燃煤发电厂变压器继电保护设计研究

徐建康

摘要：在我国快速发展过程中，人们的生活质量在不断提高，对于燃煤发电厂的需求在不断加大，煤电公司燃煤燃煤发电厂变压器组因线路短路、超负荷和电压、电流不稳定等问题，经常发生故障。为了解决变压器故障问题，设计了继电保护措施。利用仿真模拟分析了保护的可靠性，仿真结果表明，变压器组采用继电保护能够加强电网安全，提高燃煤燃煤发电厂变压器组工作稳定性。

关键词：变压器;继电装置;燃煤燃煤发电厂

引言

燃煤发电厂继电保护和安全自动装置是燃煤发电厂系统的重要组成部分，对保证燃煤发电厂系统的正常运行，防止事故发生或扩大起了重要作用。继电保护是对燃煤发电厂系统中发生的故障或异常情况进行检测，从而发出报警信号，或直接将故障部分隔离、切除的一种重要措施。应根据审定的系统设计原则或审定的系统接线及要求进行继电保护和安全自动装置设计。

1 燃煤发电厂变压器继电保护的主要构成

燃煤发电厂系统在长时间的演变和发展下，已经初步达到了理想的状态，由过去老式的继电保护系统到现在的微机型继电保护装置。这种继电保护装置的组成包括有几个部分。第一部分，主要是负责采集燃煤发电厂系统的信号装置。收集并整理系统内部的燃煤发电厂数值，再通过收集的数据通过进行有效的传递，最后交给继电保护装置。第二部分，主要是负责处理燃煤发电厂系统的信号。它可以把采集整理的信号进行有效的处理，再把影响作用对其分类解决。第三部分，主要负责信号输出任务。由于这部分比较关键，必须要确保输出的信号要准确无误，确保燃煤发电厂系统正常运行工作。

2 燃煤发电厂变压器继电保护设计

2.1 110kV线路保护配置方案

煤电公司燃煤燃煤发电厂变压器侧的110kV线路采用继电装置保护。对每一回的110kV线路进线侧安装GIS智能测控一体化保护装置，并配置监测参数性能表，通过性能监测表能够实时掌握110kV线路运行情况，若一旦发生短路、断路或者其他故障，立即启动跳闸保护。在每一回线上配置了一整套相互独立的继电保护装置，重新设定了线路合闸保护功能。每两个回路的110kV线路配置一个保护柜，保护柜里安设有测量仪器仪表、控制集合型的设备、反应执行的元器件，通过EVT获取线路中的电压、电感等信息，反馈给智能终端，智能终端将要调控命令传输给GOOSE和SV网，保护装置得到命令后立即执行保护措施。

2.2 差动保护设计

在进行燃煤发电厂系统中燃煤发电厂变压器继电保护装置的差动保护设计过程中，必须要遵循以下设计原则。首先在燃煤发电厂变压器正常工作状态下，需要使两侧的燃煤发电厂传感装置的环线连接正常。一般来说差动继电保护装置的电流值为两侧电流传感器的二次电流差值，一般都是接近为零的状态。当差动继电保护装置不进行工作时，保护作用也会停止。随着科学技术的不断发展，一些性能优越的高新计算机芯板的运用，使得差动保护设计得到有效的进行，从而使整体的运行状态得到更好的保护。

2.3 瓦斯保护设计

在瓦斯保护中，主要是对变压器的内部故障、匝间短路以及铁芯故障进行反映。在变压器瓦斯保护当中，瓦斯继电器是其中的核心元件，并通过油枕同油箱间的瓦斯继电器判断在变压器内部当中是否存在故障问题。当变压器发生轻微故障时，绝缘物在分解的过程中将以缓慢的方式形成气体，并逐渐聚集到继电器当中，此时继电器将发生动作，闭合节点，该方式即称之为轻瓦斯保护，该方式通常仅仅作为发信应用，而不应用在跳闸。如故障较为严重，在变压器内部，则将具有较多的气体在油箱中存在，强烈油流也将因此冲击继电器，此时重瓦斯动作节点则将闭合，在跳闸后发出相应的信号，即为重瓦斯保护。

2.4 设计低压变压器在过电流时进行保护装置

一般情况下，如果是应用三相式的变压器时主要是在变压器的低压侧，一旦在压侧出现短路时，或者是没有发挥出阻抗保护时，那么就起不到保护的作用。所以，在所有相邻元件的后备必须要达到保護的作用。如果发生这种问题时，可以在低压侧设计一个复合电压闭锁过流保护，也可以在高、中压侧安装一个复合的电压闭锁过流保护。另外，在设计高压变压器保护装置时，当变压器高压侧电流保护会对低压侧母线产生一定的灵敏度，所以，就可以对变压器高压侧短路以及低压侧断路器安装一个保护装置。一旦变压器低压侧产生停运问题以及发生故障时，就会发生在开关和TA间出现非正常状况，此时保护装置则当作变压器低压侧母线后备保护设计应用，也可以作为主保护的设计应用。有一点我们也是可以忽略的，就是发生非金属性短路时，会出现灵敏度不足的阻抗保护，或者是出现延时以及超时的问题发生。通过在对上述问题发生过程当中，最好的解决方法就是在变压器的高压侧设计一个保护装置，可以安装保护变压器，也就是热稳定的反时限过流装置。并且必须把这种设置的整定值要与变压器的热稳定相适应，除此之外，对变压器低压侧也要进行相应的保护，安装一个电流保护装置。

2.5 变压器主保护方案

煤电公司燃煤燃煤发电厂变压器组有时在升降压会发生故障，为了全面保护变压器组，设计了一套主保护装置，该主保护不影响后备保护装置。主保护可以直接收集变压器组高电压侧、中压侧和低压侧的数据，根据信号情况可以直接作出保护动作。也可以经过分段保护装置将该信号传输至GOOSE网，元件通过网络发生信号命令执行动作。主保护装置有接地和电缆直接传输线路，非电量信号可以经接地或者电缆发送至断路器执行动作，并经智能终端上传给上级系统，可以良好的与监测监控系统并网，实现自动化，主保护原理如图2所示。每一台主变压器均配备了继电装置保护柜，就近接入智能控制柜，远端与整个监控系统并网。

3 工作方式

燃煤发电厂变压器继电保护接地线穿过罗氏线圈，罗氏线圈输出连接到积分器模块，积分器模块输出连接到10M采集/8位模块，采集模块输出连接到数据处理单元，数据处理单元对采集的数据进行处理，区分是否有雷击过压和感应过压，及区分是雷击过压还是感应过压，数据处理单元处理完数据输出到显示单元和输出接口（RS485或433M）。为了保持被采集信号的准确性，需要在信号源和A/D转换器之间加入一个采样/保持电路来确保信号源的可靠性。为了提高系统的准确性，采样/保持电路的采样时间越短越好，其保持时间越长越好。A/D转换器具有很多类型，一般采用逐次逼近型的A/D转换器。燃煤发电厂变压器继电保护接地线穿过罗氏线圈，罗氏线圈输出连接到积分器模块，积分器模块输出连接到10k/24位采集模块，采集模块输出连接到数据处理单元，数据处理单元对采集的数据进行处理并计算接地电流值及计算相位值，数据处理单元处理完数据输出到显示单元和输出接口（RS485或433M）。

结语

煤电公司燃煤燃煤发电厂变压器组容易发生短路、异常故障，分别阐述了三相短路、相间短路、零序电流电压和异常产生原因以及保护原则。针对变压器故障设计了继电保护，分析了继电保护工作原理，论述了继电保护实现功能。为了验证设计的变压器组继电保护可靠性，利用仿真模拟保护的可靠性曲线，从仿真结果来看，继电保护满足要求，保障了燃煤燃煤发电厂变压器组的安全。

参考文献：

[1]李先妹，黄家栋，唐宝锋.数字化变电站继电保护测试技术的分析研究[J].燃煤发电厂系统保护与控制，2012，40（3）：105-108.

[2]李亮玉，唐宝锋，赵贤龙，等.智能变电站就地化保护研究现状及应用展望[J].华电技术，2018，40（5）：17-20，24.

[3]王超.数字化变电站继电保护系统可靠性研究[D].杭州：浙江大学，2013.