某35kv变电站主变线变组保护差流异常问题分析与解决方案

0引言

随着现代电力系统的快速发展,供电可靠性成为企业生产运营的重要保障。线变组接线方式凭借其结构简洁、投资成本低、操作便捷及运行可靠等优势,已成为新建35 kv变电站的主流设计方案。然而,在实际工程应用中,由于施工技术把控不足或设备参数设置偏差等因素,各类保护异常现象频发。本文以某35 kv变电站改造项 目中出现的差动保护异常案例为切入点,通过理论分析与现场验证相结合的方式,深入剖析故障机理,并提出系统性解决方案。

1线变组供电系统技术特点

线路—变压器组接线(简称“线变组”)是一种将输电线路与变压器直接连接的简化接线模式,相对于传统接线方式(图1),其核心特征是在变压器高压侧不设置独立断路器,接线更简洁高效(图2)。该设计具有以下显著优势:

1)设备配置精简:减少高压开关柜数量,节省土建及设备投资;

2)运维便捷:故障隔离仅需操作线路侧断路器,显著缩短了倒闸操作时间;

3)可靠性高:可配置差动保护做快速保护,保护可靠性高。

2差动保护工作原理

电流差动保护原理是建立在基尔霍夫电流定律的基础之上,具有良好的选择性,能快速切除保护区间内的故障,被广泛应用于能够方便地取得被保护元件两端电流的发电机保护、变压器保护、大型电动机保护中[1]。线路—变压器组的纵联电流差动保护就是该原理应用的一个典型案例,线变组保护装置通过实时比较变压器高、低压侧电流矢量和实现故障判断(图3)。其技术要点包括:

1)保护范围:精确覆盖两端CT之间的变压器本体及连接线路;

2)平衡条件:正常运行时差动电流理论值为零;

3)微机综保补偿机制:通过软件算法自动完成相位校正(y/△转换)及幅值补偿(CT变比匹配)。

在实际应用中,由于变压器的接线方式、各侧电压等级及CT变比的不同,变压器正常运行时各侧二次电流的幅值及相位也不相同,因此在构成差动保护前必须消除这些影响[2]。微机综保装置采集本侧电流并接收由光纤传来的对侧电流,再根据现场变压器绕组接线方式的不同进行软件上的角度调整(y/△变换),而后形成差动电流和制动电流。微机综保装置有相关定值进行变压器接线方式和CT变比设定。

3 故障情况

某企业35 kv供电系统优化项目施工,将35 kv主变压器改为线路—变压器组接线方式,并配置线变组光纤差动保护。项目于某年7月6日下午一次送电成功,空载运行,7月8日变压器开始带负荷,在带载过程中发现随着负荷增加,保护装置三相差流也不断增加,随即将负荷清空,进行问题处理。

4 问题分析与根源验证

一般线变组保护正常运行时出现差流的原因,多为变压器高、低压侧CT极性配合问题,CT变比设置错误,变压器连接组别设置错误等。但随着问题的深入分析以及不断试验,上述原因被一一排除。在问题查找过程中发现有两种方法可以消除差流:第一种,将微机综保里面的变压器连接组别参数由yd11改为yd1;第二种,将变压器高、低压侧两台微机综保的保护电流A、C相同时互换。下面通过相量分析,论述这两种办法可以消除差流的原因。

1)将微机综保变压器连接组别定值由yd11改为yd1能消除差流的原因。

发现改变连接组别可以消除差流后,技术人员随即对现场变压器进行检查,并询问相关施工人员有关施工过程,发现了问题所在——施工时,施工接线人员为施工方便,在变压器高、低压侧一次回路接线时将A、C相序同时调换了,其一次接线图如图4所示。

正常情况下,黄/绿/红应分别接变压器A/B/C、a/b/c,而本次黄相接到了变压器C、c,红相接到了变压器A、a,人为将变压器高压侧A/C、低压侧a/c互换了,下面分析由此产生的影响。

电力变压器的连接组别,是指变压器一、二次绕组因采取不同的连接方式而形成变压器一、二次侧对应的线电压之间不同的相位关系[3]。本变压器铭牌标注变压器连接组别为yd11,其相量图如图5所示。

如图5所示,低压侧uab等于—ub,而—ub与—uB同相,故高压侧uAB与低压侧uab夹角为30O,也就是高压侧uAB滞后低压侧uab30O,钟点数为11点,故连接组别为yd11。

而当变压器高、低压侧A/C、a/c互换后相量图如图6所示。

如图6所示,低压侧uab等于ua,而ua与uA同相,故高压侧uAB与低压侧uab夹角也为30O,但却是高压侧uAB超前低压侧uab30O,钟点数为1点,故变压器连接组别由yd11变为了yd1。这就解释了为什么将微机综保里面的连接组别参数由yd11改为yd1,就能消除差流,即接线的改变导致变压器连接组别由yd11改为yd1了。

2)将变压器高、低压侧两台微机综保的保护电流A、C相同时互换能消除差流的原因。

下面分析保护电流A、C相同时互换后的相量图,由于电流相位和电压相位是一一对应的,可以用电压相量图代替电流相量图来进行分析,其相量图如图7所示。

高、低压侧综保A、C相同时互换后,变压器连接组别重新变成了yd11,差流消失。

5解决方案比选

通过上述深入分析可知,问题的本质在于变压器一次回路的相序错接导致变压器实际连接组别发生变化,与保护装置设置的连接组别参数不符。针对该问题,现场可采取三种处理方案:

1)参数修正法:维持现有接线方式,将保护装置中的变压器连接组别参数永久修改为yd1。此方案操作简便,但存在以下隐患:(1)与变压器铭牌参数不符,违反电力设备管理规范;(2)可能误导后续运维人员的故障判断;(3)在系统扩建时易引发新的配合问题。

2)二次回路调整法:通过互换高、低压侧保护装置的A、C相电流输入端子实现补偿。该方法虽能消除差流,但会导致二次回路与一次系统不对应,增加继电保护系统的复杂性,不符合《电力系统继电保护反事故措施要点》中“保持回路一致性”的要求。

3)一次系统整改法:严格按照设计图纸恢复变压器一、二次侧正确相序连接。经现场测算,该方案需停电8 h进行相序调整,主要难点是变压器低压侧母排需重新制作调整,工程量较大,但能彻底消除设备隐患。

6结论

通过以上分析可知,变压器一次回路电缆、母线的交叉连接,会导致变压器连接组别发生改变,这时通过保护定值修改和CT二次回路调整两种方法都可以消除差流,但从施工的规范性和继电保护的严谨性考虑,应将变压器一、二次侧接线进行调整,恢复正常相序,以免给后期运行维护带来隐患。同时,应加强竣工验收阶段的相序验证测试,建立“一次设备相序-保护装置参数”的双重核对机制,从根本上杜绝类似问题发生。

[参考文献]

[1]张保会,尹项根.电力系统继电保护[M].2版.北京:中国电力出版社,2010.

[2]赵曙伟.变压器差动保护的整定及其校验[J].陕西电力,2016,44(11):98-102.

[3]刘介才.工厂供电[M].5版.北京:机械工业出版社,2009.

《机电信息》第21期第4篇