主变压器继电保护微机化应用

摘 要： 针对变压器微机保护在设计方面进行研究和探论，以适应电网的具体情况，达到安全可靠、经济实用的要求。

关键词： 变压器；继电保护；微机化；应用

0 引言

大庆地区某电厂主变压器继电保护一直以来使用的是常规继电保护装置，继电器接点卡死、断线、接触不良时有发生。该厂曾发生区外差动保护动作、过流保护越级误动等事故，造成电气系统瓦解，给电厂和用户造成上百万元的经济损失。本文针对大庆地区某电厂原常规保护存在的诸多缺陷，在主变微机保护改造中如何从设计入手来提高微机保护的可靠性，就如何管好、用好微机变压器保护以及在众多不同保护原理和组屏方式中，选择出既能满足《微机继电保护装置运行管理规程》和“反措”要求，又能适合电网的具体情况，达到安全可靠、经济实用的组屏方案进行讨论。

1 常规主变保护存在的问题及解决方法

1.1 大庆地区某电厂原常规保护配置方式上存在的问题

大庆地区某电厂#1、#2主变属于三卷变压器，电气主接线如图1。主变保护配置为：110kv侧复合电压闭锁过流保护，作为110kv母线及线路的后备保护；35kv侧方向过流保护，方向指向35kv线路，作为35kv母线及线路的后备保护；6kv侧复合电压闭锁方向过流保护，方向指向主变，作为主变本体和其余两侧负荷的后备保护。大庆地区某电厂发电机组一般冬季运行夏季停运，两台主变常年投入运行。冬季运行时主变运行状况如图一所示，但在夏季运行时，从潮流上分析，运行方式由正常的向电力系统发电方式变成了从系统受电运行方式，主变工作性质实质由升压变成了降压运行，发电厂变成了变电所。

#1主变曾在受电运行方式下发生一起因6kv系统设备发生短路主变6kv侧过流保护拒动110kv侧过流保护误动的事故，究其原因为主变6kv侧故障电流反方向引起本侧过流保护闭锁不动，110kv侧过流保护不受方向限制动作跳闸，引起35kv负荷失电，造成事故范围扩大。

通过研究决定，应该制定一套主变在受电运行下的保护运行方案，来保护电厂主变压器在受电运行方式下的安全运行。解决方案是6kv系统做为终端用户，主变6kv过流保护应第一时限动作，110kv过流保护做为其余两侧的后备保护。此方案报黑龙江省电力公司大庆局继电保护部门获得了审批。

为实现主变保护的上述方案，继电保护人员在主变6kv过流保护回路中加装三个方向闭锁压板FXYB，如图3所示。在主变110kv侧过流保护中，加装跳三侧开关回路。在受电运行方式下，退出跳本侧开关出口压板，投入跳三侧开关出口压板，即可完善110kv过流保护。

从上述常规保护配置中我们发现，主变保护在实现主变送电和受电过程中存在诸多的操作步骤，极易存在误操作现象，另外常规继电器在配合上，存在精度低，易卡塞问题，容易造成保护拒动等现象，而这些常规保护存在的缺陷恰恰是微机保护优势所在，微机保护只需从保护定值设置上着手即可解决上述问题，既方便又快捷，减少不必要的操作失误。

1.2 LCD-11差动继电器存在设计缺陷

一直以来，变压器差动保护的主要矛盾集中在如何识别励磁涌流和内部故障时的电流。对于励磁涌流，保护不应动作；对于内部故障，保护应迅速动作。电厂在一次35KV母线短路事故时，35KV东母差动保护动作和#1主变差动保护动作。经现场检查短路点确定位于35KV东母线上（如图4所示），35KV东母差动保护动作是正确的，但对于#1主变差动保护属区外故障，故确认为#1主变差动保护误动作。

现场安装的故障录波器记录了110KV进线电流，从波形看当故障电流消失后，波形并未立即转为负荷电流波形，而是比负荷电流还大，在持续三个周波后，降为负荷电流波形。从波形可以分析出，当时35KV母差保护动作后，#1主变差动保护并未同时跳闸，而是在经过三个周波后才跳闸。由此可断定当短路故障切除后，因励磁涌流导致了#1主变差动保护动作。在对差动继电器二次谐波制动原理进一步分析时，发现当变压器外部短路故障切除后的电压恢复过程中，产生的励磁涌流大小与合闸初始角、铁芯剩磁、铁芯饱和磁通、系统电压、电流互感器饱和特性等许多因素有关。对于三相变压器，由于三相电压之间相位差为120度，因而三相励磁涌流不会相同。但是在任何情况下，至少会有一相出现较大的励磁涌流（二次谐波电流），也有可能出现励磁涌流较小的一相。电厂主变差动保护采用的是LCD-11型差动继电器，在主变ABC三相差电流回路各装设一块继电器，每相继电器对二次谐波的判断都是相互独立的。这样就会出现当变压器外部短路故障切除后，励磁涌流较大的相虽然会达到继电器的动作值，但由于二次谐波较大，该相差动继电器就会制动；但也会存在某相出现励磁涌流较小，当达到了差动继电器的动作值，而二次谐波制动电流未达到继电器的制动值，此时该相差动继电器会动作，造成误切主变的事故。这种情况虽然为小概率事件，但大庆地区某电厂却发生了。由此可见LCD-11差动保护对躲励磁涌流的方法上存在缺陷，容易引起差动保护误动作。

此问题可通过采用微机型差动保护予以解决。微机保护由于各交流量统一采样、统一处理，且微机本身具有强大的数值处理功能，故在二次谐波含量计算方法的选择上较模拟式保护更灵活。宏伟厂引用了南京南瑞生产的RCS-9671C变压器微机差动保护装置，比率差动保护利用三相差动电流中的二次谐波作为励磁涌流闭锁判据，

即：Id2∮max>Kxb*Id∮max

式中Id2∮max为A、B、C三相差动电流中的二次谐波最大值，Idφmax为A、B、C三相差动电流中的基波最大值，Kxb为二次谐波制动系数。

通过该方法解决了分相式差动保护存在的缺陷。另外采用微机式差动保护简化了对主变差流的定期检测。一旦发生较大的不平衡电流，保护能自动报警及闭锁装置，有效防止保护误动。

2 如何提高微机保护在实际运行中的可靠性

通过上述分析知道微机保护可以实现常规模拟式继电保护无法实现的功能，维护量小，定检方便，利用软件实现在线自检，极大地提高了在线运行时的可靠性。但由于微机保护装置的核心是由各种芯片及电阻、电容等器件组成的弱电回路，极易受到外界干扰，同时因运行维护管理经验不足及产品设计，制造质量上存在某些缺陷，导致微机保护装置异常，致使微机保护误动、拒动引起的大面积停电时有发生。因此，如何提高微机保护运行的可靠性，也同样具有重要的意义。为此从主变微机保护选型到保护方案设计是否符合电厂实际情况以及在实际改造中如何进一步提高保护的安全可靠性等等诸多问题我们都积极与南瑞设计人员沟通，在安装调试时仔细琢磨，总结出许多实践经验。

2.1 采用一主一后、主后分开方案

当前微机变压器保护的种类很多，其中以双主一后、主后分开和一主一后、主后分开这2种为主。电厂主变微机保护改造后采用的是一主一后、主后分开的方式，即一套差动保护和一组后备保护，差动保护和后备保护采用不同的电源供电使其完全独立，而后备保护又各侧分开独立。这种配置可以大大的提高主变保护的可靠性，也简化了二次回路。从电厂主变保护动作统计分析我们可以看出：二次回路的复杂性是造成主变保护不能正确动作的主要原因之一。同时，通过合理配置后备保护，可以弥补因单套差动保护而造成的保护范围及边缘内某些电气部位保护薄弱的问题，确保从主变高压侧独立电流互感器（CT）到中、低压母线的各个电气部位，都有能满足各种运行方式和检修方式下电网稳定要求的后备快速切除手段，并具备相邻电气设备的远后备功能。综上所述，采用一主一后的配置，在节省投资、简化回路的同时，并没有降低保护的可靠性。

2.2 反事故措施在微机保护中的实践

“反措”汇总了多年来设计与运行部门在保证继电保护装置安全运行方面的基本经验，也是事故教训的总结。在全面执行“反措”的同时，重点对保护的独立性和非电量保护启动继电器的动作电压，提出了较高的要求。独立性具体体现为从交流输入、直流电源配置到出口中间继电器，采用在主保护和后备保护以及后备保护之间均独立配置。微机保护因减小体积、提高动作速度，普遍采用密封快速中间继电器，而非电量保护一般从变压器本体将开关量直接引人装置，由于连线长，电缆电容大，电源正极接地时极易误动。对此，要求非电量保护启动中间继电器的动作电压为额定电压的60～65%之间为宜，或动作功率略大，以避免保护误动作。

2.3 简化压板，方便运行

变压器保护因具有三侧开关，压板数量很多，约50多块，这给压板操作带来极大的不便，很容易造成误操作。如何在不违反“反措”精神的前提下，尽量减少压板数，是个较棘手的问题。为此在同厂家设计人员协商时提出了以下几点原则进行了简化：（1）设总出口压板；（2）以各侧独立的保护为单元，压板尽量合并；（3）结合微机保护可以用控制字投退和存储多套定值的特性，减少压板。通过以上措施，压板数减少到不足30块。

3 结束语

通过实现主变保护微机化，一方面主变压器保护的安全运行将得到大大的改善和提高，另一方面也锻炼了队伍，对今后主设备保护微机化应用也积累了丰富的宝贵经验。

参考文献：

[1]贺家李、宋从矩，电力系统继电保护原理，北京：中国电力出版社，1980.

[2]毛锦庆，电力系统继电保护实用技术问答，北京：中国电力出版社，1997.