水電站發(fā)變組單元接線變壓器保護配置研究

何璐 張振 張超 司青花

作者簡介：何璐 （1981-），女，碩士，高級工程師，研究方向為水電廠電氣設計。

摘要：結合部分水電站電氣主接線型式，本文對受穿越功率或送出影響的水電站，裝機容量不大的主變壓器接入高電壓等級電力系統時，主變壓器保護的配置需要考慮的問題進行了分析;另外對受到樞紐布置影響，當主變高壓側電纜敷設長度過長時，需要在主變高壓側增設短電纜保護進行了分析，為后續(xù)水電站有類似情況的主變壓器繼電保護系統設計提供借鑒。

關鍵詞：水電站? 主變壓器? 縱差保護? 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

變壓器作為水電站中重要的電氣設備，它的安全運行是保證水電站提供高質量連續(xù)電力的必要條件。由于水電站一般地處偏僻，遠離負荷中心，其接入系統的設計受水電站所處區(qū)域、送出的規(guī)模、穿越功率等條件限制[1]，某些電站雖然裝機容量不大，但可能接入330kV及以上高電壓等級電網，某些水電站由于樞紐布置的影響，主變高壓側至升壓站之間會有超過600m的高壓電纜等，這些因素都對發(fā)變組單元接線型式的變壓器主保護的配置產生影響。

本文針對以上提出的情況，對水電站的發(fā)變組單元接線型式下的變壓器保護的配置方案進行分析研究。

1變壓器差動保護啟動電流整定值的影響

某水電站發(fā)電機單機容量為250MW，變壓器容量為270MVA，電壓比為550/15.75kV，全廠共3臺機，發(fā)變組采用單元接線接入500kV系統，開關站采用3/2接線型式，主變各側電流互感器的配置如表1所示，可選擇的保護配置方式如圖1所示。根據主接線型式，變壓器主保護可采用兩種配置方案：（1）主變差動保護;（2）主變差動保護+小區(qū)保護。兩種主保護配置方案的主要區(qū)別為變壓器主保護范圍是否包括主變高壓側至3/2斷路器區(qū)域。

對于第一種主保護配置方案，變壓器差動保護輸入的電流為主變低壓側電流、3/2斷路器QF1側電流及3/2斷路器QF2側電流[2]。此方案接線簡單，沒有死區(qū)，采用的保護裝置數量最少，僅為雙重化的主變保護裝置。這種保護配置方案，如果是設置在裝機容量較大，機組接入的升壓站沒有穿越功率的情況下是可行的，但是由于本站有較大的穿越功率，3/2串內電流互感器的變比高達4000/1A，如采用第一種主保護配置方案，實際中將不可行，具體分析如下：

變壓器的額定容量Sn為270MVA，主變高壓側電壓等級為550kV，低壓側為15.75kV，因此主變高壓側的二次額定電流Inh===0.07A，主變低壓側二次額定電流為Inl===0.66A。根據DL/T 684 《大型發(fā)電機變壓器保護整定計算導則》中的規(guī)定，變壓器縱差保護的最小動作電流的整定值，在工程實用整定計算中可選取為Iop=（0.3～0.6）Ie，其中Ie為變壓器基準側二次額定電流。以變壓器高壓側為基準側，則啟動值可設定為Iop=0.4Ie=0.4×0.07=0.03A。

參考主要的繼電保護生產廠商的變壓器保護裝置說明書，其啟動電流的最小整定值一般要求大于0.05A，且如果定值設定的過小，由于裝置的零漂或者電流互感器的測量誤差等都有可能引起保護裝置的誤動作，因此這種方案將不可行。

通過以上的分析可以得出，主變高壓側采用的電流互感器一次額定電流與主變高壓側的額定電流相差過大是造成保護配置方案不可行的主要原因。主變高壓側額定電流為Inh==283A，輸入保護裝置的主變高壓側電流互感器的一次額定電流為4000A，相差14倍，而變壓器差動保護的啟動電流是根據變壓器基準側的二次額定電流的百分比確定的，二次額定電流過小，保護裝置的定值就不能設定為一個合理的范圍內[3-6]。但由于本站有較大的穿越功率，升壓站3/2 串內電流互感器，不僅需要考慮本站主變輸入的電流，同時也要考慮穿越功率產生的負荷電流，電流互感器一次額定電流的選擇本身就要考慮可能流過的最大負荷電流，因此也不可能為了滿足變壓器保護定值設定的要求而降低電流互感器的一次額定電流，在這種情況下，主變差動保護高壓側電流互感器不能采用3/2串內電流互感器，因此也不能采用第一種保護配置方案。

對于第二種保護配置方案，在主變高壓側增設主變差動保護、小區(qū)差動保護用TPY級電流互感器，將保護范圍劃分為主變與小區(qū)兩個部分，變壓器壓器差動保護輸入的電流為主變低壓側電流、主變高壓側電流，高壓側電流互感器的一次額定電流為1000A。這種接線型式下，主變高壓側的二次額定電流Inh===0.28A，變壓器縱差保護的最小動作電流的整定值為Iop=0.4Ie=0.4×0.28=0.11A，可以滿足保護裝置的最小整定范圍的要求。對于增設的主變高壓側的小區(qū)保護，輸入的各側電流的變比差距在4倍以內，也可以滿足小區(qū)保護對互感器的參數要求。

2樞紐布置的影響

某些水電站并不存在較大的穿越功率，但是在實際的變壓器保護配置中，由于樞紐布置的原因等，也需要考慮增設主變高壓側的小區(qū)保護。

如某水電站發(fā)變組單元接線，經5回330kV出線接入1km以外的330kV匯集站，主變高壓側設置有斷路器。常規(guī)設計中，發(fā)變組單元接線+線變組出線的電站，只需要配置變壓器保護和線路保護，即按照圖2中（1）圖所示方案配置。但由于此電站為地下廠房，主變壓器布置在地下母線洞室內，330kV出線斷路器設置在地面出線站，主變高壓側至出線斷路器間的高壓電纜敷設長度為800m左右。如果按照圖2中（1）圖的配置方案，主變保護相關的交流電流回路、跳閘回路等二次電纜的敷設長度將超過1km，雖然可以通過增大電纜截面的方式減小影響，但是存在信號衰減的風險。另外參考NB/T 35010《水力發(fā)電廠繼電保護設計規(guī)范》中對超過600m的聯絡線要求配置獨立的主保護，主保護宜采用光纖縱聯差動保護的規(guī)定，此電站的保護配置宜按照圖2中（2）圖所示配置，即配置主變保護+短電纜保護+線路保護，在主變高壓側至出線斷路器間增設光纖差動的短電纜保護，分別在主變洞及出線平臺設置短電纜保護屏，交流電流回路及跳閘回路等就近接入保護裝置，兩臺裝置之間通過光纜通道構成差動保護，避免信號衰減等風險造成保護誤動或者拒動。

3結語

結合部分水電站電氣主接線型式，本文對受穿越功率或送出影響的水電站，裝機容量不大的主變壓器接入高電壓等級電力系統時，主變壓器保護的配置需要考慮的問題進行了分析;另外對受到樞紐布置影響，當主變高壓側電纜敷設長度過長時，需要在主變高壓側增設短電纜保護進行了分析，為后續(xù)水電站有類似情況的主變壓器繼電保護系統設計提供借鑒。

參考文獻

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[2] 李應文，劉濤，裴東良，等.1000 kV特高壓主變壓器差動保護配置分析[J].電力科學與技術學報，2017，32（3）：106-113.

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