220kV變電站變壓器保護(hù)配置與非電量保護(hù)運(yùn)行維護(hù)分析

侯成

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司珠海供電局，廣東珠海，519000）

1 主變保護(hù)裝置配置情況

220kV尖峰變電站＃1、#2主變保護(hù)屏（Ⅰ屏、Ⅱ屏、Ⅲ屏）變壓器保護(hù)裝置采用WBH-800系列，該系列保護(hù)裝置集成一臺(tái)變壓器的全部電氣量保護(hù)和非電量保護(hù)，電氣量保護(hù)包括主變差動(dòng)保護(hù)、相間阻抗及接地阻抗保護(hù)、復(fù)壓（方向）過(guò)流保護(hù)、零序（方向）過(guò)流保護(hù)、失靈啟動(dòng)、非全相保護(hù)等。非電量保護(hù)包括非電量保護(hù)、錄波、GPS對(duì)時(shí)等功能。變壓器保護(hù)宜采用分布式保護(hù)設(shè)備，子單元就地安裝，主單元可安裝于室內(nèi)，主、子單元間應(yīng)采用光纖連接。繼電保護(hù)裝置采用就地安裝方式時(shí)，應(yīng)采用電纜跳閘。就地安裝的繼電保護(hù)裝置應(yīng)具有運(yùn)行、位高壓設(shè)備繼電保護(hù)裝置：置液晶顯示器或指示燈、告警指示信息，同時(shí)具有用于調(diào)試、巡檢的接口和外設(shè)，智能保護(hù)原理如圖1所示。線路、主變、母差、電抗器等各類高壓設(shè)備保護(hù)裝置，實(shí)現(xiàn)有關(guān)的繼電保護(hù)功能，使用IEC61850通信協(xié)議與監(jiān)控后臺(tái)、保護(hù)信息子站以及遠(yuǎn)動(dòng)服務(wù)器通信。

2 WBH-800系列主變保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)及原理

2.1 主變保護(hù)裝置硬件結(jié)構(gòu)

圖1 變壓器保護(hù)裝置原理圖

圖2 WBH-800系列主變保護(hù)裝置硬件框圖

WBH-800系列主變保護(hù)裝置采用管理板、啟動(dòng)板、保護(hù)板3個(gè)CPU并行工作的.高性能、高可靠性硬件結(jié)構(gòu)，采用32位高性能DSP處理器、32位邏輯處理器和16位的高速AD，保護(hù)出口跳閘采用“啟動(dòng)+保護(hù)動(dòng)作”的方式，杜絕保護(hù)裝置硬件故障引起的誤動(dòng)。軟硬件設(shè)計(jì)上采取充分的抗干擾措施，6U全封閉機(jī)箱，整體面板，強(qiáng)弱電嚴(yán)格分開，裝置的抗干擾能力大大提高，對(duì)外的電磁輻射也滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。系統(tǒng)具有完善的A/D采樣回路自檢能避免A/D采樣出錯(cuò)導(dǎo)致的裝置誤動(dòng)；開出回路自檢可以準(zhǔn)確檢測(cè)任一路開出回路斷線或開出擊穿故障，發(fā)出告警并可靠閉鎖保護(hù)；定值自檢能夠檢測(cè)定值存儲(chǔ)區(qū)出錯(cuò)、定值越限等；具備+SV、士15V電源自檢功能，當(dāng)電源電壓不正常時(shí)，裝置發(fā)告警信息，并閉鎖保護(hù)。系統(tǒng)采用彩色液晶大屏幕顯示，全中文仿Windows菜單模式，人機(jī)界面友好[1]。

WBH-800系列主變保護(hù)裝置采用程序模塊化設(shè)計(jì)，后備保護(hù)的配置滿足變壓器的最大要求，并且每個(gè)保護(hù)及保護(hù)的每段每時(shí)限均可以根據(jù)用戶要求，利用專用配置工具Prate-800A進(jìn)行靈活配置。該裝置具有兩個(gè)完全獨(dú)立的、相同的 CPU 板，并具有獨(dú)立的采樣、A/D 變換、邏輯計(jì)算及啟動(dòng)功能，兩塊 CPU 板硬件電路完全一樣并運(yùn)行相同的程序。CPU 部分硬件框圖如圖2所示。兩塊 CPU 板“與”啟動(dòng)出口。另有一塊人機(jī)對(duì)話板，由一片 DSP 專門處理人機(jī)對(duì)話任務(wù)。人機(jī)對(duì)話擔(dān)負(fù)鍵盤操作和液晶顯示功能。正常時(shí)，液晶顯示當(dāng)前時(shí)間、各側(cè)電流、電壓、差電流。人機(jī)對(duì)話中所有的菜單均為簡(jiǎn)體漢字。

保護(hù)裝置具備上自投切功能，當(dāng)不使用VQC時(shí)，可根據(jù)實(shí)際情況選用該功能。其自動(dòng)切除條件為：三個(gè)線電壓任一個(gè)大于自投切過(guò)壓定值；無(wú)保護(hù)動(dòng)作閉鎖信號(hào)；斷路器在合位；延時(shí)時(shí)間到；自投切壓板及相關(guān)控制字投入。自動(dòng)投入條件為：三個(gè)線電壓均小于自投切過(guò)壓定值且大于64V；無(wú)保護(hù)動(dòng)作閉鎖信號(hào)；斷路器在分位；延時(shí)時(shí)間到；TWJ保持5分鐘以上；自投切壓板及相關(guān)控制字投入。為防止誤自投電容器于故障，手跳、遙跳和有保護(hù)動(dòng)作閉鎖投切開入時(shí)，本裝置自動(dòng)退出“自投切”軟壓板。

2.2 非電量保護(hù)原理

WBH-802A裝置具有220kV主變壓器所有的非電量保護(hù)功能。其主要原理為非電量觸點(diǎn)經(jīng)保護(hù)裝置重動(dòng)后給出三組信號(hào)觸點(diǎn)，同時(shí)保護(hù)裝置的CPU記錄非電量動(dòng)作情況。直接跳閘的非電量保護(hù)，直接驅(qū)動(dòng)保護(hù)裝置中的跳閘出口繼電器。對(duì)需延時(shí)跳閘的非電量保護(hù)，由CPU計(jì)時(shí)后按出口矩陣啟動(dòng)延時(shí)出口觸點(diǎn)，再驅(qū)動(dòng)裝置中的跳閘出口繼電器。220kV變壓器一般只用其中的24路非電量保護(hù)，其中12路非電量保護(hù)可以通過(guò)CPU延時(shí)跳閘，延時(shí)可以投退。根據(jù)非電量保護(hù)不同的動(dòng)作行為，非電量保護(hù)主要包括直接瞬時(shí)跳閘，不跳閘和延時(shí)跳閘保護(hù)，保護(hù)原理示意圖如圖3、4、5所示。

3 主變保護(hù)裝置采用的關(guān)鍵技術(shù)

圖3 直接瞬時(shí)跳閘的非電量保護(hù)原理示意圖

圖4 不跳閘的非電量保護(hù)原理示意圖

圖5 延時(shí)跳閘的非電量保護(hù)原理示意圖

主變保護(hù)裝置在傳統(tǒng)的勵(lì)磁涌流識(shí)別技術(shù)基礎(chǔ)上，采用逆向思維，利用變壓器鐵芯在退出飽和區(qū)能正確傳變的特性，創(chuàng)造性的應(yīng)用了獨(dú)特的空投主變過(guò)程中故障識(shí)別專利技術(shù)，既能正確識(shí)別勵(lì)磁涌流，又能在空投故障變壓器時(shí)快速可靠地開放差動(dòng)保護(hù)。同時(shí)采用虛擬制動(dòng)量的TA飽和識(shí)別專利技術(shù)，既能有效防止區(qū)外故障保護(hù)誤動(dòng)作，又能保證在區(qū)內(nèi)故障及區(qū)外故障發(fā)展成為區(qū)內(nèi)故障時(shí)保護(hù)的快速動(dòng)作。并采用了變壓器差動(dòng)保護(hù)綜合判據(jù)和變特性區(qū)的理念。綜合判據(jù)除傳統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)量差動(dòng)外，還配置了故障分量差動(dòng)，形成了判據(jù)間的冗余性和互補(bǔ)性；在實(shí)現(xiàn)方法上，細(xì)化故障類型，針對(duì)不同的故障類型，設(shè)置不同的動(dòng)作特性曲線和動(dòng)作特性區(qū)。綜合判據(jù)和變特性區(qū)的技術(shù)，對(duì)于故障特性明顯的內(nèi)部嚴(yán)重故障，快速判別，快速動(dòng)作，保證速動(dòng)性。對(duì)于故障特征不明顯的內(nèi)部故障，比如高阻接地、輕微匝間短路，采用冗余判別，保證可靠性和靈敏性。

系統(tǒng)采用多段、多折線的方法，能夠快速切除區(qū)內(nèi)嚴(yán)重故障，同時(shí)也保證輕微故障、復(fù)雜故障的靈敏度。采用長(zhǎng)短數(shù)據(jù)窗結(jié)合的多重算法，大大提高軟件的抗干擾能力。保護(hù)裝置具有增量差動(dòng)保護(hù)功能，不受負(fù)荷電流影響，靈敏度高，抗TA飽和能力強(qiáng)，能夠靈敏反應(yīng)輕微匝間短路及繞組經(jīng)高阻接地等故障。 另外，保護(hù)裝置具有獨(dú)特的傳動(dòng)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，可選擇“按通道傳動(dòng)”和“按保護(hù)傳動(dòng)”兩種方式，不僅能檢驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)各跳閘回路的接線，還可以在不施加電流電壓的情況下，檢驗(yàn)各個(gè)保護(hù)的動(dòng)作跳閘情況。

WBH-800系列保護(hù)裝置采用模塊化設(shè)計(jì)編程方式，可利用專用配置工具Prate-800A，根據(jù)不同的需求對(duì)以上保護(hù)模塊進(jìn)行配置，選擇退出的保護(hù)模塊，對(duì)用戶是屏蔽的。本裝置可以適應(yīng)變壓器多種接線的要求，圖6為WBH-801A在220kV變壓器典型的接線(三圈變壓器，高、中壓側(cè)為雙母帶旁路，低壓側(cè)帶分支)的應(yīng)用配置方案。

4 通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)

圖6 WBH-801A 典型應(yīng)用配置

WBH-800系列主變保護(hù)裝置通信功能較豐富，提供6個(gè)通信串口，可靈活選擇RS-485或RS-2犯。每個(gè)串口的作用、波特率及校驗(yàn)方式均可以靈活配置。提供有GPS時(shí)鐘同步接口、PC調(diào)試口、就地打印口，另外還提供有兩個(gè)以太網(wǎng)接口。通信接口兼容性、開放性強(qiáng)，支持IEC60870-5-103通訊規(guī)約。通過(guò)通信對(duì)點(diǎn)菜單，使裝置向自動(dòng)化非常方便地進(jìn)行通信對(duì)點(diǎn)試驗(yàn)。系統(tǒng)具有手動(dòng)啟動(dòng)錄波并打印功能，可打印出正常時(shí)各側(cè)的電流電壓的幅值、相位，方便用戶在變壓器投運(yùn)時(shí)進(jìn)行各側(cè)電流電壓的極性校驗(yàn)?，F(xiàn)場(chǎng)可在不具備保護(hù)功能試驗(yàn)條件的情況下，監(jiān)控系統(tǒng)上送相關(guān)保護(hù)動(dòng)作信息、告警信息等， 可記錄100次故障、8次故障波形、200次異常信息。錄波數(shù)據(jù)與COMTRADE兼容。

5 220kV主變非電量保護(hù)裝置運(yùn)行維護(hù)分析

在220kV主變非電量保護(hù)裝置運(yùn)維過(guò)程應(yīng)通過(guò)技控和人控手段開展，全面提高變壓器非電量保護(hù)管理水平，提高變壓器可用系數(shù)；全面降低變壓器強(qiáng)迫停運(yùn)率，降低變壓器非電量保護(hù)誤動(dòng)事件概率。

5.1 非電量運(yùn)維技控分析

（1）通過(guò)主變電量保護(hù)裝置本身的結(jié)構(gòu)原理、關(guān)鍵技術(shù)、通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)保護(hù)裝置進(jìn)行更為方便、詳盡的監(jiān)視與控制。應(yīng)注意二次回路、保護(hù)控制回路、電源切換回路等位置信息，單一元件異?？赡軐?dǎo)致誤動(dòng)跳閘的情況、動(dòng)作回路配置及邏輯等要點(diǎn)。

（2）運(yùn)用風(fēng)險(xiǎn)防范管控技術(shù)開展運(yùn)維工作，重點(diǎn)關(guān)注非電量保護(hù)誤跳閘風(fēng)險(xiǎn)。

（3）運(yùn)用缺陷管理技術(shù)，及時(shí)關(guān)注非電量保護(hù)裝置運(yùn)行情況。做好缺陷發(fā)現(xiàn)、缺陷過(guò)程管理及消缺等，確保保護(hù)裝置健康運(yùn)行。

（4）運(yùn)用定期檢驗(yàn)技術(shù)開展非電量保護(hù)裝置及其二次回路器件定檢試驗(yàn)工作。制定定期檢驗(yàn)周期計(jì)劃，按規(guī)定要求的期限、項(xiàng)目進(jìn)行保護(hù)裝置的全檢及部檢，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和消除保護(hù)存在的問(wèn)題。

5.2 非電量保護(hù)人控分析

人控是提高非電量保護(hù)裝置的重要手段，相關(guān)專業(yè)管理及運(yùn)維人員對(duì)所轄變壓器非電量保護(hù)裝置的原理、結(jié)構(gòu)、配置及規(guī)范要求應(yīng)熟悉掌握，開展相關(guān)培訓(xùn)工作，組織開展變壓器非電量保護(hù)專業(yè)技能考核，提升人員非電量保護(hù)專業(yè)技能。

堅(jiān)持以問(wèn)題為導(dǎo)向，及時(shí)梳理排查非電量保護(hù)存在的問(wèn)題，優(yōu)化變電站現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行規(guī)程，完善變壓器非電量保護(hù)報(bào)警應(yīng)急處置措施及流程。重點(diǎn)完善輕、重瓦斯保護(hù)報(bào)警，壓力釋放閥動(dòng)作或漏油，油溫高或油溫異常告警以及冷卻器全停告警的應(yīng)急處置措施及流程。

6 結(jié)論

WBH-800系列主變保護(hù)裝置運(yùn)用在220kV尖峰變電站＃1、#2主變保護(hù)上，通過(guò)長(zhǎng)期運(yùn)行效果來(lái)看，故障率低，保護(hù)功能齊全、維護(hù)工作量較少，具備智能保護(hù)的特點(diǎn)和良好人機(jī)界面功能，而且操作簡(jiǎn)便、靈活、可靠。