況加以完善,具體措施如下所述。

　　2.1復合電壓閉鎖過流保護

　　任何電力設備和線路在運行中,必須在任何時候由兩套完全獨立的繼電保護裝置分別控制兩臺完全獨立的斷路器實現(xiàn)保護。從而當任一套保護裝置或任一臺斷路器拒絕動作時,能夠由另一套保護或另一臺斷路器動作完全可靠地斷開故障。根據(jù)這個原則,凡變壓器高壓側復合電壓閉鎖過流對低壓母線靈敏度不足者,應在低壓側增加一套過流保護,兩套保護交、直流相對獨立,以防止原低壓側過流保護拒動時變壓器失去保護;低壓側過流保護應增加一個時間段去跳總出口,即先跳低壓側、后跳高壓側,以作為防止低壓側斷路器失靈的措施;另外,為了提高高壓側復合電壓閉鎖對于低壓側短路的靈敏度,高壓側的復合電壓閉鎖應與低壓側復合電壓閉鎖并聯(lián)構成“或門”使用。

　　2.2變壓器接地后備保護

　　鑒于放電間隙過流保護(以下簡稱“間隙保護”)在110kV系統(tǒng)運行情況不夠理想,系統(tǒng)發(fā)生接地故障該保護搶先動作、使不接地變壓器越級跳閘的情況時有發(fā)生,為了避免這種現(xiàn)象而給間隙保護適當增加了延時,留出了相應保護切除接地故障的時間,有效地解決了不接地變壓器間隙保護搶先動作的問題。這種措施是合理的,但同時也應看到,從防止變壓器過電壓的角度而言,間隙保護已從第一位退居第二位,3U0零序過電壓保護上升為第一位的保護。為此,對于新建的110kV變電站110kV母線三相電壓互感器不宜省掉,宜配置完善的中性點零序過流保護、零序過電壓保護和間隙保護,以增加運行方式的靈活性和接地保護的可靠性。

　　2.3重視CT位置的合理性

　　變壓器差動CT在10kV側理想的位置是緊靠斷路器且位于母線側,置10kV斷路器于差動區(qū)內的好處在于當10kV斷路器分斷失敗起弧時可立即由差動保護切除故障�？紤]10kV配電裝置安裝的具體情況,如該CT裝于母線側有所不便,至少也應保證緊靠斷路器。相間過流CT則應盡量靠近變壓器,盡量使套管、引線進入其保護范圍,宜優(yōu)先采用變壓器套管CT。

　　2.4防止直流電源消失的措施

　　變壓器所有保護共用一個直流電源時,當?shù)蛪簜裙收习殡S直流電源消失的情況下,往往導致嚴重后果。

　　為避免上述情況的發(fā)生,除按照“反措要點”的要求提高直流電源的可靠性之外,保證用于同一保護對象的兩套保護具有相對獨立的直流電源是十分必要的。

　　3關于快速切除低壓側近區(qū)故障的問題

　　統(tǒng)計資料表明,變壓器低壓側(10kV側)母線短路或出線近區(qū)短路未能快速切除時均對變壓器構成威脅,往往誘發(fā)較嚴重的設備事故。應采取措施加速切除這類故障。

　　3.1變壓器低壓側加設限時電流速斷保護

　　當高壓側復合電壓閉鎖過流對低壓母線靈敏度不足時,低壓側須增加一套過流保護。將新增保護設置為“限時速斷”保護,與低壓出線速斷配合,第一時限跳本側,第二時限跳總出口。原過流保護則與出線過流配合,第一時限跳本側,第二時限跳總出口;

　　當高壓側復合電壓閉鎖過流對低壓母線有足夠靈敏度時,原低壓側過流設置為兩段式:第一段為限時速斷,與出線速斷配合,作用于跳本側;第二段為過電流,與出線過流配合,第一時限跳本側,第二時限跳總出口。增加了限時速斷之后,一旦出現(xiàn)低壓母線故障的情況,或者送出線近區(qū)故障而其速斷保護拒動或其斷路器分斷失敗的情況,新增的限時速斷將以1至2個級差的短延時迅速跳開變壓器,化險為夷。當然,與過去的配合關系相比犧牲了出線速斷保護拒動情況下的選擇性,卻換取了變壓器及整個配電系統(tǒng)安全性的提高,還是值得的。

　　3.2低壓母線增設母線保護

　　符合下列情況之一者,可以考慮在低壓母線增設母線保護,從而進一步縮短低壓母線故障的切除時間。

　　①220kV變壓器的低壓母線;

　�、诘蛪耗妇�短路容量較大者;

　�、圩儔浩鲗Φ蛪簜榷搪纺褪苣芰�較差者;

　�、茏儔浩鞯蛪簜鹊南迺r速斷保護對本母線靈敏度不足者。

　　作者認為,第2.1項措施是應普遍執(zhí)行的,而第2.2項措施可視具體情況而定。加設什么型號的母線保護也應根據(jù)本站具體情況:已經(jīng)具有母差CT的低壓母線可選用普通的母線差動保護。

　　3.3盡快縮短保護級差

　　縮短保護配合的時間級差對加快后備保護的切除時間效果是顯著的。新建工程多選用微機保護,具備條件,只須盡快將與變壓器后備保護有配合關系的普通時間元件更換為高精度時間元件即可將時間級差從原來的0.5s縮至0.3s。全網(wǎng)的保護級差若能在原來的基礎上縮短至60%,對于縮短故障電流持續(xù)時間、提高設備和系統(tǒng)的安全性,意義也是很大的。

　　4其它相關措施

　　4.1完善備用電源自動投入裝置

　　當110kV變壓器分列運行時,備用電源自動投入裝置(簡稱“備自投”)是提高供電可靠性的重要措施,應認真考慮備投條件,力求其完善、合理。為了提高備投成功率及防止多次沖擊變壓器,可考慮不允許其投于故障。即對于線路備投(包括兩條進線一供一備方式和兩線分列運行由分段開關或橋開關互投方式)僅在線路故障或失壓時動作,而受端母線或變壓器故障時不動作;站內的變壓器備投(包括兩臺變壓器一臺工作一臺備用的備投方式以及兩臺變分列運行的互投方式)則僅在變壓器故障或失壓時動作,而在變壓器低壓側母線及出線故障時不動作。這一點,通過增加“電流閉鎖”或“電流方向閉鎖”是容易實現(xiàn)的。該措施雖失去了當下級設備發(fā)生瞬時性故障時備投成功的可能性,卻使系統(tǒng)和變壓器設備更趨安全。

　　另外,變壓器高、低壓兩側均分列運行,裝設高、低壓兩級備投時,應注意先高壓、后低壓的動作順序,以保證兩級備投的協(xié)調工作。

　　4.2配置故障錄波器

　　鑒于變壓器耐受沖擊及承受穿越電流的能力較差,多次造成損壞,事故的分析往往因無任何實際的錄波和記錄而難以進行,建議110kV變電站應按其重要程度逐步配置故障錄波器,監(jiān)視故障情況下的變壓器電流,以便使今后的故障分析工作更有依據(jù)。

　　5結束語

　　本文主要是針對110kV變電站變壓器因保護配置等問題而發(fā)生故障事故而提出的一些分析意見,所列措施無非是以下兩個方面:

　　其一是完善變壓器保護的措施,如變壓器高壓側過流對低壓側靈敏度不足時在低壓側增加一套過流保護;低壓側過流增加一個時間段去跳總出口;高壓側復合電壓閉鎖與低壓側閉鎖并聯(lián)使用以提高其靈敏度等措施,以滿足對于低壓側故障,具有“兩套保護、兩組斷路器”來切除的基本原則。

　　其二是為保變壓器而增加的一些快速切除低壓側故障以及減少沖擊次數(shù)的措施,如變壓器低壓側增設限時速斷保護、增設母線保護、縮短時間級差以及備投增加閉鎖的措施。應該說明的一點是有些措施更多地強調了保變壓器、保系統(tǒng),不得不使部分用戶的供電可靠性做出一點讓步。例如:低壓線路出口短路其速斷保護拒動或者其斷路器分斷失敗了,我們就不再等待它的二、三段保護而迅速跳開變壓器低壓側斷路器;又如增加了閉鎖的備投裝置,當母線及其下級設備故障使工作電源跳閘時,雖有備投成功的一線希望,但更大的可能性是使變壓器白白多受一次沖擊而備投失敗,所以此時備用電源就不再投了。

 

　　綜上所述，從全面的觀點來衡量,運行方式?jīng)Q定保護方式，通過對系統(tǒng)的分析，合理配置和改造升級變壓器的保護，確保保護能及時動作，確保設備安全。