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变压器保护配置方案及二次回路设计
DQZHAN技术讯：变压器保护配置方案及二次回路设计

摘要：电力变压器是电力系统中非常重要的电力设备之一，它的**运行对于保证电力系统的正常运行和对供电的可靠性

以及电能质量起着决定性的作用。针对35kV变电站YD11型变压器，介绍了二次保护设计原则及设计流程，并以CSCL2000

系列装置为例，设计了35kV变电站中变压器的保护配置方案以及二次回路系统。结果证明，该设计方案提高了二次回路的

设计效率。

关键词：变压器保护 差动 后备保护 保护配置 二次回路




0 引言




电力变压器是电力系统中大量使用的重要电气设备，它的**运行是电力系统可靠工作的必要条件。虽然它无旋转部件，结构简单，运行可靠性高，但在实际运行中仍然会发生故障和不正常工作状态[1]。




电力变压器是电力系统中的重要设备，其**运行关系到整个电力系统能否连续稳定地工作。而随着电力系统的发展，特别是现代新材料、新工艺的发展，变压器容量不断增大，对变压器保护的快速性和可靠性也提出了更高的要求。它的主保护主要包括瓦斯保护、纵差动保护。瓦斯保护主要保护变压器内部各种故障。纵联差动保护主要是对变压器的绕组，套管及引出线上的故障。




二次回路是电力系统**、经济、稳定运行的重要保障，是变配电所电气系统的重要组成部分。二次回路是一个具有多种功能的复杂网络，其内容包括高压电气设备和输电线路的控制、调节、信号、测量与监察、继电保护与自动装置、操作电源等系统。




1 变压器接地方式




高压侧或中压侧的额定电压大于或等于110kV的变压器，其中性点有接地及不接地运行两种方式，而对额定电压在66kV以下的变压器，其高压侧中性点的运行方式有三种，即不接地，经消弧线圈接地或经小电阻接地[2]。




2 电力变压器的故障、不正常运行状态




2.1 变压器的故障




变压器故障可分为内部故障和外部故障。




变压器内部故障指的是箱壳内发生的故障，有绕组的相间短路故障、绕组的匝间短路故障、绕组和铁心间的短路故障、变压器绕组引线与外壳发生的单相接地短路。此外，还有绕组的断线故障。




变压器外部故障指的是箱壳外部引出线间的各种相间短路故障和引出线因绝缘套管闪络或破碎通过箱壳发生的单相接地短路[3]。




2.2变压器不正常运行状态




变压器不正常运行状态有过负荷；由外部短路引起的过电流；油箱漏油引起的油位下降；外部接地短路引起的中性点过电压；绕组过电压或频率低引起的过励磁；变压器油温升高和冷却系统故障等。




3 变压器保护配置




DL400-1991《继电保护和**自动装置技术规程》规定[4]，变压器应装设如下保护：




为反应油箱内部各种短路故障和油面降低，对于0.8MVA及以上的油浸式变压器和户内0.4MVA以上变压器应装设气体保护。




为反应变压器绕组和引出线的相间短路，以及中性点直接接地电网侧绕组和引出线的接地短路及绕组匝间短路，应装设纵差保护或电流速断保护。对于6.3MVA及以上并列运行变压器和10MVA及以上单独运行变压器，以及6.3MVA及以上的厂用变压器，应装设纵差保护；对于10MVA以下变压器且过电流时限大于0.5s时，应装设电流速断保护；对于2MVA以上变压器，当电流速断保护的灵敏系数不满足要求时，则宜于装设纵差动保护。



为反应外部相间短路引起的过电流和作为气体、纵差保护（或电流速断保护）的后备保护，应装设过流保护。




4 国网“六统一”标准化设计原则




（1）功能配置统一的原则




解决各地区保护配置和组屏方式的差异造成的保护不统一。




（2）回路设计统一的原则




解决各地区运行习惯和设计原则不同造成的二次回路差异。




（3）端子排布置统一的原则




按照“功能分区，端子分段”的原则，解决交直流回路、输入输出回路在端子排上排列位置不规范的问题。




（4）接口标准统一的原则




对继电保护装置接口的数量、类型等配置原则进行规范，避免出现不同时期、不同厂家保护装置接口杂乱无序的问题。




（5）屏柜压板统一的原则




对继电保护压板数量、颜色进行规范，对压板进行优化设计，减少不必要的压板，以方便现场运行。




（6）保护定值、报告格式统一的原则提出标准的保护定值和打印报告格式，为现场运行维护创造条件。




5 典型35kV变压器保护二次配置




现以某35kV新建变电站为例，变电站接线方式为单母线分段，变压器为两卷变，且主变容量2×63MVA，采用普通YD11变压器（不带有载调压功能），电压等级为35/10kV，综合自动化系统技术协议中要求：主变压器保护测控屏共两面，每面屏含：差动保护装置1台、高后备保护装置1台，低后备保护装置1台，主变本体保护装置1台,主变测控装置1台。




根据规程规定：6.3MVA及以上并列运行变压器应装设纵差保护，此项目我们采用CSCL2000系列装置进行配置。配置原则如下：




1）差动保护配置：CSCL2000系列装置有两种类型的差动保护装置，CSF206TA和CSF306TA，两者的主要区别是：CSF206TA适用于两卷变差动保护，而CSF306TA适用于三卷变差动保护或内桥型接线方式，且适用多种变压器接线组别。




由于此35kV新建变电站，采用单母线分段，且为两卷变压器，故采用CSF206TA差动保护装置可以满足配置需求。且差动保护装置可以通过后备保护装置进行断路器跳合闸操作，故CSF206TA不需要配置跳闸插件，只需将跳合闸出口引出至后备保护装置即可。




2）高后备保护配置：由于差动保护配置CSF206TA，高后备保护配置其配套装置CSF206TB，由于此变电站35kV侧采用SF6断路器，故高后备需要配置有压力闭锁功能的跳闸插件。




3）低后备保护配置：由于差动保护配置CSF206TA，低后备保护配置其配套装置CSF206TB，由于此变电站10kV侧采用真空断路器，故低后备只需配置普通功能的跳闸插件。高后备和低后备跳闸插件不同，二次回路设计时要多加注意，另外低后备保护也可配置有压力闭锁功能的跳闸插件，二次设计时可不进行接线，不使用此功能。




4）主变本体保护配置：采用本体保护装置HNCSR。




5）主变测控配置：采用测控装置CSF202B，共计模拟量8U/6I，开入遥信38个，遥控开出7组，可满足此变电站需求。




6 典型35kV变压器保护测控屏二次回路设计




根据国网“六统一”标准化设计原则，本次所有装置均采用以太网进行通讯；装置电源，操作电源DC220V；出口压板为红色，功能类压板为黄色，备用为本色。装置端子排按回路分段标号，参见下表[5]。





以下进行二次回路的设计：

6.1 交流回路设计




交流回路设计包括：交流电流设计和交流电压设计。




如图1所示。



1）变压器高低压侧差动CT（TA1和TA7）电流经1ID端子排接至差动保护装置高低压侧差动电流输入。




2）变压器高低后备保护CT（TA2和TA6）电流分别经1-1ID和2-1ID分别接至后备保护装置保护电流输入，因为有单独的测控装置，故后备保护装置的测量电流输入不接线。




3）变压器零序CT电流经1-1ID端子排接至高后备保




护零序电流输入。由于是YD11变压器，所以低后备没有零序电流输入。




4）高低压侧测量电流TA3和TA5电流分别经32ID接至测控装置的电流输入。




5）高压侧PT电压经过UD端子排后经空开接至高后备和测控装置的模拟量板的电压输入，低压侧PT电压经UD端子排再经空开接至低后备和测控装置的模拟量板电压输入。




6）高低压侧零序电压直接接至高低后备装置及测控装置。




6.2 直流回路设计




直流电源分两路：一路DC220V分别经ZD再经空开接至各装置电源，另一路DC220V经ZD再经空开分别接至高低后备的操作电源。根据实际电流功耗情况，装置电源采用3A空开，操作电源采用6A空开。




6.3 差动保护装置二次回路图设计




差动保护装置的差动跳高压侧出口、差动跳低压侧出口、过负荷启动通风出口及过流闭锁调压出口均经压板接 出，其中差动跳高压侧出口接至高后备保护操作回路，差动跳低压侧出口接至低后备保护操作回路中。




装置失电信号引出接至SD端子排。




6.4 本体保护装置二次回路设计




本体保护装置的跳高压侧出口、跳低压侧出口均经压板接出，其中本体跳高压侧出口接至高后备保护操作回路，本体跳低压侧出口接至低后备保护操作回路中。




变压器本体开入信号接至本体保护装置，本体信号可经三联压板进行选择跳闸或者发信。




本体远动信号接至变压器测控装置。




6.5 高后备保护装置二次回路设计




高后备保护装置的跳低压侧出口压板接出至低后备保护操作回路中。




高后备接收来自于低后备的负压开入信号，高后备的负压开出信号可经压板接至低后备负压开入。




高后备保护操作回路如图2所示。




（1）手动操作，遥控操作




手动操作通过操作转换把手1KK进入断路器跳合闸回路。




遥控操作通过变压器测控装置开出节点进入断路器跳合闸回路。




跳闸操作：当手跳或遥跳节点闭合时，STJ继电器带电，其辅助接点2,3闭合通过2ZJ1-1和跳闸保持继电器至3J12进入断路器操作机构进行跳闸。



合闸操作：当手合或遥合节点闭合时，信号经过3J10、1ZJ1-1、TBJ2、HJ和3J11进入断路器操作机构进行合闸。




（2）差动保护、本体保护、低（高）后备保护操作回路差动保护、本体保护、低（高）后备保护跳闸出口经




压板接至高（低）后备保护跳闸回路经3J7、2ZJ1-1和跳闸保持继电器至3J12进入断路器操作机构进行跳闸。




（3）高（低）后备保护跳闸




高（低）后备保护跳闸出口经压板接至高（低）后备保护跳闸回路经3J7、2ZJ1-1和跳闸保持继电器至3J12进入断路器操作机构进行跳闸。




（4）断路器压力闭锁回路




断路器压力信号开入接至高后备保护装置，进行闭锁断路器操作。




（5）指示灯回路




红、绿灯分别接至跳合闸回路，用于指示断路器状态。




6.6 低后备保护装置二次回路设计




低后备保护装置二次回路设计类似于高后备保护装置二次回路设计，只是缺少断路器压力闭锁回路，此处不再赘述。




6.7 变压器测控装置二次回路设计




将测控装置的开入信号和开出信号分别引出即可，供设计院进行实际分配。




以此完成变压器保护测控屏的二次回路设计。




7 结束语




通过对35kV典型变压器保护二次设计原则及设计流程的介绍，并举例说明，可以提高变压器二次设计效率，对于有特殊要求的变压器保护二次设计，例如有载调压变压器有很好的参考价值。(作者：朱联联 张翠平 王玉博 刘瑞 刘娜)




参考文献：




[1] 刘学军.继电保护原理[M].第2版.北京:中国电力出版社,2007.




[2] 中国华电集团公司电气及热控技术研究中心,编.电力主设备 继电保护的理论实践及运行案例[M].北京:中国水力出版社, 2009.




[3] 高中德,舒治淮,等,国家电网公司继电保护培训教材[M].北京: 中国水力出版社,2009.




[4] DL400-1991.继电保护和**自动装置技术规程[S].




[5] 何学东,宋湘平,等.继电保护柜端子排标准化设计说明[J].中国电机工程学会继电保护专业委员会第十一届国内保护和控制学术研讨会论文集,2008:510-512.





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