试论特高压交流工程变压器保护问题

徐安菊

（重庆博瑞变压器有限公司，重庆 408100）

试论特高压交流工程变压器保护问题

徐安菊

（重庆博瑞变压器有限公司，重庆 408100）

本文主要针对特高压交流工程变压器保护相关问题进行探讨，在介绍主变压器保护接线基础上，重点探讨了主变保护配置及特点相关问题，并提出相关策略，希望对于今后特高压交流工程变压器保护发展具有一定帮助。

特高压交流工程；主变压器保护接线；主变保护配置；关键技术

关于整定和配置1000kV主变压器保护方面，相应的整定规程和标准还不十分完备。本文主要针对特高压交流工程变压器保护问题进行探讨，主要就其中的工程主变保护配置方案进行重点分析，以及相关的整定中应注意的问题。

1 主变压器保护接线简介

调压补偿变压器和主体变压器是构成1000kV变压器的两大部分，其中的主体部分则是由3柱并联结构，其电压为1050kV，容量为3000MVA，是不带调压的自耦变压器。套管出线硬铜母线把主体变通和调压补偿变相互连接，其中，补偿变和调压变则为调压补偿变形式，一个油箱共用，低压电压补偿在调压变中，如图1所示，并联相应的自耦变的低压线圈和励磁线圈，串联自耦变压器的低压线圈和补偿线圈，同时，还并联调压线圈和补偿变的励磁线圈。1000kV侧、500kV侧、110kV侧开关电流互感器则在图中分别表示为TA1、TA2、TA3，公共绕组侧套管和110kV侧绕组套管电流互感器则分别为TA4、TA5，补偿变与公共绕组相连侧套管电流互感器则为TA6，而110kV绕组和调压变相连的侧套管电流互感器则为TA7。为了保证在暂态状态下的可靠的差动保护性能以及有效的瞬时动作，这里TPY型TA在主体变差动保护中采用，P级TA则在调压变及补偿变差动保护中采用。为了防止出现有直流分量的外部穿越性故障电流、或者暂态电流、励磁涌流、稳态电流等，一定要保持互感器的暂态特性的一致性，这样能够对于误动作进行保护［1，2]。

图1 主变压器保护接线图

2 主变保护配置及特点

补偿变保护、调压变、主体变保护则构成了1000kV变压器保护。对于主体保护来说，利用同一套保护装置实现后备保护和主保护，主后一体方式，并采用SGT756、RCS-978HB的双重化配置。其中，电流差动保护在电流主保护中采用，涉及到Y侧分侧差动保护和主体大差保护方面，后备保护简化配置在哥侧都有，正方向则为本侧母线。相间阻抗保护、过励磁保护、过流保护、零序过流保护则在高中压侧后备保护中进行配置，过流保护则在低压侧后备保护中进行配置，利用自产零序电流，零序过流保护在公共绕组中进行配置。差动保护仅配在电流量保护中，双重化配置则是包括补偿变、调压变等的调压补偿变保护所构成，在其中，差速断保护、后备保护并不配置。对于电流的保护装置接入来说，都是按照正极性进行接入处理，内部软件来实现反极性接入的电流情况。这里主要就主体变主保护、过励磁保护、谐波问题、差动保护灵敏度问题进行重点分析。

2.1 主体变主保护

在主体变压器中，为了更好对于相对地短路、主体变压器绕组匝间短路、相对地短路、引出线的相间短路等故障进行保护，主保护则为装设的差动保护，接入上述的TA1、TA2和TA3，由各侧开关TA电流所构成。其中，波形分析制动原理和谐波制动则是两套主保护，分侧比率差动、比率差动、工频变化量差动、差动速断保护则构成了差动保护。

在分析变压器差动保护过程中，变压器励磁涌流的解决则是一个主要技术问题，也就是说，在空投变压器内部故障中，特别是相关的匝间故障，存在离散度大、差动保护动作速度慢的问题；另外，励磁涌流和区外故障切除后产生的恢复性涌流则是在变压器各种空投情况下会产生，这还包括相关的涌流等状态下差动保护误动问题。所以，在实际情况中，针对主变充电波形在系统调试期间的情况，结合1000kV变压器主体变励磁涌流的特点进行总结。

其中，可以得到，谐波分量在主体变励磁涌流中较为丰富，其中的直流分量最大能够达到2357A，这样的情况下，暂态性能则需要在主变差动保护中具备，继电器的瞬时、可靠动作则会在暂态状态下而实现。分析三相涌流可以发现，I3/I1可能出现三相均小于10%，I2/I1均大于20%的情况，其中，三相涌流的间断角则会存在一定的两相小于60°的情况。所以，在稳态比率差动保护过程中，励磁涌流闭锁判据在此两套主保护装置中，都是采用了二次谐波与基波在三相差动电流中的比值。在RCS-978HB中的励磁涌流闭锁判据则是三次谐波与基波的比值。经过一定的分析，可以得到，I2/I1均大于0.15，则是在I3/I1大于0.2情况下；励磁涌流闭锁判据在SGT756中还利用波形进行相应的比较，进行系统调试过程中，在分析进行的十余次的主变充电过程中，在充电后，每相波形比较闭锁判据在8～13ms内都能够启动可靠。对于三相中存在一项为闭锁条件，上述的闭锁逻辑为或逻辑，就进行分相闭锁差动保护，也就说只能闭锁该相比率差动保护元件。

为了能够保证变压器出现扰动性负荷、区外故障电流互感器饱和，或者存在不一致的差动各侧CT特性问题所引起相关的差动保护误动情况，浮动制动门槛在稳态比率差动中采用；负荷电流对于故障分量比率差动以及工频变化量并没有影响，具有较高的灵敏度和较强的抗CT饱和能力。

2.2 过励磁保护

在进行充分考虑特高变压器的可靠性、造价以及体积因素方面，单相自耦变压器具有较大的优势而应用广泛。从电压等级方面考虑，较难实现1000kV自耦变压器的中压线端调压方式，中性点无励磁调压方式在特高压自耦变压器中则能够表现出较强的优势，为了使得变压器的可靠性进一步提高，通过进行调压补偿变压器的独立设置也能够实现。但是，变磁通调压则是在进行中性点调压过程中的一个问题。其中，在进行分接调压补偿变压器的最大负绕组、最大正绕组过程中，其中的主体变的住磁通则为1.68T、1.52T。在变压器过励磁能力设计指导下，进行过激磁保护则表现出一定的反时限特性，为了使得变压器过激磁特性能够具有一定的近似性匹配，这里进行11点样值的整定。所以，在不采用其他相应的自适应措施的条件下，应该保证主体变最大主磁通和过励磁保护的反时限曲线的匹配性，这样能够给系统运行提供较大的裕度，也是目前常用的整定方法。

2.3 谐波问题

根据实际情况，对于超过500公里的1000kV线路来说，存在影响明显的分布电容，对于1000kV系统提供短路电流的故障来说，较大的谐波含量，以及较为严重的波形畸变则是变压器高压侧电流的特点。对于1000kV侧区内故障电流来说，其数值比较小，存在加大的谐波分量，在严重的鼓掌下，则会产生较大的电压突变，则会造成更加明显的谐波。对于较为严重的故障来说，差动保护能够满足一定的高值差动条件，同时，能够进行保护快速出口，不受TA饱和判据的闭锁作用，具有较小的谐波分量，这里，基于时差法的TA饱和识别判据被采用，能够满足低值差动条件；TA饱和判据闭锁并没有在工频变化量差动保护中设置，也能起到快速出口的保护作用。

为了有效防止正常运行情况下的非故障相电流谐波所引起的差动保护被励磁涌流判据闭锁的问题，在保护装置自适应中，可以采用分相闭锁以及切换循环闭锁两种方式。另外，在空投变压器过程中，还有助于变压器能有效躲过励磁涌流。

2.4 差动保护灵敏度问题

短路阻抗在1000kV变压器比较大，分析特高压变压器的短路阻抗比如下，中低压侧（40%），高低压侧（62%），高中压侧（18%），短路电流在1000kV系统中比较小，故障出现在变压器高压侧时，则存在不大的高压侧电流，短路电流在变压器低压侧故障的状态下则变得更小。这样，对于1000kV系统短路电流小的问题，以及所造成的灵敏度问题都可以通过工频变化量差动保护得以解决。

3 结束语

在日趋复杂的电网结构影响下，过大的工频以及短路电流都在影响着电网主设备，这就需要合理配置主、后备保护，并进行正确的整定。对于由调压补偿变压器和主体变压器所组成的特高压主变压器来说，为了保证调压补偿变小故障下的灵敏度，则应该对于调压补偿变保护进行独立设置，并充分考虑其中的二次回路接线、谐波等问题。

［1]肖燕彩，文继锋，袁源等.超高压直流系统中的换流变压器保护［J]电力系统自动化，2006，30（9）.

［2]周建军，樊庆玲，樊高瑞.内桥接线变压器保护电流回路接线方式的探讨［J].电力系统保护与控制，2011，39（2）.