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技術(shù)文章

變壓器保護配置方案及二次回路設(shè)計
DQZHAN技術(shù)訊：變壓器保護配置方案及二次回路設(shè)計

摘要：電力變壓器是電力系統(tǒng)中非常重要的電力設(shè)備之一，它的**運行對于保證電力系統(tǒng)的正常運行和對供電的可靠性

以及電能質(zhì)量起著決定性的作用。針對35kV變電站YD11型變壓器，介紹了二次保護設(shè)計原則及設(shè)計流程，并以CSCL2000

系列裝置為例，設(shè)計了35kV變電站中變壓器的保護配置方案以及二次回路系統(tǒng)。結(jié)果證明，該設(shè)計方案提高了二次回路的

設(shè)計效率。

關(guān)鍵詞：變壓器保護 差動 后備保護 保護配置 二次回路




0 引言




電力變壓器是電力系統(tǒng)中大量使用的重要電氣設(shè)備，它的**運行是電力系統(tǒng)可靠工作的必要條件。雖然它無旋轉(zhuǎn)部件，結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠性高，但在實際運行中仍然會發(fā)生故障和不正常工作狀態(tài)[1]。




電力變壓器是電力系統(tǒng)中的重要設(shè)備，其**運行關(guān)系到整個電力系統(tǒng)能否連續(xù)穩(wěn)定地工作。而隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，特別是現(xiàn)代新材料、新工藝的發(fā)展，變壓器容量不斷增大，對變壓器保護的快速性和可靠性也提出了更高的要求。它的主保護主要包括瓦斯保護、縱差動保護。瓦斯保護主要保護變壓器內(nèi)部各種故障?？v聯(lián)差動保護主要是對變壓器的繞組，套管及引出線上的故障。




二次回路是電力系統(tǒng)**、經(jīng)濟、穩(wěn)定運行的重要保障，是變配電所電氣系統(tǒng)的重要組成部分。二次回路是一個具有多種功能的復雜網(wǎng)絡(luò)，其內(nèi)容包括高壓電氣設(shè)備和輸電線路的控制、調(diào)節(jié)、信號、測量與監(jiān)察、繼電保護與自動裝置、操作電源等系統(tǒng)。




1 變壓器接地方式




高壓側(cè)或中壓側(cè)的額定電壓大于或等于110kV的變壓器，其中性點有接地及不接地運行兩種方式，而對額定電壓在66kV以下的變壓器，其高壓側(cè)中性點的運行方式有三種，即不接地，經(jīng)消弧線圈接地或經(jīng)小電阻接地[2]。




2 電力變壓器的故障、不正常運行狀態(tài)




2.1 變壓器的故障




變壓器故障可分為內(nèi)部故障和外部故障。




變壓器內(nèi)部故障指的是箱殼內(nèi)發(fā)生的故障，有繞組的相間短路故障、繞組的匝間短路故障、繞組和鐵心間的短路故障、變壓器繞組引線與外殼發(fā)生的單相接地短路。此外，還有繞組的斷線故障。




變壓器外部故障指的是箱殼外部引出線間的各種相間短路故障和引出線因絕緣套管閃絡(luò)或破碎通過箱殼發(fā)生的單相接地短路[3]。




2.2變壓器不正常運行狀態(tài)




變壓器不正常運行狀態(tài)有過負荷；由外部短路引起的過電流；油箱漏油引起的油位下降；外部接地短路引起的中性點過電壓；繞組過電壓或頻率低引起的過勵磁；變壓器油溫升高和冷卻系統(tǒng)故障等。




3 變壓器保護配置




DL400-1991《繼電保護和**自動裝置技術(shù)規(guī)程》規(guī)定[4]，變壓器應(yīng)裝設(shè)如下保護：




為反應(yīng)油箱內(nèi)部各種短路故障和油面降低，對于0.8MVA及以上的油浸式變壓器和戶內(nèi)0.4MVA以上變壓器應(yīng)裝設(shè)氣體保護。




為反應(yīng)變壓器繞組和引出線的相間短路，以及中性點直接接地電網(wǎng)側(cè)繞組和引出線的接地短路及繞組匝間短路，應(yīng)裝設(shè)縱差保護或電流速斷保護。對于6.3MVA及以上并列運行變壓器和10MVA及以上單獨運行變壓器，以及6.3MVA及以上的廠用變壓器，應(yīng)裝設(shè)縱差保護；對于10MVA以下變壓器且過電流時限大于0.5s時，應(yīng)裝設(shè)電流速斷保護；對于2MVA以上變壓器，當電流速斷保護的靈敏系數(shù)不滿足要求時，則宜于裝設(shè)縱差動保護。



為反應(yīng)外部相間短路引起的過電流和作為氣體、縱差保護（或電流速斷保護）的后備保護，應(yīng)裝設(shè)過流保護。




4 國網(wǎng)“六統(tǒng)一”標準化設(shè)計原則




（1）功能配置統(tǒng)一的原則




解決各地區(qū)保護配置和組屏方式的差異造成的保護不統(tǒng)一。




（2）回路設(shè)計統(tǒng)一的原則




解決各地區(qū)運行習慣和設(shè)計原則不同造成的二次回路差異。




（3）端子排布置統(tǒng)一的原則




按照“功能分區(qū)，端子分段”的原則，解決交直流回路、輸入輸出回路在端子排上排列位置不規(guī)范的問題。




（4）接口標準統(tǒng)一的原則




對繼電保護裝置接口的數(shù)量、類型等配置原則進行規(guī)范，避免出現(xiàn)不同時期、不同廠家保護裝置接口雜亂無序的問題。




（5）屏柜壓板統(tǒng)一的原則




對繼電保護壓板數(shù)量、顏色進行規(guī)范，對壓板進行優(yōu)化設(shè)計，減少不必要的壓板，以方便現(xiàn)場運行。




（6）保護定值、報告格式統(tǒng)一的原則提出標準的保護定值和打印報告格式，為現(xiàn)場運行維護創(chuàng)造條件。




5 典型35kV變壓器保護二次配置




現(xiàn)以某35kV新建變電站為例，變電站接線方式為單母線分段，變壓器為兩卷變，且主變?nèi)萘?×63MVA，采用普通YD11變壓器（不帶有載調(diào)壓功能），電壓等級為35/10kV，綜合自動化系統(tǒng)技術(shù)協(xié)議中要求：主變壓器保護測控屏共兩面，每面屏含：差動保護裝置1臺、高后備保護裝置1臺，低后備保護裝置1臺，主變本體保護裝置1臺,主變測控裝置1臺。




根據(jù)規(guī)程規(guī)定：6.3MVA及以上并列運行變壓器應(yīng)裝設(shè)縱差保護，此項目我們采用CSCL2000系列裝置進行配置。配置原則如下：




1）差動保護配置：CSCL2000系列裝置有兩種類型的差動保護裝置，CSF206TA和CSF306TA，兩者的主要區(qū)別是：CSF206TA適用于兩卷變差動保護，而CSF306TA適用于三卷變差動保護或內(nèi)橋型接線方式，且適用多種變壓器接線組別。




由于此35kV新建變電站，采用單母線分段，且為兩卷變壓器，故采用CSF206TA差動保護裝置可以滿足配置需求。且差動保護裝置可以通過后備保護裝置進行斷路器跳合閘操作，故CSF206TA不需要配置跳閘插件，只需將跳合閘出口引出至后備保護裝置即可。




2）高后備保護配置：由于差動保護配置CSF206TA，高后備保護配置其配套裝置CSF206TB，由于此變電站35kV側(cè)采用SF6斷路器，故高后備需要配置有壓力閉鎖功能的跳閘插件。




3）低后備保護配置：由于差動保護配置CSF206TA，低后備保護配置其配套裝置CSF206TB，由于此變電站10kV側(cè)采用真空斷路器，故低后備只需配置普通功能的跳閘插件。高后備和低后備跳閘插件不同，二次回路設(shè)計時要多加注意，另外低后備保護也可配置有壓力閉鎖功能的跳閘插件，二次設(shè)計時可不進行接線，不使用此功能。




4）主變本體保護配置：采用本體保護裝置HNCSR。




5）主變測控配置：采用測控裝置CSF202B，共計模擬量8U/6I，開入遙信38個，遙控開出7組，可滿足此變電站需求。




6 典型35kV變壓器保護測控屏二次回路設(shè)計




根據(jù)國網(wǎng)“六統(tǒng)一”標準化設(shè)計原則，本次所有裝置均采用以太網(wǎng)進行通訊；裝置電源，操作電源DC220V；出口壓板為紅色，功能類壓板為黃色，備用為本色。裝置端子排按回路分段標號，參見下表[5]。





以下進行二次回路的設(shè)計：

6.1 交流回路設(shè)計




交流回路設(shè)計包括：交流電流設(shè)計和交流電壓設(shè)計。




如圖1所示。



1）變壓器高低壓側(cè)差動CT（TA1和TA7）電流經(jīng)1ID端子排接至差動保護裝置高低壓側(cè)差動電流輸入。




2）變壓器高低后備保護CT（TA2和TA6）電流分別經(jīng)1-1ID和2-1ID分別接至后備保護裝置保護電流輸入，因為有單獨的測控裝置，故后備保護裝置的測量電流輸入不接線。




3）變壓器零序CT電流經(jīng)1-1ID端子排接至高后備保




護零序電流輸入。由于是YD11變壓器，所以低后備沒有零序電流輸入。




4）高低壓側(cè)測量電流TA3和TA5電流分別經(jīng)32ID接至測控裝置的電流輸入。




5）高壓側(cè)PT電壓經(jīng)過UD端子排后經(jīng)空開接至高后備和測控裝置的模擬量板的電壓輸入，低壓側(cè)PT電壓經(jīng)UD端子排再經(jīng)空開接至低后備和測控裝置的模擬量板電壓輸入。




6）高低壓側(cè)零序電壓直接接至高低后備裝置及測控裝置。




6.2 直流回路設(shè)計




直流電源分兩路：一路DC220V分別經(jīng)ZD再經(jīng)空開接至各裝置電源，另一路DC220V經(jīng)ZD再經(jīng)空開分別接至高低后備的操作電源。根據(jù)實際電流功耗情況，裝置電源采用3A空開，操作電源采用6A空開。




6.3 差動保護裝置二次回路圖設(shè)計




差動保護裝置的差動跳高壓側(cè)出口、差動跳低壓側(cè)出口、過負荷啟動通風出口及過流閉鎖調(diào)壓出口均經(jīng)壓板接 出，其中差動跳高壓側(cè)出口接至高后備保護操作回路，差動跳低壓側(cè)出口接至低后備保護操作回路中。




裝置失電信號引出接至SD端子排。




6.4 本體保護裝置二次回路設(shè)計




本體保護裝置的跳高壓側(cè)出口、跳低壓側(cè)出口均經(jīng)壓板接出，其中本體跳高壓側(cè)出口接至高后備保護操作回路，本體跳低壓側(cè)出口接至低后備保護操作回路中。




變壓器本體開入信號接至本體保護裝置，本體信號可經(jīng)三聯(lián)壓板進行選擇跳閘或者發(fā)信。




本體遠動信號接至變壓器測控裝置。




6.5 高后備保護裝置二次回路設(shè)計




高后備保護裝置的跳低壓側(cè)出口壓板接出至低后備保護操作回路中。




高后備接收來自于低后備的負壓開入信號，高后備的負壓開出信號可經(jīng)壓板接至低后備負壓開入。




高后備保護操作回路如圖2所示。




（1）手動操作，遙控操作




手動操作通過操作轉(zhuǎn)換把手1KK進入斷路器跳合閘回路。




遙控操作通過變壓器測控裝置開出節(jié)點進入斷路器跳合閘回路。




跳閘操作：當手跳或遙跳節(jié)點閉合時，STJ繼電器帶電，其輔助接點2,3閉合通過2ZJ1-1和跳閘保持繼電器至3J12進入斷路器操作機構(gòu)進行跳閘。



合閘操作：當手合或遙合節(jié)點閉合時，信號經(jīng)過3J10、1ZJ1-1、TBJ2、HJ和3J11進入斷路器操作機構(gòu)進行合閘。




（2）差動保護、本體保護、低（高）后備保護操作回路差動保護、本體保護、低（高）后備保護跳閘出口經(jīng)




壓板接至高（低）后備保護跳閘回路經(jīng)3J7、2ZJ1-1和跳閘保持繼電器至3J12進入斷路器操作機構(gòu)進行跳閘。




（3）高（低）后備保護跳閘




高（低）后備保護跳閘出口經(jīng)壓板接至高（低）后備保護跳閘回路經(jīng)3J7、2ZJ1-1和跳閘保持繼電器至3J12進入斷路器操作機構(gòu)進行跳閘。




（4）斷路器壓力閉鎖回路




斷路器壓力信號開入接至高后備保護裝置，進行閉鎖斷路器操作。




（5）指示燈回路




紅、綠燈分別接至跳合閘回路，用于指示斷路器狀態(tài)。




6.6 低后備保護裝置二次回路設(shè)計




低后備保護裝置二次回路設(shè)計類似于高后備保護裝置二次回路設(shè)計，只是缺少斷路器壓力閉鎖回路，此處不再贅述。




6.7 變壓器測控裝置二次回路設(shè)計




將測控裝置的開入信號和開出信號分別引出即可，供設(shè)計院進行實際分配。




以此完成變壓器保護測控屏的二次回路設(shè)計。




7 結(jié)束語




通過對35kV典型變壓器保護二次設(shè)計原則及設(shè)計流程的介紹，并舉例說明，可以提高變壓器二次設(shè)計效率，對于有特殊要求的變壓器保護二次設(shè)計，例如有載調(diào)壓變壓器有很好的參考價值。(作者：朱聯(lián)聯(lián) 張翠平 王玉博 劉瑞 劉娜)




參考文獻：




[1] 劉學軍.繼電保護原理[M].第2版.北京:中國電力出版社,2007.




[2] 中國華電集團公司電氣及熱控技術(shù)研究中心,編.電力主設(shè)備 繼電保護的理論實踐及運行案例[M].北京:中國水力出版社, 2009.




[3] 高中德,舒治淮,等,國家電網(wǎng)公司繼電保護培訓教材[M].北京: 中國水力出版社,2009.




[4] DL400-1991.繼電保護和**自動裝置技術(shù)規(guī)程[S].




[5] 何學東,宋湘平,等.繼電保護柜端子排標準化設(shè)計說明[J].中國電機工程學會繼電保護專業(yè)委員會第十一屆國內(nèi)保護和控制學術(shù)研討會論文集,2008:510-512.





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