水电站发变组单元接线变压器保护配置研究

何璐 张振 张超 司青花

作者简介：何璐 （1981-），女，硕士，高级工程师，研究方向为水电厂电气设计。

摘要：结合部分水电站电气主接线型式，本文对受穿越功率或送出影响的水电站，装机容量不大的主变压器接入高电压等级电力系统时，主变压器保护的配置需要考虑的问题进行了分析;另外对受到枢纽布置影响，当主变高压侧电缆敷设长度过长时，需要在主变高压侧增设短电缆保护进行了分析，为后续水电站有类似情况的主变压器继电保护系统设计提供借鉴。

关键词：水电站  主变压器  纵差保护  整定值

Abstract： According to the main electrical wiring of some hydroelectric power station， this paper analyzes the problems to be considered in the configuration of main transformer protection when the main transformer with small installed capacity is connected to the high-voltage power system in the hydropower station affected by crossing power or transmission; In addition， due to the influence of hub layout， when the cable laying length at the high voltage side of the main transformer is too long， it is necessary to add short cable protection at the high voltage side of the main transformer， so as to provide reference for the design of main transformer relay protection system with similar conditions in subsequent hydropower stations.

Key Words： Hydropower station; Main transformer; Longitudinal differential protection; Setting value

变压器作为水电站中重要的电气设备，它的安全运行是保证水电站提供高质量连续电力的必要条件。由于水电站一般地处偏僻，远离负荷中心，其接入系统的设计受水电站所处区域、送出的规模、穿越功率等条件限制[1]，某些电站虽然装机容量不大，但可能接入330kV及以上高电压等级电网，某些水电站由于枢纽布置的影响，主变高压侧至升压站之间会有超过600m的高压电缆等，这些因素都对发变组单元接线型式的变压器主保护的配置产生影响。

本文针对以上提出的情况，对水电站的发变组单元接线型式下的变压器保护的配置方案进行分析研究。

1变压器差动保护启动电流整定值的影响

某水电站发电机单机容量为250MW，变压器容量为270MVA，电压比为550/15.75kV，全厂共3台机，发变组采用单元接线接入500kV系统，开关站采用3/2接线型式，主变各侧电流互感器的配置如表1所示，可选择的保护配置方式如图1所示。根据主接线型式，变压器主保护可采用两种配置方案：（1）主变差动保护;（2）主变差动保护+小区保护。两种主保护配置方案的主要区别为变压器主保护范围是否包括主变高压侧至3/2断路器区域。

对于第一种主保护配置方案，变压器差动保护输入的电流为主变低压侧电流、3/2断路器QF1侧电流及3/2断路器QF2侧电流[2]。此方案接线简单，没有死区，采用的保护装置数量最少，仅为双重化的主变保护装置。这种保护配置方案，如果是设置在装机容量较大，机组接入的升压站没有穿越功率的情况下是可行的，但是由于本站有较大的穿越功率，3/2串内电流互感器的变比高达4000/1A，如采用第一种主保护配置方案，实际中将不可行，具体分析如下：

变压器的额定容量Sn为270MVA，主变高压侧电压等级为550kV，低压侧为15.75kV，因此主变高压侧的二次额定电流Inh===0.07A，主变低压侧二次额定电流为Inl===0.66A。根據DL/T 684 《大型发电机变压器保护整定计算导则》中的规定，变压器纵差保护的最小动作电流的整定值，在工程实用整定计算中可选取为Iop=（0.3～0.6）Ie，其中Ie为变压器基准侧二次额定电流。以变压器高压侧为基准侧，则启动值可设定为Iop=0.4Ie=0.4×0.07=0.03A。

参考主要的继电保护生产厂商的变压器保护装置说明书，其启动电流的最小整定值一般要求大于0.05A，且如果定值设定的过小，由于装置的零漂或者电流互感器的测量误差等都有可能引起保护装置的误动作，因此这种方案将不可行。

通过以上的分析可以得出，主变高压侧采用的电流互感器一次额定电流与主变高压侧的额定电流相差过大是造成保护配置方案不可行的主要原因。主变高压侧额定电流为Inh==283A，输入保护装置的主变高压侧电流互感器的一次额定电流为4000A，相差14倍，而变压器差动保护的启动电流是根据变压器基准侧的二次额定电流的百分比确定的，二次额定电流过小，保护装置的定值就不能设定为一个合理的范围内[3-6]。但由于本站有较大的穿越功率，升压站3/2 串内电流互感器，不仅需要考虑本站主变输入的电流，同时也要考虑穿越功率产生的负荷电流，电流互感器一次额定电流的选择本身就要考虑可能流过的最大负荷电流，因此也不可能为了满足变压器保护定值设定的要求而降低电流互感器的一次额定电流，在这种情况下，主变差动保护高压侧电流互感器不能采用3/2串内电流互感器，因此也不能采用第一种保护配置方案。

对于第二种保护配置方案，在主变高压侧增设主变差动保护、小区差动保护用TPY级电流互感器，将保护范围划分为主变与小区两个部分，变压器压器差动保护输入的电流为主变低压侧电流、主变高压侧电流，高压侧电流互感器的一次额定电流为1000A。这种接线型式下，主变高压侧的二次额定电流Inh===0.28A，变压器纵差保护的最小动作电流的整定值为Iop=0.4Ie=0.4×0.28=0.11A，可以满足保护装置的最小整定范围的要求。对于增设的主变高压侧的小区保护，输入的各侧电流的变比差距在4倍以内，也可以满足小区保护对互感器的参数要求。

2枢纽布置的影响

某些水电站并不存在较大的穿越功率，但是在实际的变压器保护配置中，由于枢纽布置的原因等，也需要考虑增设主变高压侧的小区保护。

如某水电站发变组单元接线，经5回330kV出线接入1km以外的330kV汇集站，主变高压侧设置有断路器。常规设计中，发变组单元接线+线变组出线的电站，只需要配置变压器保护和线路保护，即按照图2中（1）图所示方案配置。但由于此电站为地下厂房，主变压器布置在地下母线洞室内，330kV出线断路器设置在地面出线站，主变高压侧至出线断路器间的高压电缆敷设长度为800m左右。如果按照图2中（1）图的配置方案，主变保护相关的交流电流回路、跳闸回路等二次电缆的敷设长度将超过1km，虽然可以通过增大电缆截面的方式减小影响，但是存在信号衰减的风险。另外参考NB/T 35010《水力发电厂继电保护设计规范》中对超过600m的联络线要求配置独立的主保护，主保护宜采用光纤纵联差动保护的规定，此电站的保护配置宜按照图2中（2）图所示配置，即配置主变保护+短电缆保护+线路保护，在主变高压側至出线断路器间增设光纤差动的短电缆保护，分别在主变洞及出线平台设置短电缆保护屏，交流电流回路及跳闸回路等就近接入保护装置，两台装置之间通过光缆通道构成差动保护，避免信号衰减等风险造成保护误动或者拒动。

3结语

结合部分水电站电气主接线型式，本文对受穿越功率或送出影响的水电站，装机容量不大的主变压器接入高电压等级电力系统时，主变压器保护的配置需要考虑的问题进行了分析;另外对受到枢纽布置影响，当主变高压侧电缆敷设长度过长时，需要在主变高压侧增设短电缆保护进行了分析，为后续水电站有类似情况的主变压器继电保护系统设计提供借鉴。

参考文献

[1] 王猛.小型水电站并网方案的设计与研究[J].电工技术，2019（19）：60-61，81.

[2] 李应文，刘涛，裴东良，等.1000 kV特高压主变压器差动保护配置分析[J].电力科学与技术学报，2017，32（3）：106-113.

[3] 张明昊，何志江.变压器继电保护整定分析[J].电力系统装备，2021（5）：64-66.

[4] 叶志军，于旺，郑荣显，等.变压器空充下的励磁涌流二次谐波特性分析[J].电力系统自动化，2020，44（24）：145-150.

[5] 贺丽君，欧中杰.某发电站变压器纵联差动保护动作原因分析及整改措施[J].电工技术，2021（3）：87-88，91.

[6] 陈玉.基于输电线路暂态分量的快速距离保护原理及应用[D].武汉：华中科技大学，2019.

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