主变压器继电保护设计及原理

摘要主变保护双重化配置，增加了保护装置运行的灵活性与可靠性，同时也给设计、运行等方面带来了一些新问题，如果处理得当，将会有益于安全运行。否则将会造成隐患。

关键词主变压器；继电保护；改造工程；双重化；保护装置

作者简介曾甫龙，广东省电力设计研究院电气工程师，广东广州，510663

中国分类号TM588文献标识码A文章编号1007－7723(2009)03－0147－0002

一、保护选型及组屏方式

本文以某电站主变保护改造工程为例。如果仍采用电磁型元件组成主变主保护及后备保护，则实现保护双重化的话将使屏柜达4～5面，而且保护双重化后回路也很复杂，显然不可取。由于高性能计算机芯片的出现，在1套保护装置中包含主保护、各侧全部后备保护的主变压器微机型保护装置已开发，并得到广泛应用。因此，此次选用了PST－1202型微机变压器保护。该保护装置除了非电量保护及断路器操作箱外，全套主保护与后备保护只需1层机箱，实现双重化后，一共5层机箱，组屏2面。具体组屏方案如下：保护A屏3层机箱，分别为PST－1202A型数字变压器保护装置、PST－1212型高压双跳圈操作箱和PST－1206A型高压失灵启动装置；保护B屏2层机箱，分别为PST－1202B型数字变压器保护装置和PST－1210C型本体保护及中低压操作箱。由于1套保护的功能集中在1个机箱内，双套保护采用相同的输入输出设计，所以外部接线简洁，其外围回路比主保护与后备保护护分开的单套配置还简单。

二、双重化改造保护电流回路接入方式

根据电气主接线形式，主变的高、中压侧均有旁路断路器代主变断路器的运行方式。进行主变保护双重化改造，如何合理分配电流互感器(以下简称CT)的二次绕组，避免出现保护死区，这将是需要考虑的问题。由于主变低压侧无套管CT，因此CT绕组的分配主要指主变的高、中压侧。

(一)原有的主变保护是采用单主保护单后备保护配置，差动保护电流回路接独立GT。后备保护电流回路接主变套管OT，如图1所示

在高、中压为双母带旁路主接线方式下，当旁路断路器代主变断路器时，差动保护的电流回路需进行相应切换，后备保护的电流回路不用切换。

(二)采用双主保护与双后备保护的双重化主变保护后。CT的二次绕组分配可以有3种方法

1、将第1套保护电流回路接原差动保护CT二次绕组，即接独立CT，旁代时需切换；第2套保护接原后备保护CT二次绕组，即接主变套管CT，旁代时不需切换。虽然旁代时第2套保护对降压变压器的高、中压侧来说，其保护范围不包括独立CT到变压器套管的引线，缩短了差动保护范围，但可以保障旁代时2套保护都在运行。电流回路接线见图2。

2、在独立CT二次绕组足够多时，将第2套保护也接入独立CT，旁代时1套切至旁路断路器CT，另1套切至主变套管CT，这可以达到第一种方法的效果，但缺点是电流回路的切换较麻烦，旁代时2套保护的电流回路都要进行切换，如果操作不当会引起差动保护误动。在保护方式满足要求情况下，不建议过多进行电流回路的切换。为避免切换电流回路过多，旁代时还可以1套保护切至旁路断路器CT，另1套保护不切换，转为停用。

3、为避免电流回路的切换，将2套保护均使用套管CT，在降压变压器的高压侧增设简单电流保护，接独立CT作为引线的保护，当旁代时停用该保护，启用旁路保护作引线及旁路母线的保护。这样的保护配置较复杂，且该电流保护或旁路保护整定时要考虑励磁涌流的影响，可靠性较差。

综合考虑上述3种方法的优缺点，我们在设计电流回路时采用了第一种方法。

三、双重化改造二次回路接线应遵循的原则

主变保护双重化配置是防止因保护装置拒动而导致系统事故的有效措施，同时又可大大减少由于保护装置异常、检修等原因造成的一次设备停运现象，但继电保护的双重化配置也增加了保护误动的概率。因此，在考虑保护双重化配置时，除了选用可靠性高的继电保护装置外，在二次回路设计中还应遵循相互独立的原则，注意做到以下几点：

第一，根据规程规范规定，2套完整、独立的电气量保护应使用各自独立的电源回路(包括直流空气小开关及其直流电源监视回路)，在保护柜上的安装位置应相对独立。

第二，非电量保护只有1套，应使用独立的电源开关或熔断器，具有电源消失监视，对重瓦斯等用于跳闸的保护，宜采用就地跳闸方式，同时作用于断路器的2个跳闸线圈。

第三，对220kV侧的失灵保护和三相不一致保护，可合用1套装置，使用单独的电源开关或熔断器。

第四，220kV侧使用具备双跳圈机构的断路器，断路器和隔离刀闸的辅助接点、切换回路以及与其他保护配合的相关回路亦应遵循相互独立的原则按双重化配置。

第五，2套主保护的电压回路宜分别接入电压互感器的不同二次绕组。如不具备2套保护使用不同电压互感器二次绕组的条件，则应做到交流电压在经切换继电器切换后，分别经1只空气开关接入保护装置，空气开关的输出必须经端子排过渡，这样才能方便地分别对每套保护装置进行通电检查或校验。

第六，2套保护装置的各侧出口回路在端子排上并接后对应接入各侧断路器操作箱。对220kv侧出口回路，因为是双跳圈断路器，可以采用每套装置各启动1组跳圈，也可每套装置都启动2组跳圈。

四、主变保护双重化改造后的保护操作

主变保护双重化改造后，保护的运行方式变得灵活，但由于各类压板较多，操作变得复杂，与以前的单套主变保护有许多不同之处。

(一)保护装置的投退

单独投退保护某一功能时，如停用差动保护，可投退保护的开入量压板，但某套保护整个投退时，可直接操作该套保护装置的出口压板，这样可简化操作。

(二)保护装置的旁代操作

I_在主变高、中压侧断路器因故停用而需用旁路断路器代时，接主变套管CT的第2套保护电流回路无需切换，保护压板也不用操作。

2、对使用独立CT的第1套保护，由于电流回路需要切换，首先要考虑停用该套差动保护，同时还要停用零序保护，否则在负荷电流较大或切换过程中发生区外故障时保护将误动。，由于电流回路切换的时间较短，可不考虑另1套保护对引线部分有死区的影响，为了简化操作，也可以电流切换过程中将第一套保护全部停用，即停用它的出口压板。

(三)1套保护装置停运时的保护操作

1、在第2套保护因故退出运行时，因第1套保护无死区，无需操作而变压器可继续运行。

2、但第1套保护因故退出运行时，因第2套保护接套管CT存在死区，需要一定的补救措施。可采取的措施是用旁路断路器代主变断路器，启用旁路断路器的保护，形成了1套变压器差动保护和1套旁路后备保护的运行方式，用旁路保护解决独立CT至主变套管之间引线的保护死区问题，如图2所示，旁路保护的范围包括旁母及独立CT至主变套管间的引线。

五、结语

主变保护双重化配置，增加了保护装置运行的灵活性与可靠性，同时也给设计、运行等方面带来了一些新问题。如果处理得当，将会有益于安全运行；否则将会造成隐患。目前的电流回路接入方式还不够完善，有待于像微机母线保护自适应方式主变保护的出现，在减少现场操作的同时，也减少因切换电流回路造成的保护不正确动作。