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

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(yùn)行對(duì)于保證電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行和對(duì)供電的可靠性

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

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

設(shè)計(jì)效率。

關(guān)鍵詞：變壓器保護(hù) 差動(dòng) 后備保護(hù) 保護(hù)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(yùn)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(jiǎn)單，運(yùn)行可靠性高，但在實(shí)際運(yùn)行中仍然會(huì)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(yùn)行關(guān)系到整個(gè)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(duì)變壓器保護(hù)的快速性和可靠性也提出了更高的要求。它的主保護(hù)主要包括瓦斯保護(hù)、縱差動(dòng)保護(hù)。瓦斯保護(hù)主要保護(hù)變壓器內(nèi)部各種故障?？v聯(lián)差動(dòng)保護(hù)主要是對(duì)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(jì)、穩(wěn)定運(yùn)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(gè)具有多種功能的復(fù)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(hào)、測(cè)量與監(jiān)察、繼電保護(hù)與自動(dòng)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(diǎn)有接地及不接地運(yùn)行兩種方式，而對(duì)額定電壓在66kV以下的變壓器，其高壓側(cè)中性點(diǎn)的運(yùn)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(yùn)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(yùn)行狀態(tài)

變壓器不正常運(yùn)行狀態(tài)有過負(fù)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(diǎn)過電壓；繞組過電壓或頻率低引起的過勵(lì)磁；變壓器油溫升高和冷卻系統(tǒng)故障等。

3 變壓器保護(hù)配置

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

為反應(yīng)油箱內(nèi)部各種短路故障和油面降低，對(duì)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(hù)。

為反應(yīng)變壓器繞組和引出線的相間短路，以及中性點(diǎn)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(hù)或電流速斷保護(hù)。對(duì)于6.3MVA及以上并列運(yùn)行變壓器和10MVA及以上單獨(dú)運(yùn)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(hù)；對(duì)于10MVA以下變壓器且過電流時(shí)限大于0.5s時(shí)，應(yīng)裝設(shè)電流速斷保護(hù)；對(duì)于2MVA以上變壓器，當(dāng)電流速斷保護(hù)的靈敏系數(shù)不滿足要求時(shí)，則宜于裝設(shè)縱差動(dòng)保護(hù)。

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(hù)（或電流速斷保護(hù)）的后備保護(hù)，應(yīng)裝設(shè)過流保護(hù)。

4 國(guó)網(wǎng)“六統(tǒng)一”標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)原則

（1）功能配置統(tǒng)一的原則

解決各地區(qū)保護(hù)配置和組屏方式的差異造成的保護(hù)不統(tǒng)一。

（2）回路設(shè)計(jì)統(tǒng)一的原則

解決各地區(qū)運(yùn)行習(xí)慣和設(shè)計(jì)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(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的原則

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

（5）屏柜壓板統(tǒng)一的原則

對(duì)繼電保護(hù)壓板數(shù)量、顏色進(jìn)行規(guī)范，對(duì)壓板進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，減少不必要的壓板，以方便現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行。

（6）保護(hù)定值、報(bào)告格式統(tǒng)一的原則提出標(biāo)準(zhǔn)的保護(hù)定值和打印報(bào)告格式，為現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行維護(hù)創(chuàng)造條件。

5 典型35kV變壓器保護(hù)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(jí)為35/10kV，綜合自動(dòng)化系統(tǒng)技術(shù)協(xié)議中要求：主變壓器保護(hù)測(cè)控屏共兩面，每面屏含：差動(dòng)保護(hù)裝置1臺(tái)、高后備保護(hù)裝置1臺(tái)，低后備保護(hù)裝置1臺(tái)，主變本體保護(hù)裝置1臺(tái),主變測(cè)控裝置1臺(tái)。

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

1）差動(dòng)保護(hù)配置：CSCL2000系列裝置有兩種類型的差動(dòng)保護(hù)裝置，CSF206TA和CSF306TA，兩者的主要區(qū)別是：CSF206TA適用于兩卷變差動(dòng)保護(hù)，而CSF306TA適用于三卷變差動(dòng)保護(hù)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(dòng)保護(hù)裝置可以滿足配置需求。且差動(dòng)保護(hù)裝置可以通過后備保護(hù)裝置進(jìn)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(hù)裝置即可。

2）高后備保護(hù)配置：由于差動(dòng)保護(hù)配置CSF206TA，高后備保護(hù)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(hù)配置：由于差動(dòng)保護(hù)配置CSF206TA，低后備保護(hù)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(jì)時(shí)要多加注意，另外低后備保護(hù)也可配置有壓力閉鎖功能的跳閘插件，二次設(shè)計(jì)時(shí)可不進(jìn)行接線，不使用此功能。

4）主變本體保護(hù)配置：采用本體保護(hù)裝置HNCSR。

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

6 典型35kV變壓器保護(hù)測(cè)控屏二次回路設(shè)計(jì)

根據(jù)國(guó)網(wǎng)“六統(tǒng)一”標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)原則，本次所有裝置均采用以太網(wǎng)進(jìn)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(biāo)號(hào)，參見下表[5]。

以下進(jìn)行二次回路的設(shè)計(jì)：

6.1 交流回路設(shè)計(jì)

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

如圖1所示。

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

2）變壓器高低后備保護(hù)CT（TA2和TA6）電流分別經(jīng)1-1ID和2-1ID分別接至后備保護(hù)裝置保護(hù)電流輸入，因?yàn)橛袉为?dú)的測(cè)控裝置，故后備保護(hù)裝置的測(cè)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(hù)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(cè)量電流TA3和TA5電流分別經(jīng)32ID接至測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)控裝置。

6.2 直流回路設(shè)計(jì)

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(shí)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(dòng)保護(hù)裝置二次回路圖設(shè)計(jì)

差動(dòng)保護(hù)裝置的差動(dòng)跳高壓側(cè)出口、差動(dòng)跳低壓側(cè)出口、過負(fù)荷啟動(dòng)通風(fēng)出口及過流閉鎖調(diào)壓出口均經(jīng)壓板接出，其中差動(dòng)跳高壓側(cè)出口接至高后備保護(hù)操作回路，差動(dòng)跳低壓側(cè)出口接至低后備保護(hù)操作回路中。

裝置失電信號(hào)引出接至SD端子排。

6.4 本體保護(hù)裝置二次回路設(shè)計(jì)

本體保護(hù)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(hù)操作回路，本體跳低壓側(cè)出口接至低后備保護(hù)操作回路中。

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

本體遠(yuǎn)動(dòng)信號(hào)接至變壓器測(cè)控裝置。

6.5 高后備保護(hù)裝置二次回路設(shè)計(jì)

高后備保護(hù)裝置的跳低壓側(cè)出口壓板接出至低后備保護(hù)操作回路中。

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

高后備保護(hù)操作回路如圖2所示。

（1）手動(dòng)操作，遙控操作

手動(dòng)操作通過操作轉(zhuǎn)換把手1KK進(jìn)入斷路器跳合閘回路。

遙控操作通過變壓器測(cè)控裝置開出節(jié)點(diǎn)進(jìn)入斷路器跳合閘回路。

跳閘操作：當(dāng)手跳或遙跳節(jié)點(diǎn)閉合時(shí)，STJ繼電器帶電，其輔助接點(diǎn)2,3閉合通過2ZJ1-1和跳閘保持繼電器至3J12進(jìn)入斷路器操作機(jī)構(gòu)進(jìn)行跳閘。

合閘操作：當(dāng)手合或遙合節(jié)點(diǎn)閉合時(shí)，信號(hào)經(jīng)過3J10、1ZJ1-1、TBJ2、HJ和3J11進(jìn)入斷路器操作機(jī)構(gòu)進(jìn)行合閘。

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

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

（3）高（低）后備保護(hù)跳閘

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

（4）斷路器壓力閉鎖回路

斷路器壓力信號(hào)開入接至高后備保護(hù)裝置，進(jìn)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(hù)裝置二次回路設(shè)計(jì)

低后備保護(hù)裝置二次回路設(shè)計(jì)類似于高后備保護(hù)裝置二次回路設(shè)計(jì)，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(cè)控裝置二次回路設(shè)計(jì)

將測(cè)控裝置的開入信號(hào)和開出信號(hào)分別引出即可，供設(shè)計(jì)院進(jìn)行實(shí)際分配。

以此完成變壓器保護(hù)測(cè)控屏的二次回路設(shè)計(jì)。

7 結(jié)束語

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

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉學(xué)軍.繼電保護(hù)原理[M].第2版.北京:中國(guó)電力出版社,2007.

[2] 中國(guó)華電集團(tuán)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(hù)的理論實(shí)踐及運(yùn)行案例[M].北京:中國(guó)水力出版社, 2009.

[3] 高中德,舒治淮,等,國(guó)家電網(wǎng)公司繼電保護(hù)培訓(xùn)教材[M].北京: 中國(guó)水力出版社,2009.

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

[5] 何學(xué)東,宋湘平,等.繼電保護(hù)柜端子排標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)說明[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)繼電保護(hù)專業(yè)委員會(huì)第十一屆國(guó)內(nèi)保護(hù)和控制學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集,2008:510-512.

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變壓器保護(hù)配置方案及二次回路設(shè)計(jì)

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