杨全中 杜超逸
呼和浩特热电厂， 内蒙古 呼和浩特 010010
摘 要：变压器作为配电设备中的重要设备，直接决定着人们能否得到足够稳定的电力供应。因此，研究配电电压装置综合智能保护系统的关键技术具有重要意义。本文详细论述了发电厂配电变压器综合智能保护系统关键技术。
关键词：配电变压器；综合智能保护系统；关键技术
前 言：变压器是电力系统中最重要的电气设备之一。电气系统的发展离不开变压器，虽然变压器是静态装置，但其结构设计较可靠的。然而，在实践中，仍然存在故障及异常工况，若故障不能及时解决，不仅会损坏主设备，还会导致严重的系统事故或大面积停电事故。因此，研究配电变压器综合智能保护系统的关键技术尤为重要。
工程概况：
呼和浩特热电厂；2×350MW发电机为哈尔滨电机厂有限责任公司制造的QFSN-350-2型三相、极、隐极式转子同步，水、氢、氢冷却发电机，属常规燃煤火力发电厂。电厂以双回220kV线路接入位于电厂西面金海500KV变电站。#3、4机组分别于2011年12月2日/2012年1月25日投产发电。
1 配电变压器简介
配电变压器是一种静态装置，它将一定值的电压(流)转换成另一种或多种具有相同频率的不同电压(电流)。一次绕组接交流电时，将产生交变磁通，其通过铁芯导磁效应在二次绕组中感应出交变电动势。二次感应电动势大小取决于一二次绕组匝数，即电压和匝数成正比。主要功能是传输电能，所以额定容量是其主要参数。额定容量是代表功率的常用值，表征电能传输的大小，以KVA或MVA表示，当额定电压施加到变压器上时，依据其确定额定电流不超过规定条件下的温升限值。
2 发电厂配电变压器综合智能保护系统概述
传统的保护系统依靠变压器保护装置、线路保护装置、测控装置来保护发电厂配电变压装置。当这些装置被特定信号触发时，传统保护系统中的每个保护链路都被激活；传统保护系统必须通过多个机械接口将系统保护装置与发电厂配电变压设备连接起来，这不仅增加了接线难度，而且使传统保护系统更易受电磁干扰影响，从而降低了传统保护系统的可靠性。智能综合保护系统通过智能终端将发电厂配电变压集成到配电变压器中，为每台设备提供统一保护。如内部故障增加了装置短路电流，使电流互感器TA饱和。同时，TA的基本电流为0，谐波分量大，应采用差分断路策略，依据励磁电流和不平衡电流进行整定速路操作，整定值为复合电流的6～7倍，大于电磁保护数据。利用I2C总线将发电厂所有配电变压设备和综合智能保护系统连接起来，在实现综合保护性能前提下，可减少相关设备机械接口的利用率，提高配电变压设备的安全性，充分发挥综合智能保护系统自动化、集成化优势，以满足配电变压设备保护需求。
3 系统关键技术
为了保护发电厂配电电压装置，智能综合保护系统必须对自身系统进行有效控制及管理。在发电厂配电变压器出现故障时，智能综合保护系统能快速开启针对性保护装置，防止配电变压器相关设备损坏造成大面积停电状况。为充分解决这一问题，综合智能保护系统采用微机控制软件，为配电系统中的所有设备提供相对独立的微机保护。比率差动公平转换元件用于敏感检测变压制中各种装置的内部电流故障。微机控制系统作为综合智能保护系统的主要保护功能，能及时发现配电变压制故障，有针对性地进行处理，从而有效消除故障原因。只有当综合保护系统的保护失效时，才能激活相应的后备保护功能。智能综合保护系统的实际运行由微机控制，设备的电流传感器通过类似差动保护的硬件电路与Y形接线，再由微机控制软件自动完成电流变动值及相位补偿系数，然后对配电变压器线路进行针对性维护、调校、修复。综合智能保护系统的后备保护功能主要依靠独立侧的配置来保证后备保护功能与主保护功能的独立运行，完善发电厂配电变压器保护条件，提高智能稳定综合保护系统可靠性。综合智能保护系统的后备保护功能分为远端后备保护功能及近端保护功能。
当综合智能保护系统的主保护功能失效时，根据变压器的具体位置，启用相应的远程或近距离保护后备功能，通过设备继电器的协调动作，实现两种后备保护功能，以保证其操作的独立性。
4 系统关键技术的应用
（1）微机保护技术应用。综合智能保护系统采用微机保护技术，需提供比率制动保护、差动速断保护等。对于发电厂配电变压器，必须完成主保护差动继电器配置、高压侧过流保护、过负荷保护等保护装置的配置，以此为变压器的运行提供安全保障。当提供差动保护时，比率制动保护策略是随外部短路电流的增加，以一定的比率启动保护装置，使外部短路不发生误动作，而内部短路保护可灵敏启动。比率是制动电流与差动电流之比。外部故障引起的不平衡电流越大，制动效果越好，而内部故障引起的制动效果最小。差动保护制动电流以最大差电流为最大三侧电流值，实现微机控制。依据比率制动原理提供主保护，若内部故障严重，短路电流很大，电流互感器TA严重饱和，致使变压器交流瞬态传输的快速恶化。此时TA二次侧基波电流为0，谐波分量大，因此，利用比率制动实现瞬时差动保护较困难。微机保护采用速断差动保护策略，根据最大不平衡电流及励磁电流整定速断，使其快速动作。整定值为正常运行负荷电流的5～6倍，大于电磁式保护数据。
当主变内部故障时，应采用差动保护策略，区外故障发生时不动作。主变投运时，将产生较大励磁电流，致使高低压侧电流不平衡，造成差动保护二次谐波闭锁，防止装置误动。结合实践经验，变压器二次谐波制动比在0.1～0.2范围内，值太小，可能引起误动；值太大，可能造成装置不动作。提供闭锁保护时，还应考虑变压器容量和铁芯质量等对二次谐波电流及基波电流的影响。因此，制动率定值通常为0.15～0.20间，从而为定值整定提供依据。
电流互感器在运行中可能会出现断线问题。在某一相断线后，该相的二次电流为0，差电流不为0，致使差动保护误动作。为了解决这一问题，有必要加强断线监测，依据三相电流矢量及零序电流参数确定断线情况。微机保护装置通过设定参考值，能自动判断互感器断线故障，断线时即发出报警信号，选择控制字判断联锁差动保护装置是否启动。主配电变压器应设有电流速断保护、电流保护等，如有过载保护，应配置相应的保护装置。对于单台容量大于10000kVA的变压器，可采用纵联差动保护装置代替电流速断保护。
（2）后备保护技术应用。其能为配电变压器提供过载保护、过流保护和零序保护等，综合智能保护系统能保证主保护失灵时变压器的安全运行。
过流保护可结合设备容量及短路电流，采用负序过流保护和低压起动过流保护等，解决变压器绕组因外部故障引起的过流问题。安装复合电压闭锁元件，可根据低正序电压和负序过电压判断系统故障，通过测量正序电压从而避免误动作。与低压起动相比，复合电压闭锁保护灵敏度高，可避免设备额定电流整定值，整定值为电压标称值的0.06～0.12倍。在常规保护方式下，需完成三个低压继电器及负序电压滤波器的设置，以及安装过电压继电器，从而实现复合电压闭锁保护功能。但该方案接线复杂，仅适用于大型高压变压器。而中小型变压器，可配置低压启动过流保护装置，而且可用危机保护的闭锁元件提供保护，无需增加硬件即可满足线路过流保护要求。
过负荷保护要求一相电流I段报警，用Ⅱ段启动风扇冷却器，最后用Ⅲ段闭锁有载调压。在保护动作方面，采用最大相电流作为触发信号，采用时限、反限判据进行后备保护。
当配电变压器超过110kV时，应提供零序保护，包括主变零序电压、间隙零序电流元件、主变零序电流等，可依据设备接地方式，设置不同类型的中性点接地保护，包括直接接地、不接地、间隙接地。在直接接地保护中，应完成Ⅱ段零序过流保护配置，间隙接地保护需完成I段两时限间隙零序过电流保护装置的配置，不接地采用Ⅲ段过流保护或复合电压闭锁保护。
参考文献：
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[2]贺敏.发电厂配电变压器综合智能保护系统关键技术[J].应用能源技术，2020(09).
[3]张若雨.发电厂配电变压器综合智能保护系统关键技术探讨[J].电力系统装备,2019(19).
作者简介：姓名：杨全中，汉族 ，出生于1993年4月，内蒙古自治区巴彦淖尔市临河区，本科，专业热能与动力工程，现职称:电机工程助理工程师，从事火电厂电气检修专业。