電力系統(tǒng)中線(xiàn)路變壓器組繼電保護(hù)的優(yōu)化研究

王娟

摘 要：隨著時(shí)代的進(jìn)步，電力行業(yè)的發(fā)展也越來(lái)越迅速。一些地區(qū)也不斷有電廠(chǎng)接入電網(wǎng)。一般情況下為了節(jié)省投資，多會(huì)采用線(xiàn)路變壓器組的主接線(xiàn)方式并網(wǎng)。線(xiàn)路變壓器組接線(xiàn)就是線(xiàn)路和變壓器直接相連，是一種最簡(jiǎn)單的接線(xiàn)方式，其特點(diǎn)是設(shè)備少、投資省、操作簡(jiǎn)便、宜于擴(kuò)建。由于該接線(xiàn)方式，其保護(hù)功能配置與二次回路設(shè)計(jì)也與一般情況下有所不同，基于此，本文以某實(shí)例對(duì)某電廠(chǎng)線(xiàn)路變壓器組繼電保護(hù)展開(kāi)相關(guān)論述。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng);保護(hù)配置;二次回路;重合閘;線(xiàn)路變壓器組

一、某電廠(chǎng)的接線(xiàn)方式與保護(hù)配置

1、一次接線(xiàn)方式。一次接線(xiàn)應(yīng)根據(jù)符合等級(jí)要求保證供電可靠性;同時(shí)主接線(xiàn)應(yīng)力求簡(jiǎn)單、運(yùn)用靈活、操作安全方便。如圖1所示，某電廠(chǎng)110kV并網(wǎng)線(xiàn)路僅通過(guò)1臺(tái)斷路器與110kV主變壓器直接連接，形成獨(dú)立的接線(xiàn)單元，線(xiàn)路與主變壓器之間無(wú)110kV母線(xiàn)及110kV橋斷路器連接;10kV側(cè)裝有1段母線(xiàn)，連接有發(fā)電機(jī)、TV等元件。電廠(chǎng)一次接線(xiàn)的特殊之處在于：110kV線(xiàn)路與主變壓器共用1臺(tái)斷路器，且110kV側(cè)僅有1組電壓互感器。

2、保護(hù)配置。110kV并網(wǎng)線(xiàn)電廠(chǎng)側(cè)為電源點(diǎn)，故配置1套線(xiàn)路保護(hù)，為了利于保護(hù)整定配合，兼顧繼電保護(hù)的靈敏性與選擇性，除距離、零序（方向）及自動(dòng)重合閘外，線(xiàn)路保護(hù)還集成了光纖電流差動(dòng)功能，此外操作箱插件也配置在線(xiàn)路保護(hù)裝置中。主變壓器配置差動(dòng)、后備及非電量保護(hù)，均按分箱配置;主變壓器各側(cè)控制回路集成在同一臺(tái)操作箱裝置中，與保護(hù)獨(dú)立配置并組于同一面屏柜。

二、該電廠(chǎng)的電流二次回路問(wèn)題

1、TA配置及繞組分配問(wèn)題。由于電廠(chǎng)主變壓器與110kV線(xiàn)路均配置了能快速切除故障的差動(dòng)保護(hù)，為充分發(fā)揮保護(hù)的性能，消除保護(hù)死區(qū)，主變壓器差動(dòng)保護(hù)與線(xiàn)路保護(hù)范圍應(yīng)盡量交叉?？紤]高壓側(cè)斷路器TA配置1臺(tái)的情況，如圖2（左）所示，高壓側(cè)斷路器僅線(xiàn)路側(cè)裝設(shè)1臺(tái)TA，主變壓器差動(dòng)保護(hù)與線(xiàn)路保護(hù)均取自該TA。為盡可能滿(mǎn)足主保護(hù)范圍交叉的原則，主變壓器差動(dòng)保護(hù)所用繞組1LH應(yīng)位于110kV線(xiàn)路保護(hù)所用繞組2LH靠外側(cè)（線(xiàn)路側(cè)），在1LH與2LH繞組之間發(fā)生短路時(shí)，主變壓器差動(dòng)保護(hù)與110kV線(xiàn)路保護(hù)將同時(shí)動(dòng)作，跳開(kāi)主變壓器兩側(cè)斷路器與線(xiàn)路對(duì)側(cè)斷路器將故障快速切除。采用該方案時(shí)需要注意的事項(xiàng)如下：

①由于高壓側(cè)斷路器僅有1臺(tái)TA，當(dāng)TA最靠近斷路器的繞組與斷路器之間發(fā)生短路時(shí)，對(duì)于線(xiàn)路保護(hù)屬于區(qū)外短路，主變壓器差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作跳開(kāi)主變壓器兩側(cè)斷路器后，系統(tǒng)將繼續(xù)向故障點(diǎn)輸送短路電流，然后由110kV線(xiàn)路對(duì)側(cè)Ⅱ段保護(hù)（如距離Ⅱ段、零序Ⅱ段）經(jīng)短延時(shí)動(dòng)作隔離故障：所以當(dāng)斷路器與TA之間短路時(shí)，故障無(wú)法實(shí)現(xiàn)快速切除。220kV及以上電壓等級(jí)的線(xiàn)變組可采用主變壓器保護(hù)出口時(shí)啟動(dòng)遠(yuǎn)跳的方法實(shí)現(xiàn)快切故障;110kV及以下線(xiàn)路無(wú)快切要求，主變壓器保護(hù)動(dòng)作無(wú)需啟動(dòng)遠(yuǎn)跳。

②當(dāng)斷路器TA在吊裝時(shí)造成了一次側(cè)反向（即P1、P2顛倒），則1LH將位于2LH靠主變壓器側(cè)，若一、二次繞組均不作調(diào)整，將導(dǎo)致1LH與2LH之間存在死區(qū)，如圖2（右）所示。故當(dāng)TA吊裝顛倒時(shí)，應(yīng)將1LH用于線(xiàn)路保護(hù)，2LH用于主變壓器差動(dòng)（此時(shí)二次側(cè)應(yīng)反向接線(xiàn)進(jìn)行方向糾正），或?qū)A一次側(cè)倒轉(zhuǎn)方向后進(jìn)行重新吊裝，以解決TA一次側(cè)反向帶來(lái)的保護(hù)死區(qū)問(wèn)題。

2、電流極性、方向問(wèn)題。電流互感器是依據(jù)電磁感應(yīng)原理將一次側(cè)大電流轉(zhuǎn)換成二次側(cè)小電流來(lái)測(cè)量的儀器。它一般按減極性原則設(shè)置，即一次側(cè)從P1流入，P2端流出，則二次側(cè)從S1端流出。通常TA一次繞組P1端位于靠出線(xiàn)側(cè)，P2端位于靠母線(xiàn)側(cè)，電流以流出母線(xiàn)為正方向。然而線(xiàn)變組接線(xiàn)電廠(chǎng)110kV側(cè)無(wú)母線(xiàn)，造成了該側(cè)TA一次P1、P2朝向該如何布置沒(méi)有明確的參照點(diǎn)。若TA二次側(cè)S1、S2朝向與一次側(cè)P1、P2朝向不對(duì)應(yīng)導(dǎo)致電流極性接反，將存在以下風(fēng)險(xiǎn)：①110kV線(xiàn)路區(qū)外故障時(shí)，線(xiàn)路差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng);110kV線(xiàn)路區(qū)內(nèi)故障時(shí)，線(xiàn)路距離保護(hù)、帶方向的零序保護(hù)拒動(dòng);②主變壓器區(qū)外故障時(shí)，差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng);主變壓器后備保護(hù)所指向的正方向故障時(shí)，后備保護(hù)拒動(dòng);③110kV線(xiàn)路正方向故障時(shí)，故障錄波測(cè)距將錯(cuò)誤地認(rèn)為是區(qū)外故障，導(dǎo)致正向故障時(shí)無(wú)錄波測(cè)距信息;110kV線(xiàn)路反方向故障時(shí)，故障錄波測(cè)距將錯(cuò)誤地認(rèn)為是區(qū)內(nèi)故障。以上所述表明，合理、正確地設(shè)置TA二次繞組接線(xiàn)的方向?qū)τ诖_保保護(hù)正確動(dòng)作起到了極為關(guān)鍵的作用。如圖3所示，TA一次繞組P1位于線(xiàn)路側(cè)，P2位于主變壓器側(cè)。主變壓器差動(dòng)、后備保護(hù)以指向主變壓器為正，故二次側(cè)電流應(yīng)從S1端流出;線(xiàn)路保護(hù)、故障錄波以指向線(xiàn)路為正，故二次側(cè)電流應(yīng)從S2端流出。

三、該電廠(chǎng)110kV并網(wǎng)線(xiàn)重合閘問(wèn)題

1、重合閘方式選擇。故障清除后的短時(shí)間內(nèi)閉合斷路器稱(chēng)之為重合。為縮短線(xiàn)路故障后恢復(fù)送電的操作步驟和時(shí)間，110kV并網(wǎng)線(xiàn)路的電廠(chǎng)側(cè)可考慮投入自動(dòng)重合閘。為防止非同期并列，110kV并網(wǎng)線(xiàn)路系統(tǒng)側(cè)重合閘應(yīng)選擇檢線(xiàn)路無(wú)壓方式，電廠(chǎng)110kV線(xiàn)路重合閘可考慮檢同期方式。由于升壓站無(wú)110kV母線(xiàn)，故僅在110kV線(xiàn)路側(cè)裝設(shè)了1組TV，取10kV母線(xiàn)某單相電壓或相間電壓作為抽取電壓Ux。電廠(chǎng)主變壓器為Y/△-11接線(xiàn)方式，即低壓側(cè)電壓超前高壓側(cè)電壓30°，如圖4所示。若在110kV線(xiàn)路保護(hù)跳閘啟動(dòng)重合閘時(shí)直接進(jìn)行檢同期比較，將存在以下風(fēng)險(xiǎn)：①線(xiàn)路跳閘后若發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)一次系統(tǒng)始終保持同期，則二次電壓將存在一定的角度差，最終將導(dǎo)致重合閘檢同期不成功而動(dòng)作失敗;②線(xiàn)路跳閘后若發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)一次系統(tǒng)始終不能保持同期但未解列，若在某一時(shí)刻低壓側(cè)一次電壓滯后高壓側(cè)一次電壓約30°時(shí)，二次電壓恰好能滿(mǎn)足同期條件，從而重合閘順利地“檢同期”成功而動(dòng)作，將可能帶來(lái)非同期并列的后果?？紤]到以上因素，在電壓同期比較時(shí)可在微機(jī)保護(hù)程序中對(duì)同期電壓Ux進(jìn)行-30°的轉(zhuǎn)角處理，使高壓側(cè)線(xiàn)路與低壓側(cè)母線(xiàn)一、二次電壓相位差始終相等。

2、重合閘閉鎖回路設(shè)計(jì)。重合閘是保證電力系統(tǒng)可靠運(yùn)行的重要手段之一，線(xiàn)變組接線(xiàn)的電廠(chǎng)，由于110kV線(xiàn)路與主變壓器高壓側(cè)共用1臺(tái)斷路器，為防止主變壓器故障時(shí)“不對(duì)應(yīng)啟動(dòng)重合閘”動(dòng)作而導(dǎo)致斷路器重合于永久故障，在二次回路設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮主變壓器保護(hù)動(dòng)作時(shí)閉鎖110kV并網(wǎng)線(xiàn)路重合閘。此處選用間接閉重方式：對(duì)于操作箱設(shè)有TJR永跳繼電器的110kV線(xiàn)路保護(hù)，宜采取間接閉重的方式，即主保護(hù)、后備保護(hù)及非電量保護(hù)出口并聯(lián)后直接接入110kV線(xiàn)路保護(hù)操作箱TJR永跳回路，TJR繼電器的1副接點(diǎn)通過(guò)裝置內(nèi)部回路閉鎖線(xiàn)路保護(hù)重合閘。若出口接入主變壓器保護(hù)屏操作箱TJR回路，將無(wú)法直接達(dá)到閉鎖線(xiàn)路重合閘的效果，4套主變壓器保護(hù)裝置仍需各輸出第2副接點(diǎn)至線(xiàn)路保護(hù)閉重開(kāi)入。

四、該電廠(chǎng)110kV斷路器控制回路問(wèn)題

斷路器的作用是切斷和接通負(fù)荷電路，以及切斷故障電路，防止事故擴(kuò)大，保證安全運(yùn)行。由于該電廠(chǎng)110kV線(xiàn)路與主變壓器高壓側(cè)共用1臺(tái)斷路器，且110kV線(xiàn)路保護(hù)自帶操作插件，同時(shí)主變壓器保護(hù)屏配有1臺(tái)操作箱裝置，此處使用線(xiàn)路保護(hù)操作箱。當(dāng)高壓側(cè)斷路器使用線(xiàn)路保護(hù)自帶操作箱的控制回路時(shí)，保護(hù)裝置可通過(guò)內(nèi)部回路監(jiān)視其自帶操作箱采集到的斷路器位置，當(dāng)HWJ=0且TWJ=0時(shí)認(rèn)為斷路器控制回路斷線(xiàn)并發(fā)告警信號(hào)。

五、小結(jié)

綜上所述，本文以某電廠(chǎng)采用線(xiàn)路主變壓器組的主接線(xiàn)方式并網(wǎng)為例，對(duì)其涉及的接線(xiàn)方式與保護(hù)配置、電流二次回路問(wèn)題、并網(wǎng)線(xiàn)路的重合閘問(wèn)題以及斷路器控制回路等繼電保護(hù)問(wèn)題進(jìn)行討論，以期為今后的相關(guān)工作提供參考。

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