500 kV 变电站主变保护改造问题分析

鲁睿婷

（中国电力工程顾问集团华东电力设计院有限公司，上海 200063）

在华东地区某500 kV 变电站主变改造工程中需改建1 组1 000 MVA 分相自耦变压器（无载调压），原有的两套主变保护均于2008 投产，运行已10 余年，目前该型号产品已停产，因此该保护装置需与主变一同更换。本工程主变压器高压侧为3/2 断路器接线、中压侧为3/2 断路器接线、低压侧改造为双分支单母线接线。在主变压器保护选型过程中遇到如下情况：由于国家电网公司印发的Q/GDW 1175—2013《变压器、高压并联电抗器和母线保护及辅助装置标准化设计规范》中关于主接线型式规定：“本标准中500 kV变压器以高压侧3/2 断路器接线、中压双母双分段接线、低压侧单母线接线的分相自耦变压器（高2-中1-低1）为基础型号，无选配功能。［1］”而本工程主接线中压侧为3/2 断路器接线，低压侧为双分支单母线接线，故无法直接选用标准的500 kV 电压等级的变压器保护以实现中低压侧的保护需求。根据前期调研收资等工作，了解到本变电站是由火电厂升压站改造而来，所以出现主变中压220 kV 侧接线方式不符合现阶段国家电网公司发布的标准化设计规范要求的情况，而目前华东地区也未有其他工程出现过此类情况，所以在国网现有的采购物资标准库中没有可以直接选择的500 kV 变压器保护物料。故为贯彻落实国家电网公司继电保护“六统一”标准，必须寻求其他可行方案来满足工程实际需要。

1 主变保护方案选择

1.1 申请新的500 kV 主变保护固化ID

在本改造工程初步设计前期阶段，提出了向国网公司申请新的500 kV 主变保护国网采购物资唯一性编码，即固化ID，并编写了物资辞条梳理及技术规范修编分析报告，用以说明新固化ID 可以使此主变保护满足本工程特殊的中低压侧接线形式。

由于涉及非标准化设计，厂家需重新对保护设备进行试验分析，预估花费时间为半年到一年，这不符合本工程工期要求，并且试验所产生的费用较高，超过可研阶段预估金额的10%，故此方案不具备可行性。

1.2 在现有标准化设备中寻求可用保护

由于申请新的非标准化设备不可行，遂考虑在现有标准化设备中寻找最接近工程情况，并且可以实现主变保护要求的其他电压等级的保护设备。

从国网公司印发的规范Q/GDW 1175—2013“本标准中750 kV 变压器以高压侧3/2 断路器接线、中压侧3/2 断路器接线（兼容双母双分段接线）、低压侧双分支单母线接线的分相自耦变压器（高2-中2-低2）为基础型号，无选配功能。［1］”及Q/GDW 11661—2017《1 000 kV 继电保护及辅助装置标准化设计规范》 “本标准中主体变压器以高压侧3/2 断路器接线、中压侧3/2 断路器接线、低压侧双分支单母线接线的分相自耦变压器（高2-中2-低2）为基础型号，无选配功能。［2］”中可以得出，750 kV 变压器保护和1 000 kV 变压器保护对应的主接线回路设计符合本工程实际工况要求（即高2-中2-低2），从主接线回路设计统一性方面可考虑选用750 kV或1 000 kV 电压等级的变压器保护作为本工程500 kV 变压器的保护装置。

2 各电压等级主变保护功能对比

根据国网公司继电保护“六统一”标准要求，进一步对500 kV、750 kV、1 000 kV 三种电压等级变压器保护标准化装置的保护功能配置、接口标准和保护定值统一性等方面进行分析，确认何种电压等级下的变压器保护装置在本工程中更具可行性与适用性，并最终落实到实际工程选型中。

2.1 模拟量输入

由于主变压器高压侧为3/2 断路器接线、中压侧为3/2 断路器接线、低压侧为双分支单母线接线，所以主变保护需要的模拟量输入为：高压侧电流2 路，中压侧电流2 路，低压侧电流2 路，低压侧三角内部套管（绕组）电流1 路，公共绕组电流1 路，公共绕组零序电流1 路，高压侧电压1 路，中压侧电压1 路，低压侧电压2 路。三种保护装置的模拟量输入对比如表1所示。

表 1 主变保护模拟量输入对比Tab. 1 Comparison of main transformer protection analog inputs

通过对比可明确得出，从模拟量输入的数量角度分析，标准的500 kV 的主变保护装置不符合本工程的实际需要，而750 kV 与1 000 kV变压器保护装置模拟量输入情况一致，均能够满足接口标准统一性和本工程的实际需求。

2.2 保护功能配置

根据国网发布的标准化设计规范Q/GDW 1175—2013 及Q/GDW 11661—2017，将750 kV与1 000 kV 装置的保护功能配置表进行对比，并以500 kV 装置作为参照具体分析，得出变压器保护功能配置差异如表2 所示。

表 2 主变保护功能配置差异Tab. 2 Configuration differences of main transformer protection functions

（1） 低压侧小区差动保护

低压侧小区差动保护是指由低压侧三角形两相绕组内部TA 和一个反映两相绕组差电流的外附TA 构成的差动保护［3］。500 kV 与750 kV 装置主保护配有低压侧小区差动保护，而1 000 kV中没有。

在标准化设计规范中对主变保护配置有如下解释：若仅配置分相差动保护，在低压侧有外附CT 时，需配置不需整定的低压侧小区差动保护［1］。而本工程低压侧并没有配置外附CT，因此也无需配置低压侧小区差动保护。1 000 kV保护装置不配置此保护的原因是其低压侧配置了调压补偿变，无法实现低压侧小区差动保护。

因此，此差异对于本工程的保护配置并无影响。

（2）中压侧后备带偏移特性的阻抗保护

中压侧后备带偏移特性的阻抗保护，指向变压器的阻抗不伸出高压侧母线，作为变压器部分绕组故障的后备保护；指向母线的阻抗作为本侧母线故障的后备保护。其中500 kV 与750 kV 保护装置均设置一段4 时限，第1 时限跳开分段，第2 时限跳开母联，第3 时限跳开本侧断路器，第4 时限跳开变压器各侧断路器。而1 000 kV保护装置设置一段2 时限第1 时限跳开本侧断路器，第2 时限跳开变压器各侧断路器。

其中750 kV 保护装置较为特殊，既可用于3/2 接线方式，也可兼容用于双母双分段接线，所以此处配置与500 kV 的设置完全相同。在实际工程应用中，第1、第2 时限可以退出，即只设置为第3、第4 时限投运，用于3/2 接线；而1 000 kV 则固定为3/2 接线方式，故设置为2 时限。因此，从理论上讲750 kV 和1 000 kV 从保护时限角度可以设置为一致，均能满足本工程中压侧3/2 接线方式的保护设置。

（3） 低压1、2 分支后备保护失灵联跳功能

低压1、2 分支后备保护失灵联跳功能，设置一段1 时限。变压器低1、2 分支断路器失灵保护动作后跳变压器个侧断路器功能。变压器低1、2 分支断路器失灵保护动作开入后，应经灵敏的、不需整定的电流元件并带50ms 延时后跳变压器各侧断路器。

1 000 kV 主变保护装置配有低压1、2 分支后备保护失灵联跳功能，而500 kV 与750 kV 中没有。

根据GB/T 14285—2006《继电保护和安全自动装置技术规程》［4］中关于母线保护与断路器失灵保护的相关规定，本工程低压侧35 kV 母线无需配置母线保护及失灵保护，并且500 kV 主变保护标准设计中也没有低压侧失灵联跳功能，所以本工程主变保护无需配置失灵联跳功能。故仅以此点区别分析，750 kV、1 000 kV 两种电压等级的保护都可用。

（4） 保护定值统一性

750 kV、1 000 kV 电压等级的保护定值设定完全可以向下兼容500 kV 保护设定要求，满足保护定值统一标准。

3 结 论

综合上述三种电压等级变压器保护装置的对比分析，在技术层面，750 kV 与1 000 kV 变压器保护装置在主接线回路设计统一、模拟量接口数量统一、保护功能配置统一、保护定值统一，以及规程规范对保护的要求等方面，均符合本工程实际需求。

在经济层面，若选用500 kV 非标准化变压器保护将产生非标试验费用，造价较高且供货周期长；750 kV 变压器保护与500 kV 变压器保护设备造价相差不超过20%，而1 000 kV 属于超高压，该电压等级的变压器保护设备造价约为500 kV 变压器保护设备的一倍，经济性较差。

因此，从技术、工程造价及供货周期等方面综合考虑，本工程采用750 kV 主变保护方案更能满足实际需要。