220kV变电站主变保护双重化保护设计探讨

一片寂静„„接着传来一声响。猎人又拿起电话。说：“这下死了，接下来怎么办？”

2000年国家电力公司发布了《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》，其中20.1条规定：“完善枢纽变电所的一、二次设备建设”。及20.1.4条规定：“为提高继电保护的可靠性，对重要的线路和设备必须坚持设立两套互相主保护的原则，并且两套保护为不同原理和不同厂家的产品。对重要元件应充分考虑后备保护的设置”。

一般情况下，电网新建及带电运行的220kV变电站大多采用三相三卷有载调压降压型变压器，电压等级为220/110/35kV，220kV及110kV母线最终采用双母线带旁路母线接线方式，设专用母联断路器间隔和专用旁路断路器间隔。35kV母线最终采用单母线单元式接线方式或单母线分段接线方式。220kV侧按中性点直接接地设计；110kV侧按中性点直接接地设计；35kV侧按中性点不接地设计。

目前电力公司主电网最高电压等级为220kV，根据枢纽变电站均为220kV的具体情况于2003年3月发布了《二十五项反事故措施实施细则》。我院在新建变电站及已运行变电站中对主变保护方面实施了双重化配置的设计及改造，近两年来根据二十五项反措的指导要求在工程设计、工程建设实施中实际遇到的技术问题，本文作以下的探讨和分析。

主变双重化保护整套装置的主要功能

2.1根据二十五项反措要求，地区主电网220kV设备的主变保护双重化配置是防止因主变保护装置拒动而导致系统事故的有效措施,同时又可大大减少由于保护装置异常、检修等原因造成的一次设备停运现象,由于主变保护的双重化配置也增加了保护误动的机率，因此,在考虑保护双重化配置时,应选用安全性高的继电保护装置。

2.1.1采用32位机DSP硬件平台；14~16AD转换。以具有性、完整性、成套性。被保护设备包括主变压器本体及其引出线。在成套装置内应具有被保护设备所必需的保护功能。配置的保护装置之间不应有任何电气联系。

2.1.2装置的保护模块双重化配置应合理。当装置出现单一硬件故障退出运行时，被保护设备应能允许继续运行。要充分考虑到运行和检修时的安全性，当运行中的一套保护因异常需要退出或需要检修时，应不影响另外一套保护正常运行。

2.1.3装置保护功能应能够用软压板进行投入或退出的操作，所有保护跳闸出口均应具有软压板和硬压板的双重出口。非电量保护可经装置触点转换出口或经装置延时后出口，装置应反映其信号。

2.1.4将输入直流电源正负极性颠倒，装置应无损坏，并在恢复极性后能正常工作。装置中不同类型的保护，应设有方便的控制字投退功能。

2.1.5装置应具有必要的参数监视功能。具有可在远方进行在线召唤和修改保护整定定值, 具有事件顺序记录(SOE) 功能。

2.1.6装置应具有必要的自动检测功能。当装置自检出元器件损坏时，应能发出装置异常信号，而装置不应误动。

2.1.7装置应具有自复位功能，当软件工作不正常时应能通过自复位电路自动恢复正常工作。

2.1.8装置突然加上电源、突然断电、电源电压缓慢上升或缓慢下降，装置均不应误动作和误发信号。装置各保护软件在任何情况下都不得相互影响；应具有能够在装置面板处容易且安全地带电运行时改变整定值。

2.1.9装置每一个逆变稳压电源的输入应具有的保险功能，并设有失电报警。

2.1.10 装置应具有完善的故障录波和分析功能。

2.1.11 保护屏柜端子不允许与装置弱电系统（指CPU的电源系统）有直接电气上的联系。所有输出接点必须是无压常开接点以便与其它设备相连。针对不同回路，应分别采用光电耦合、继电器转接、带屏蔽的变压器磁耦合等隔离措施、隔离电压大于2000V。

2.1.12 装置应有的内部GPS时钟，其误差每24h不应超过±5s，宜提供外部时钟同步接口。

2.2差动保护

采用两种不同原理的差动保护作为主保护，以保护变压器绕组及其引出线的相间短路故障。二套保护交流回路彻底，每套的保护装置交流电流引入为主后合一，其保护范围应交叉重迭，避免死区。

2.3相间短路后备保护

作为变压器主保护相间短路故障和相邻元件的两种相同原理的后备保护，在高压侧和中压侧可装设阻抗保护装置和复合电压闭锁过流保护装置，在低压侧装设电流速断和复合电压闭锁过流保护装置等。

2.4 单相接地保护

在变压器的高压侧和中压侧均装设有单相接地保护装置，以保护变压器高压绕组和中压绕组的单相接地故障，装设二套相互的零序电流、零序电压和间隙零序电流等保护装置。变压器中性点过电压保护采用棒间隙保护方式,对110kV变压器中性点绝缘的冲击耐受电压

<185kV

2.5 过激磁保护

主变保护双重化配置过激磁保护，即当频率降低和电压升高时，引起铁芯的工作磁通密度过高而过热使绝缘老化的保护装置。变压器过励磁保护的启动元件、反时限和定时限应能分别整定并要求其返回系数不低于0.96,同时应根据变压器的过励磁特性曲线进行整定计算。要求变压器制造厂提供变压器励磁特性曲线,保护厂家必须依据该曲线设计符合特性要求的保护功能。

2.6 主变保护双重化断路器失灵保护

当保护装置出口动作发出跳闸脉冲而断路器拒动时，以较短的时限断开相邻元件的断路器，以及相邻元件的断路器失灵时，变压器各侧断路器的保护装置。为解决主变保护双重化变压器断路器失灵保护因保护灵敏度不足的问题,对变压器的断路器失灵保护采取以下措施:

①采用“零序或负序电流”动作,配合“保护动作”和“断路器合闸位置”三个条件组成的与逻辑,经第一时限去解除断路器失灵保护的复合电压闭锁回路。

②同时再采用“相电流”、“零序或负序电流”动作,配合“断路器合闸位置”两个条件组成的与逻辑经第二时限去启动断路器失灵保护并发出“启动断路器失灵保护”信号。

③采用主变保护中由主变各侧“复合电压闭锁元件”(或逻辑)动作解除断路器失灵保护的复合电压闭锁元件,当采用微机变压器保护时,应具备主变“各侧复合电压闭锁动作”信号输出的空接点。

2.7 断路器非全相保护

当发生非全相合闸或跳闸时，由于造成三相负荷不平衡，保护变压器铁芯不致发热损坏的保护装置。

2.8PT断线保护

PT断线保护通过定值设定控制字选择在PT断线时装设退出保护方向元件及复合电压闭锁过流电压元件, 闭锁阻抗保护,保留相电流及零序电流保护。

2.9变压器本体保护

变压器本体内部的瓦斯、温度以及冷却系统故障等，均应设有信号和保护装置。变压器的瓦斯保护要求防水、防油渗漏、密封性好。气体继电器由中间端子箱的引出电缆应直接接入保护柜。

主变双重化保护配置

3.1参照《二十五项反事故措施实施细则》及《电力系统微机继电保护技术导则》，采用具有

性、完整性、成套性的双主，双后配置。双主为两种不同原理的差动保护（差动速断保护和二次谐波闭锁的比率制动差动保护；差动速断保护和波行对称原理的比率制动差动保护）；双套后备保护采用的是相同配置；一套本体非电量保护及一套失灵保护装置。

3.2主变保护双重化配置的保护装置之间不应有任何电气联系。双重化配置的保护装置的保护投退及限跳出口均可通过控制字选择。二套完整的电气量保护和一套非电量保护的跳闸回路应同时作用于220kV侧断路器的两个跳闸线圈．二套保护装置的交流电压分别取各自的220kV及110kV 电压切换箱、二套保护装置的交流电流应分别取自电流互感器互相的绕组。220kV操作直流控制设置的直流电源引入。

3.3主变保护双重化变压器故障及异常保护差动保护：

差动保护I：保护动作跳开变压器各侧断路器并发信号。

差动保护II：保护动作跳开变压器各侧断路器并发信号。

3.4主变保护双重化220kV侧后备保护：

3.4.1220kV阻抗保护：采用带偏移特性的阻抗保护，保护正方向指向变压器，根据其保护范围不同，保护为两个方案：

方案一：

① 保护只保护到本侧线路出口和变压器部分绕组，不伸到变压器另侧母线；

② 保护为一段式一个时限，保护动作延时跳开变压器各侧断路器；

方案二：

① 保护的正方向指向变压器，并对110kV母线故障有灵敏系数；

② 保护为一段式二个时限，第一时限跳开220kV侧母联和分段断路器，第二时限跳开变压器各侧断路器。

要防止变压器低阻抗保护在电压二次回路失压、断线闭锁以及切换过程交流和直流失压等异常情况下的误动。

3.4.2主变保护双重化220kV复合电压闭锁过流保护：

方案一：保护为二段式，第一段带方向，方向指向220kV母线，设两个时限，第一时限跳开220kV母联断路器，第二时限跳开本侧断路器。第二段不带方向，保护动作跳开变压器各侧断路器。

方案二：保护为二段式，第一段带方向，方向指向变压器，设两个时限，第一时限跳开110kV

母联断路器，第二时限跳开110kV断路器。第二段不带方向，保护动作跳开变压器各侧断路器。

为消除母线发生三相短路故障时相间方向元件的死区：变压器220KV侧相间方向元件的电压取 110KV侧电压。复合电压取自35 KV侧.

3.4.3220kV零序过流保护：保护为二段式，第一段带方向，方向指向220kV母线，设两个时限，第一时限跳开220kV母联断路器，第二时限跳开本侧断路器。第二段不带方向，保护动作跳开变压器各侧断路器。

3.4.4220kV中性点间隙零序电流保护：延时跳开变压器各侧断路器。

3.4.5220kV中性点零序电压保护：延时跳开变压器各侧断路器。

3.4.6220kV非全相保护：电流判别元件接于三相CT组成的零序(或负序)回路中，保护动作延时跳开220kV断路器。

3.4.7220KV过负荷保护：保护为单相式延时动作于信号,闭锁有载调压，起动风机。

3.4.8公共绕组过负荷保护：保护为单相式延时动作于信号。

3.4.9失灵保护：失灵保护电流判别--启动元件为三相式电流元件，闭锁元件为故障保护出口接点和断路器辅助接点。失灵起动接点与电流判断过流接点串联，经硬压板构成失灵起动回路。

在220kV主变开关代路时失灵起动回路考虑到旁路开关母线刀闸的接入情况，以保证代路运行方式时失灵保护正常投退。要求考虑设置有完善的经硬压板或切换把手构成切换失灵起动回路。

3.5主变保护双重化110kV侧后备保护：

3.5.1110kV阻抗保护：采用带偏移特性的阻抗保护，保护正方向指向变压器，根据其保护范围不同，保护为两个方案：

方案一：

①保护只保护到本侧线路出口和变压器部分绕组，不伸到变压器另侧母线。

②保护为一段式两个时限，第一时限跳开110kV母联和分段断路器，第二时限跳开变压器各侧断路器。

方案二：

①保护正方向指向变压器，并对220kV母线故障有灵敏系数。

②保护为一段式两个时限，第一时限跳开220kV侧断路器，第二时限跳开变压器各侧断路器。

3.5.2110kV复合电压闭锁过流保护：

方案一：保护为二段式，第一段带方向，方向指向110kV母线，设两个时限，第一时限跳开110kV母联断路器，第二时限跳开本侧断路器。第二段不带方向，保护动作跳开变压器各侧断路器。

方案二：保护为二段式，第一段带方向，方向指向变压器，设两个时限，第一时限跳开220kV母联断路器，第二时限跳开220kV侧断路器。第二段不带方向，保护动作跳开变压器各侧断路器。

为消除母线发生三相短路故障时相间方向元件的死区：变压器 11OKV侧相间方向元件的电压取220KV侧电压。复合电压取自本侧.

3.5.3110kV零序过流保护：保护为二段式，第一段带方向，方向指向110kV母线，设两个时限，第一时限跳开110kV母联断路器，第二时限跳开本侧断路器。第二段不带方向，保护动作跳开变压器各侧断路器。

3.5.4110kV中性点间隙零序电流保护：延时跳开变压器各侧断路器。