特高壓變壓器調(diào)壓補(bǔ)償變壓器配置獨(dú)立差動(dòng)保護(hù)的必要性

湯會(huì)增，程朝磊，黃健金，岳雷剛，余開偉

(國(guó)網(wǎng)河南省電力公司檢修公司，河南 鄭州 450007)

特高壓變壓器調(diào)壓補(bǔ)償變壓器配置獨(dú)立差動(dòng)保護(hù)的必要性

湯會(huì)增，程朝磊，黃健金，岳雷剛，余開偉

(國(guó)網(wǎng)河南省電力公司檢修公司，河南 鄭州 450007)

針對(duì)特高壓變壓器主體變壓器與調(diào)壓補(bǔ)償變壓器分體結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，介紹了特高壓變壓器差動(dòng)保護(hù)配置方案，通過對(duì)調(diào)壓及補(bǔ)償繞組內(nèi)部故障的動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)，得出大差差動(dòng)保護(hù)對(duì)調(diào)壓補(bǔ)償變內(nèi)部故障靈敏度不足，說明調(diào)壓補(bǔ)償變壓器配置獨(dú)立差動(dòng)保護(hù)的必要性。

特高壓變壓器；獨(dú)立調(diào)壓補(bǔ)償變壓器；差動(dòng)保護(hù)；動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)

0 引 言

特高壓變壓器由于制造工藝、絕緣及運(yùn)輸?shù)纫蛩氐挠绊懀捎弥黧w變壓器與調(diào)壓補(bǔ)償變壓器分體的結(jié)構(gòu)方式，兩者通過外部導(dǎo)線進(jìn)行電氣連接[1]。相對(duì)于整個(gè)特高壓變壓器線圈，調(diào)壓補(bǔ)償變壓器所占線圈匝數(shù)比例較低，大差差動(dòng)保護(hù)不能夠完全保護(hù)整個(gè)調(diào)壓補(bǔ)償變壓器[2]，因此需要配備單獨(dú)的調(diào)壓補(bǔ)償變壓器差動(dòng)保護(hù)。下面通過動(dòng)模試驗(yàn)分析了特高壓調(diào)壓補(bǔ)償變壓器配置獨(dú)立差動(dòng)保護(hù)的必要性。

1 變壓器的結(jié)構(gòu)及參數(shù)

特高壓變壓器結(jié)構(gòu)如圖1所示，采用分相和分體式結(jié)構(gòu)，主變壓器高、中、低壓側(cè)采用YN,yn,d11的繞組接線方式，110 kV低壓側(cè)帶補(bǔ)償繞組調(diào)壓[3]，其主要參數(shù)如表1所示，TA主要參數(shù)如表2所示。

圖1 特高壓變壓器整體示意圖

項(xiàng) 目原型設(shè)計(jì)參數(shù)動(dòng)模模型參數(shù)主變壓器額定容量(相)額定電壓(相)短路阻/%1000/1000/334MVA1050/3:525/3±5%/:110kVUH-M=18,UH-L=62,UM-L=402.5/2.5/0.83kVA1000/3:500/3:100VUH-M=14.8,UH-L=67.8,UM-L=52.3調(diào)壓繞組額定容量(相)額定電壓及變比59MVA110:5%×1050/3kV,n=3.63147.5VA110:5%×1000/3V,n=3.81補(bǔ)償繞組額定容量(相)額定電壓及變比18MVA5%×1050/3:5.4kV,n=5.6145VA5%×1000/3:5.4kV,n=5.35

表2 特高壓變壓器TA配置表

主體變壓器和調(diào)壓補(bǔ)償變壓器通過外部電氣導(dǎo)線連接，其接線原理如圖2所示。其中SV串聯(lián)繞組、CV公共繞組和LV低壓繞組三部分組成主體變壓器，TV調(diào)壓繞組和EV調(diào)壓變勵(lì)磁繞組組成調(diào)壓變壓器，LE補(bǔ)償變勵(lì)磁繞組、LT補(bǔ)償繞組組成補(bǔ)償變壓器[4-5]。

圖2 主體變壓器與調(diào)壓補(bǔ)償變壓器接線原理圖

2 變壓器差動(dòng)保護(hù)配置方案

特高壓變壓器配備的差動(dòng)保護(hù)如圖3所示。大差差動(dòng)保護(hù)為主保護(hù)，基本能夠反映變壓器內(nèi)部所有的故障；但對(duì)部分內(nèi)部輕微匝間故障的反應(yīng)靈敏性不足，因此需要配置故障分量差動(dòng)保護(hù)用來提高主變壓器在負(fù)荷較大的情況下發(fā)生內(nèi)部輕微匝間故障的靈敏性;配置分相差動(dòng)保護(hù)可以用來提高主繞組內(nèi)部匝間輕微故障時(shí)的靈敏度;配置零序差動(dòng)保護(hù)可以用來提高發(fā)生單相接地故障時(shí)差動(dòng)保護(hù)的靈敏度;分側(cè)差動(dòng)保護(hù)則可以躲開勵(lì)磁涌流和過勵(lì)磁危害,同時(shí)還能提高相間短路故障的靈敏性。由于調(diào)壓繞組和補(bǔ)償繞組的匝數(shù)相對(duì)于主變壓器繞組匝數(shù)比例較低,且與主繞組不在同一個(gè)鐵心上, 為了提高調(diào)壓變壓器和補(bǔ)償變壓器發(fā)生匝間故障時(shí)的靈敏度，專門設(shè)置了獨(dú)立的調(diào)壓變壓器和補(bǔ)償變壓器差動(dòng)保護(hù)。

3 調(diào)壓補(bǔ)償變壓器故障動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)

為驗(yàn)證特高壓變壓器調(diào)壓變壓器和補(bǔ)償變壓器配置獨(dú)立差動(dòng)保護(hù)的必要性，根據(jù)特高壓交流試驗(yàn)分別模擬調(diào)壓變壓器高壓側(cè)繞組不同百分比匝間故障，可得主體變壓器和調(diào)壓變壓器差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作情況如表3所示。

圖3 主變壓器差動(dòng)保護(hù)配置圖

示范工程的系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置動(dòng)模試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，變壓器模型主要參?shù)如表1所示，試驗(yàn)接線如圖4所示。

圖4 特高壓交流變壓器動(dòng)模試驗(yàn)?zāi)Ｐ褪疽鈭D

3.1 調(diào)壓變壓器繞組內(nèi)部故障

表3 調(diào)壓變壓器高壓繞組匝間短路差動(dòng)動(dòng)作統(tǒng)計(jì)

圖5所示為調(diào)壓繞組C相高壓側(cè)10%匝間故障時(shí)(A、B相正常)差動(dòng)電流幅值。圖中C相大差差動(dòng)保護(hù)的二次側(cè)差動(dòng)電流的幅值Ir低于門檻值,不能動(dòng)作于故障。而調(diào)壓繞組差動(dòng)保護(hù)的C相差動(dòng)電流的幅值Im達(dá)到3 A,可以快速正確動(dòng)作。

分別模擬調(diào)壓變壓器低壓側(cè)繞組不同百分比匝故障, 可得主體變壓器和調(diào)壓變壓器差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作情況如表4所示。

圖5 調(diào)壓線圈匝間故障試驗(yàn)差動(dòng)電流分析

差動(dòng)動(dòng)作情況故障情況5%15%25%35%50%主體變壓器差動(dòng)情況未動(dòng)作未動(dòng)作未動(dòng)作動(dòng)作動(dòng)作調(diào)壓變壓器差動(dòng)情況動(dòng)作動(dòng)作動(dòng)作動(dòng)作動(dòng)作

由上可知，大差差動(dòng)保護(hù)不能夠反應(yīng)調(diào)壓變壓器高壓線圈發(fā)生匝間15%以下故障和低壓線圈發(fā)生35%以下匝間故障;而各種故障下調(diào)壓變差動(dòng)保護(hù)均可以快速正確動(dòng)作。

3.2 補(bǔ)償繞組內(nèi)部故障試驗(yàn)

分別模擬補(bǔ)償變壓器高壓側(cè)繞組不同百分比匝間故障,主體變壓器和補(bǔ)償變壓器差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作情況見表5。

表5 補(bǔ)償變壓器高壓繞組匝間短路差動(dòng)動(dòng)作統(tǒng)計(jì)

圖6所示為補(bǔ)償繞組C相高壓側(cè)40%匝間故障時(shí)(A、B相正常)差動(dòng)電流幅值。圖中C相大差差動(dòng)保護(hù)的二次側(cè)差動(dòng)電流的幅值Ir低于門檻值,不能動(dòng)作于故障。而補(bǔ)償繞組差動(dòng)保護(hù)的C相差動(dòng)電流的幅值Im達(dá)到0.8 A,可以快速正確動(dòng)作。

由上可知，大差差動(dòng)保護(hù)不能夠反應(yīng)補(bǔ)償繞組高壓線圈發(fā)生匝間40%及以下故障,而配置的補(bǔ)償變壓器差動(dòng)保護(hù)可快速正確動(dòng)作于匝間發(fā)生5%輕微故障。

圖6 補(bǔ)償線圈匝間故障試驗(yàn)差動(dòng)電流分析

4 結(jié) 論

針對(duì)特高壓變壓器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),研究了特高壓變壓器差動(dòng)保護(hù)配置方案, 通過動(dòng)模試驗(yàn)分析了調(diào)壓補(bǔ)償變壓器配置獨(dú)立差動(dòng)保護(hù)的必要性。動(dòng)模試驗(yàn)結(jié)果表明，調(diào)壓變壓器高壓線圈發(fā)生匝間15%以下故障、調(diào)壓變壓器低壓線圈發(fā)生35%以下匝間故障及補(bǔ)償繞組高壓線圈發(fā)生匝間40%及以下故障時(shí)，大差差動(dòng)保護(hù)均不能夠反應(yīng)，靈敏度明顯不足，而調(diào)壓補(bǔ)償變壓器的差動(dòng)保護(hù)均快速正確動(dòng)作。因此，需要配置獨(dú)立的調(diào)壓變壓器和補(bǔ)償變壓器差動(dòng)保護(hù)，用來提高其內(nèi)部匝間故障的靈敏度。

[1] 鄧茂軍，孫振文，馬和科，等．1 000 kV 特高壓變壓器保護(hù)方案[J]．電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2015，39(10)：168-173．

[2] 文繼鋒，程驍，張曉宇，等． 特高壓變壓器差動(dòng)保護(hù)研究[J]． 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2009，29(22):58-62．

[3] 鄭濤，張婕，高旭． 一起特高壓變壓器的差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)分析及防范措施[J]． 電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2011，35(18)：92-97．

[4] 邵德軍,尹項(xiàng)根,張哲,等．特高壓變壓器差動(dòng)保護(hù)動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)研究[J]. 高電壓技術(shù), 2009, 35(2):20-36.

[5] 南瑞1 000 kVRCS-978變壓器保護(hù)說明書[Z].

[6] 特高壓交流工程二次設(shè)備動(dòng)模試驗(yàn)研究試驗(yàn)報(bào)告[R].

For the characteristics of split structure of UHV main transformer and the regulating and compensating transformer, the configuration scheme of differential protection for UHV transformer is introduced. Through the dynamic simulation experiment of internal faults of regulating and compensating windings，it is concluded that the sensitivity of differential protection of main winding is insufficient for the internal faults of regulating and compensating transformer, which explains the necessity of independent differential protection.

UHV transformer; independent regulating and compensating transformer; differential protection; dynamic simulation experiment

TM772

A

1003-6954(2017)01-0081-03

2016-09-16)

湯會(huì)增(1982)，碩士、工程師，從事超特高壓變電運(yùn)維檢修工作；

程朝磊(1983)，工程師，從事超特高壓變電運(yùn)維工作。