特高壓安吉站變壓器保護(hù)分析

王濤濤

【摘要】本文從1000kV特高壓安吉站出發(fā)，分析了特高壓變壓器的結(jié)構(gòu)組成及其優(yōu)缺點(diǎn)，以及調(diào)壓補(bǔ)償變采用中性點(diǎn)無(wú)勵(lì)磁調(diào)壓方式的必要性，分析了特高壓變壓器保護(hù)配置、差動(dòng)保護(hù)的原理，為特高壓變壓器的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供參考。

【關(guān)鍵詞】特高壓 自耦變壓器 調(diào)壓補(bǔ)償變 差流計(jì)算

0、引言

1000kV安吉變電站位于浙江省湖州市安吉縣，為我國(guó)第一條同塔雙回1000kV輸變電工程——皖電東送淮南至上海特高壓交流輸電示范工程中四個(gè)新建變電站之一。由于容量、體積及自重等關(guān)系，變壓器采用主變壓器加調(diào)壓補(bǔ)償變的特殊接線方式。為了制造、運(yùn)行的方便，把調(diào)壓變壓器和補(bǔ)償變壓器共用一個(gè)油箱，與主體自耦變壓器分箱體布置，即采用分體結(jié)構(gòu)。分體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化了變壓器結(jié)構(gòu)，調(diào)壓裝置故障時(shí)易檢修和更換，提高了變壓器的可靠性。

1、特高壓變壓器的結(jié)構(gòu)

為了提高變壓器的效率、減輕其質(zhì)量、縮小其尺寸，大容量超高壓等級(jí)的變壓器一般采用自耦變壓器。1000kV特高壓安吉站采用3臺(tái)容量為1000MVA的單相自耦變壓器，并配置1臺(tái)備用變壓器。自耦變壓器具有尺寸小、重量輕、效率高、運(yùn)輸方便的優(yōu)點(diǎn)。自耦變傳輸功率一部分是電磁耦合，一部分是電傳導(dǎo)，所有在相同的標(biāo)稱容量情況下，自耦變壓器有較小的繞組容量，而變壓器的重量和尺寸是由繞組容量決定的。繞組容量只有銘牌標(biāo)稱容量的（ ）倍。繞組容量小，則由此帶來(lái)的銅耗和鐵耗小，則效率較高，可達(dá)99%以上。

因?yàn)橛休d調(diào)壓大大增加了變壓器結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性、設(shè)備的造價(jià)和運(yùn)行維護(hù)的成本，并且降低了設(shè)備的運(yùn)行可靠性，所以1000kV特高壓變壓器一般采用中性點(diǎn)無(wú)勵(lì)磁調(diào)壓，并附加低壓側(cè)電壓補(bǔ)償?shù)恼{(diào)壓方式。中性點(diǎn)調(diào)壓方式具有絕緣好處理和公共繞組回路內(nèi)的分接電流小等優(yōu)點(diǎn)。調(diào)壓時(shí)由于主體變壓器的匝電勢(shì)和鐵芯磁通密度會(huì)發(fā)生變化，導(dǎo)致低壓側(cè)繞組輸出電壓也會(huì)隨之變化，所以需要增加低壓補(bǔ)償繞組，維持低壓側(cè)電壓的恒定。

2、保護(hù)配置

2.1 主變壓器保護(hù)配置

1000kV特高壓安吉站的主變壓器保護(hù)配置雙重化的主、后備保護(hù)一體變壓器電氣量保護(hù)和一套非電量保護(hù)，第一套電氣量保護(hù)采用南瑞繼保的PCS-978GC保護(hù)裝置，第二套電氣量保護(hù)采用許繼電氣的WBH-801A保護(hù)裝置，非電量保護(hù)采用南瑞繼保的PCS-974保護(hù)裝置。

主變壓器主保護(hù)具有接入高、中壓側(cè)和公共繞組回路的分側(cè)差動(dòng)保護(hù)，中性點(diǎn)零序電流不接入差動(dòng)保護(hù)，配置不經(jīng)整定的反應(yīng)故障分量的差動(dòng)保護(hù)。對(duì)外部相間短路引起的變壓器過電流，裝設(shè)相間短路后備保護(hù)，保護(hù)帶延時(shí)跳開相應(yīng)斷路器，對(duì)電流、電壓保護(hù)不能滿足靈敏性和選擇性要求的情況下，變壓器可采用阻抗保護(hù)。對(duì)外部單相接地短路引起的變壓器過電流，裝設(shè)接地短路后備保護(hù)，保護(hù)帶延時(shí)跳開相應(yīng)斷路器。裝設(shè)具有與被保護(hù)變壓器的勵(lì)磁特性相匹配的反時(shí)限特性的過激磁保護(hù)。

非電量保護(hù)裝設(shè)有瓦斯保護(hù)，當(dāng)殼內(nèi)故障產(chǎn)生輕微瓦斯或油面下降時(shí)，瞬時(shí)動(dòng)作于信號(hào)，當(dāng)殼內(nèi)故障產(chǎn)生大量瓦斯時(shí)，瞬時(shí)動(dòng)作于斷開變壓器各側(cè)斷路器。非電量保護(hù)應(yīng)有獨(dú)立的出口回路，保護(hù)動(dòng)作時(shí)不啟動(dòng)失靈。

2.2 調(diào)壓補(bǔ)償變保護(hù)配置

調(diào)壓補(bǔ)償變同樣配置雙重化的變壓器電氣量保護(hù)和一套非電量保護(hù)。安吉站調(diào)壓補(bǔ)償變的第一套電氣量保護(hù)采用南瑞繼保的PCS-978C保護(hù)裝置，第二套電氣量保護(hù)采用許繼WBH-801A保護(hù)裝置，非電量保護(hù)采用南瑞繼保的PCS-974保護(hù)裝置。

調(diào)壓變和補(bǔ)償變相對(duì)于整個(gè)變壓器而言，其匝數(shù)很少，當(dāng)其發(fā)生輕微匝間故障時(shí)，折算到主體變壓器來(lái)看更加輕微，主體變壓器縱差保護(hù)很難動(dòng)作。為了保證調(diào)壓變和補(bǔ)償變?cè)验g故障的靈敏度，必須單獨(dú)配置差動(dòng)保護(hù)，即分別設(shè)置調(diào)壓變和補(bǔ)償變差動(dòng)保護(hù)。

調(diào)壓變和補(bǔ)償變差動(dòng)保護(hù)放置在單獨(dú)的電量保護(hù)裝置中，由于調(diào)壓變壓器、補(bǔ)償變壓器容量相對(duì)主變壓器較小，其勵(lì)磁涌流倍數(shù)比主體變壓器高，空載合閘時(shí)，差動(dòng)速斷保護(hù)容易誤動(dòng)，因此調(diào)壓變和補(bǔ)償變不配置差動(dòng)速斷保護(hù)功能。

2.3調(diào)壓補(bǔ)償變差流計(jì)算

調(diào)壓補(bǔ)償變保護(hù)取了公共繞組（TA5）、補(bǔ)償變繞組（TA6）、調(diào)壓變繞組（TA7）、低壓繞組（TA8）四個(gè)CT繞組。其中，TA5、TA6、TA7參與調(diào)壓變差流計(jì)算，差流應(yīng)滿足 （其中 為原邊電流， 為副邊電流），TA6、TA8參與補(bǔ)償變差流計(jì)算， 差流應(yīng)滿足 （其中 為原邊電流， 為副邊電流）。

如果只考慮二次電流回路，當(dāng)電流互感器一次極性端靠近母線側(cè)（主變外側(cè)）時(shí)，調(diào)壓變差動(dòng)保護(hù)差流要滿足 ，其電流互感器二次繞組的極性為TA5為反極性，TA6為反極性，TA7為正極性；補(bǔ)償變差流要滿足 ，其電流互感器二次繞組的極性應(yīng)為TA6為正極性，TA8為正極性。

變壓器采用中性點(diǎn)無(wú)勵(lì)磁正反調(diào)壓方式，調(diào)壓裝置共設(shè)9檔，額定檔位為第5檔，1～4檔為正檔，6～9檔為負(fù)檔。當(dāng)調(diào)壓裝置在不同檔位時(shí)，調(diào)壓變、補(bǔ)償變各繞組的參數(shù)也發(fā)生變化，各個(gè)繞組在每個(gè)檔位中的一次額定電流也均不相同，因此，調(diào)壓補(bǔ)償變保護(hù)裝置設(shè)置了1～9區(qū)的9套定值對(duì)應(yīng)調(diào)壓裝置的1～9檔。

當(dāng)調(diào)壓裝置處于1～4檔的正檔時(shí)，調(diào)壓繞組中的電流方向?yàn)檎?。?guī)定電流以流進(jìn)調(diào)壓變電流為正，當(dāng)電流從調(diào)壓變?cè)吜鬟M(jìn)時(shí)，電流從副邊同名端流出，則差流 。

當(dāng)調(diào)壓裝置處于6～9檔的負(fù)檔時(shí)，調(diào)壓繞組中的電流方向?yàn)樨?fù)，即隨著調(diào)壓裝置正負(fù)檔位的切換，調(diào)壓變內(nèi)流過TA5和TA6的電流極性也將隨之改變，因此TA7也需根據(jù)調(diào)壓檔位調(diào)整極性，否則可能引起差動(dòng)誤動(dòng)，差流 。

當(dāng)調(diào)壓裝置處于5檔時(shí)，調(diào)壓變差動(dòng)中的TA5、TA6平衡系數(shù)固定為0，只計(jì)算TA7的電流，此時(shí)調(diào)壓變差動(dòng)保護(hù)相當(dāng)于一個(gè)純過流保護(hù)。

3、保護(hù)的特殊問題

由于主變低壓側(cè)遠(yuǎn)景有兩個(gè)分支，2號(hào)主變本期新建低壓分支2，預(yù)留低壓分支1，4號(hào)主變本期新建低壓分支1，預(yù)留低壓分支2。按照PCS-978GC保護(hù)說明書中，當(dāng)某側(cè)（或某分支）無(wú)電流輸入時(shí)，應(yīng)將CT一次值整定為最小值。然后，安吉站的PCS-978GC保護(hù)裝置中，低壓側(cè)過流定值中的Ie，根據(jù)分支1的CT變比計(jì)算而得，如果按照說明書的方法整定，那么2號(hào)主變的低壓側(cè)過流定值中的Ie將會(huì)出現(xiàn)隨機(jī)值，導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)或拒動(dòng)。因此，在這種情況下，低壓分支1的CT一次值需整定為與低壓分支2的CT一次值一致，從而涉及到二期擴(kuò)建2號(hào)主變低壓分支2時(shí)，CT參數(shù)需與低壓分支1的CT參數(shù)一致。

4、結(jié)論

1000kV安吉站是我省首個(gè)1000kV等級(jí)特高壓變電站，采用3臺(tái)容量為1000MVA的單相自耦變壓器，并配備3臺(tái)調(diào)壓補(bǔ)償變壓器。變壓器采用中性點(diǎn)無(wú)勵(lì)磁調(diào)壓方式，簡(jiǎn)化了變壓器的結(jié)構(gòu)，提高了設(shè)備運(yùn)行的可靠性。

配置單獨(dú)的調(diào)壓補(bǔ)償變保護(hù)裝置，以保證調(diào)壓變和補(bǔ)償變?cè)验g故障的靈敏度。調(diào)壓裝置設(shè)置了9個(gè)檔位，分別對(duì)應(yīng)1～9個(gè)運(yùn)行定值區(qū)的9個(gè)不同參數(shù)，保護(hù)裝置通過軟件改變電流互感器的電流極性，簡(jiǎn)化了回路的二次接線。

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