110kV智能变电站变压器保护的整定计算原则分析

2018-08-30，，，

电气开关 2018年1期

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(1.国网西安供电公司，陕西西安 710032;2.国网铜川供电公司，陕西铜川 727031;3.国网陕西省电力公司，陕西西安 710048)

1 引言

随着智能电网技术的不断发展，越来越多的智能变电站已投入运行。智能变电站以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基本要求，完成信息采集、测量、控制、保护、计量和监测等基本功能[1]，对电网运行提出了更高要求。同时，智能变电站的保护因其外回路设计不同、保护装置设计原理的不同对继电保护定值整定也提出了新的要求。结合国家电网公司颁布的《智能变电站技术导则》、《智能变电站继电保护技术规范》，并根据目前已运行的110kV智能变电站的实际情况，对110kV智能变电站变压器保护的配置及定值的整定计算原则进行分析，有利于智能变电站的继电保护定值的整定及电网的安全运行。

2 110kV智能变电站变压器保护的设计

110kV智能变电站的变压器电量保护宜按双套配置，双套配置时应采用主、后备保护一体化配置；若主、后备保护分开配置，后备保护宜与测控装置一体化。变压器各侧MU按双套配置，中性点电流、间隙电流并入相应侧MU；变压器保护应直接采样，直接跳各侧断路器；变压器保护跳母联、分段断路器及闭锁备自投、启动失灵等可采用GOOSE网络传输。变压器保护可通过GOOSE网络接收失灵保护跳闸命令，并实现失灵跳变压器各侧断路器；变压器非电量保护采用就地直接电缆跳闸，信息通过本体智能终端上送过程层GOOSE网[2]。110kV智能变电站的变压器保护双套一体化配置方案如图1所示。

图1 110kV变压器保护双套主后一体化配置方案(图示单套)

智能变电站的建设总体按照“统一规划、统一标准、统一建设”的工作方针，因此，变压器保护装置的功能设计也更加规范化。针对目前已运行的110kV智能变电站变压器保护的配置情况，并结合国家电网公司的企业标准《10kV～110(66)kV元件保护及辅助装置标准化设计规范》，对110kV智能变电站变压器保护的保护配置及定值整定进行详细说明及探讨，变压器保护配置要求如下[3]：

(a) 差动保护;

(b) 高压侧复压闭锁过流(方向)保护;

(d) 高压侧间隙保护;

(e) 中、低压侧复压闭锁过流(方向)保护;

(f) 非电量保护。

3 变压器保护定值的整定

不同厂家、不同型号的智能变电站保护装置，其保护定值存在差异化，具体表现为定值名称、部分定值的整定计算算法、控制字的正反逻辑、压板的说明等。因此文中对常见保护定值及压板进行说明，差异化较大不具有代表性的定值项未作说明。从规范化的角度对智能变电站的变压器保护定值项目进行定值整定原则的分析，能够确保定值的正确性，防止整定计算过程中人为随机因素导致的错误，如整定计算原则性的选择错误等。

3.1 差动保护

(1)差动速断定值：差动速断保护是纵差保护的一个辅助保护，当变压器内部故障电流很大时，防止由于电流互感器饱和引起纵差保护延迟动作。差动速断保护的整定值应按躲过变压器可能产生的最大励磁涌流或外部短路最大不平衡电流整定[4]。

IOP=KIe

(1)

式中：Ie为变压器基准侧二次额定电流；K为倍数，视变压器容量和系统电抗大小，K推荐值如下：

6300kVA及以下 7～12；

6300～31500kVA 4.5～7.0；

40000～120000kVA 3.0～6.0；

120000kVA及以上 2.0～5.0。

容量越大，系统电抗越大，K取值越小。要求正常运行方式保护安装处电源侧两相短路时灵敏系数KLM≥1.2。

(2)差动电流启动值：即纵差保护动作值，变压器纵差保护作为变压器绕组故障时的主保护，保护区是构成差动保护的各侧电流互感器之间所包围的部分，用于快速切除故障，定值应大于变压器正常运行时的差动不平衡电流。要求灵敏系数KLM≥1.5。

IOP.min=(0.3～0.6)Ie

(2)

式中：Ie为变压器基准侧二次额定电流。

根据实际情况(现场实测不平衡电流)确有必要时，最小动作定值也可大于0.6Ie。当变压器各侧流入差动保护装置的电流值相差不大时[5]，动作值可取0.4Ie，相差较大时动作值可取0.5Ie。

(3)二次谐波制动系数：110kV变压器纵差保护多采用二次谐波进行制动，防止纵差保护因励磁涌流发生误动。二次谐波制动系数应考虑变压器的容量，变压器容量较大时宜取较小值，变压器容量较小时宜取较大值。二次谐波制动系数越大，则保护的谐波制动作用越弱[6]，涌流闭锁方式可采用二次谐波比最大相(或门)闭锁方式，一般可整定为15%～20%。

(4)CT断线告警定值：按躲过正常运行时最大不平衡电流整定。

IDX=KKIe

(3)

式中：Ie为变压器基准侧二次额定电流；KK为可靠系数，取为0.2。

3.2 高后备保护定值

(1)复压闭锁元件定值：复压闭锁过流保护宜用于升压变压器、系统联络变压器和过电流保护不能满足灵敏度要求的降压变压器[7]，对于降压变压器，多用于变压器运行不满足N-1时的情况。高压侧复压闭锁元件由各侧复压元件经“或门”构成，现场无法实施时取低压侧复压闭锁元件。低电压闭锁定值整定为(0.7～0.8)UN，UN为低电压元件所接电压额定值；负序电压闭锁定值整定为(0.04～0.08)U2，U2为负序电压元件所接电压额定值。

(2)过流方向元件：复压闭锁过流(方向)保护中方向元件取自本侧电压。多侧电源变压器方向过电流保护的方向指向应有利于加速跳开小电源或无电源的断路器，避免小系统影响主系统或两个较强系统相互影响。主电源侧方向过电流保护方向宜指向变压器；小电源侧过电流保护在变压器其他侧母线故障有灵敏度时方向指向变压器，无灵敏度时方向指向本侧母线；方向过电流保护的动作时间应按照逐级配合的关系整定。

(3)复压闭锁过流定值：动作值按躲过变压器的额定电流整定，要求近后备灵敏度KLM≥1.3，远后备灵敏度KLM≥1.2。电源侧的过电流保护一般要求对无电源侧母线故障的灵敏度KLM≥1.5，同时要求应与中、低压侧的过流保护定值配合，配合系数一般取为1.05～1.1。

IOP=KKIFHmax/Kf

(4)

式中：IFhmax为最大负荷电流，按变压器高压侧额定电流Ie整定；KK为可靠系数，取1.2～1.3；Kf为返回系数，取0.95。

复压闭锁过流定值推荐为1.4Ie，动作时间与变压器中、低压侧过流保护动作时间配合整定，并考虑变压器的热稳定要求。

(4)零序过流Ⅰ段定值：动作值与110kV线路零序电流Ⅰ段或Ⅱ段配合整定，要求在母线接地故障时灵敏系数KLM≥1.5。动作时间按照配合关系整定。

(5)

IOP≤3I0min/KLM

(6)

(5)零序过流Ⅱ段定值：动作值与110kV线路零序电流保护末段配合整定，动作时间按照配合关系整定。

(7)

IOP≤3I0min/KLM

(8)

(6)间隙电流定值：对于中性点不接地的半绝缘变压器，应装设间隙保护作为接地故障的后备保护。放电间隙击穿接地后将流过零序电流，构成间隙电流保护。间隙零序电流和在接地故障时故障母线TV的开口三角形绕组两端产生的零序电压构成“或”逻辑，组成间隙保护，保护的原理接线图如图2所示。间隙电流定值一次值一般可整定为40～100A，动作时间可整定为0.5s；当配置间隙零序电压和间隙零序电流相互保持时，动作时间应与110kV线路全线有灵敏度段接地保护最长动作时间配合整定。

图2 间隙保护原理接线图

(7)零序电压定值：用于变压器中性点不接地时，所连接的系统发生单相接地故障同时又失去接地中性点的情况，防止此种故障对中性点直接接地系统的电气设备绝缘造成威胁，此时需要通过零序过电压保护切除故障。零序电压定值一般整定为150～180V，动作时间整定为0.3～0.5s。

3.3 中(低)后备保护定值

(1)复压闭锁元件定值：中(低)压侧复压闭锁元件由各侧复压闭锁元件经“或门”构成或仅取本侧复压元件。低电压闭锁定值整定为(0.7～0.8)UN，UN为低电压元件所接电压额定值；负序电压闭锁定值整定为(0.04～0.08)U2，U2为负序电压元件所接电压额定值。

(2)过流方向元件：复压闭锁过流(方向)保护中方向元件取自本侧电压。小电源侧过电流保护在变压器其他侧母线故障有灵敏度时方向指向变压器，无灵敏度时方向指向本侧母线；方向过电流保护的动作时间应按照逐级配合的关系整定。

(3)复压闭锁过流定值：按躲过变压器的额定电流整定。

IOP=KKIFHmax/Kf

(9)

式中：IFhmax为最大负荷电流，按变压器中(低)压侧额定电流Ie整定；KK为可靠系数，取1.2～1.3；Kf为返回系数，取0.95。

复压闭锁过流定值推荐为1.3Ie，动作时间与本侧出线过流保护动作时间配合整定。

4 软压板及控制字

(1)软压板：智能变电站的软压板包括功能软压板及开入软压板。功能软压板如“主保护”、“高压侧相间后备保护”、“中压侧后备保护”等，用于进行保护功能的投退。开入量软压板如“高压侧电压投入”、“中压侧电压投入”等，还有对于定值操作、远方控制的软压板如“远方控制压板”、“远方切换定值区”等，其中远方控制压板应投入，功能软压板及开入软压板应根据保护投退情况及配置情况进行投入。

(2)GOOSE跳闸软压板：智能变电站的GOOSE用网络信号代替了智能电子装置之间的硬接线通信方式，简化了变电站二次系统接线[8]。在智能变电站中，GOOSE主要用于传送开关量状态信号、保护跳合闸信号及联、闭锁信号，如PCS-978保护装置中的“跳I侧开关GOOSE软压板”、“启动风冷GOOSE软压板”等，因此，GOOSE跳闸软压板的设置应由设计人员、现场调试人员按照保护装置原理进行设置。

(3)SMV软压板：SMV软压板应用控制装置是否接收相关的模拟量，如果整定为0，装置对相应的模拟量置0，并不再判断相关链路报警。SMV软压板定值主要有“高压侧接收软压板” 、“间隙零序接收软压板”等，应由设计人员、现场调试人员按照保护装置原理及运行要求进行设置。

(4)控制字：智能变电站变压器保护的控制字，如“差动速断”、“纵差保护”均应投入。