电力系统中线路变压器组继电保护的优化研究

王娟

摘 要：随着时代的进步，电力行业的发展也越来越迅速。一些地区也不断有电厂接入电网。一般情况下为了节省投资，多会采用线路变压器组的主接线方式并网。线路变压器组接线就是线路和变压器直接相连，是一种最简单的接线方式，其特点是设备少、投资省、操作简便、宜于扩建。由于该接线方式，其保护功能配置与二次回路设计也与一般情况下有所不同，基于此，本文以某实例对某电厂线路变压器组继电保护展开相关论述。

关键词：电力系统;保护配置;二次回路;重合闸;线路变压器组

一、某电厂的接线方式与保护配置

1、一次接线方式。一次接线应根据符合等级要求保证供电可靠性;同时主接线应力求简单、运用灵活、操作安全方便。如图1所示，某电厂110kV并网线路仅通过1台断路器与110kV主变压器直接连接，形成独立的接线单元，线路与主变压器之间无110kV母线及110kV桥断路器连接;10kV侧装有1段母线，连接有发电机、TV等元件。电厂一次接线的特殊之处在于：110kV线路与主变压器共用1台断路器，且110kV侧仅有1组电压互感器。

2、保护配置。110kV并网线电厂侧为电源点，故配置1套线路保护，为了利于保护整定配合，兼顾继电保护的灵敏性与选择性，除距离、零序（方向）及自动重合闸外，线路保护还集成了光纤电流差动功能，此外操作箱插件也配置在线路保护装置中。主变压器配置差动、后备及非电量保护，均按分箱配置;主变压器各侧控制回路集成在同一台操作箱装置中，与保护独立配置并组于同一面屏柜。

二、该电厂的电流二次回路问题

1、TA配置及绕组分配问题。由于电厂主变压器与110kV线路均配置了能快速切除故障的差动保护，为充分发挥保护的性能，消除保护死区，主变压器差动保护与线路保护范围应尽量交叉。考虑高压侧断路器TA配置1台的情况，如图2（左）所示，高压侧断路器仅线路侧装设1台TA，主变压器差动保护与线路保护均取自该TA。为尽可能满足主保护范围交叉的原则，主变压器差动保护所用绕组1LH应位于110kV线路保护所用绕组2LH靠外侧（线路侧），在1LH与2LH绕组之间发生短路时，主变压器差动保护与110kV线路保护将同时动作，跳开主变压器两侧断路器与线路对侧断路器将故障快速切除。采用该方案时需要注意的事项如下：

①由于高压侧断路器仅有1台TA，当TA最靠近断路器的绕组与断路器之间发生短路时，对于线路保护属于区外短路，主变压器差动保护动作跳开主变压器两侧断路器后，系统将继续向故障点输送短路电流，然后由110kV线路对侧Ⅱ段保护（如距离Ⅱ段、零序Ⅱ段）经短延时动作隔离故障：所以当断路器与TA之间短路时，故障无法实现快速切除。220kV及以上电压等级的线变组可采用主变压器保护出口时启动远跳的方法实现快切故障;110kV及以下线路无快切要求，主变压器保护动作无需启动远跳。

②当断路器TA在吊装时造成了一次侧反向（即P1、P2颠倒），则1LH将位于2LH靠主变压器侧，若一、二次绕组均不作调整，将导致1LH与2LH之间存在死區，如图2（右）所示。故当TA吊装颠倒时，应将1LH用于线路保护，2LH用于主变压器差动（此时二次侧应反向接线进行方向纠正），或将TA一次侧倒转方向后进行重新吊装，以解决TA一次侧反向带来的保护死区问题。

2、电流极性、方向问题。电流互感器是依据电磁感应原理将一次侧大电流转换成二次侧小电流来测量的仪器。它一般按减极性原则设置，即一次侧从P1流入，P2端流出，则二次侧从S1端流出。通常TA一次绕组P1端位于靠出线侧，P2端位于靠母线侧，电流以流出母线为正方向。然而线变组接线电厂110kV侧无母线，造成了该侧TA一次P1、P2朝向该如何布置没有明确的参照点。若TA二次侧S1、S2朝向与一次侧P1、P2朝向不对应导致电流极性接反，将存在以下风险：①110kV线路区外故障时，线路差动保护误动;110kV线路区内故障时，线路距离保护、带方向的零序保护拒动;②主变压器区外故障时，差动保护误动;主变压器后备保护所指向的正方向故障时，后备保护拒动;③110kV线路正方向故障时，故障录波测距将错误地认为是区外故障，导致正向故障时无录波测距信息;110kV线路反方向故障时，故障录波测距将错误地认为是区内故障。以上所述表明，合理、正确地设置TA二次绕组接线的方向对于确保保护正确动作起到了极为关键的作用。如图3所示，TA一次绕组P1位于线路侧，P2位于主变压器侧。主变压器差动、后备保护以指向主变压器为正，故二次侧电流应从S1端流出;线路保护、故障录波以指向线路为正，故二次侧电流应从S2端流出。

三、该电厂110kV并网线重合闸问题

1、重合闸方式选择。故障清除后的短时间内闭合断路器称之为重合。为缩短线路故障后恢复送电的操作步骤和时间，110kV并网线路的电厂侧可考虑投入自动重合闸。为防止非同期并列，110kV并网线路系统侧重合闸应选择检线路无压方式，电厂110kV线路重合闸可考虑检同期方式。由于升压站无110kV母线，故仅在110kV线路侧装设了1组TV，取10kV母线某单相电压或相间电压作为抽取电压Ux。电厂主变压器为Y/△-11接线方式，即低压侧电压超前高压侧电压30°，如图4所示。若在110kV线路保护跳闸启动重合闸时直接进行检同期比较，将存在以下风险：①线路跳闸后若发电机与电网一次系统始终保持同期，则二次电压将存在一定的角度差，最终将导致重合闸检同期不成功而动作失败;②线路跳闸后若发电机与电网一次系统始终不能保持同期但未解列，若在某一时刻低压侧一次电压滞后高压侧一次电压约30°时，二次电压恰好能满足同期条件，从而重合闸顺利地“检同期”成功而动作，将可能带来非同期并列的后果。考虑到以上因素，在电压同期比较时可在微机保护程序中对同期电压Ux进行-30°的转角处理，使高压侧线路与低压侧母线一、二次电压相位差始终相等。

2、重合闸闭锁回路设计。重合闸是保证电力系统可靠运行的重要手段之一，线变组接线的电厂，由于110kV线路与主变压器高压侧共用1台断路器，为防止主变压器故障时“不对应启动重合闸”动作而导致断路器重合于永久故障，在二次回路设计时应考虑主变压器保护动作时闭锁110kV并网线路重合闸。此处选用间接闭重方式：对于操作箱设有TJR永跳继电器的110kV线路保护，宜采取间接闭重的方式，即主保护、后备保护及非电量保护出口并联后直接接入110kV线路保护操作箱TJR永跳回路，TJR继电器的1副接点通过装置内部回路闭锁线路保护重合闸。若出口接入主变压器保护屏操作箱TJR回路，将无法直接达到闭锁线路重合闸的效果，4套主变压器保护装置仍需各输出第2副接点至线路保护闭重开入。

四、该电厂110kV断路器控制回路问题

断路器的作用是切断和接通负荷电路，以及切断故障电路，防止事故扩大，保证安全运行。由于该电厂110kV线路与主变压器高压侧共用1台断路器，且110kV线路保护自带操作插件，同时主变压器保护屏配有1台操作箱装置，此处使用线路保护操作箱。当高压侧断路器使用线路保护自带操作箱的控制回路时，保护装置可通过内部回路监视其自带操作箱采集到的断路器位置，当HWJ=0且TWJ=0时认为断路器控制回路断线并发告警信号。

五、小结

综上所述，本文以某电厂采用线路主变压器组的主接线方式并网为例，对其涉及的接线方式与保护配置、电流二次回路问题、并网线路的重合闸问题以及断路器控制回路等继电保护问题进行讨论，以期为今后的相关工作提供参考。

参考文献

[1]卢孟杰.智能变电站继电保护技术优化研究[D].华北电力大学，2017.

[2]黄妍.220kV智能变电站继电保护配置方案研究[D].广西大学，2017.

[3]张鹏.浅谈电流互感器二次绕组极性[J].云南电力技术，2013，41（3）.