10kV大容量配电变压器差动保护配置应用研究

10kV大容量配电变压器差动保护配置应用研究

刘奎

身份证号码： 410426198611013555

河南省郑州市451191

摘要：近年来，我国对电能的需求不断增加，配电网建设越来越多，在配网工程中，变压器的应用十分广泛。本文首先分析了差动保护基本原理，其次探讨了故障分析，最后就10kV大容量配电变压器差动保护配置应用进行研究，以供参考。

关键词：差动保护；智能配电室；配电变压器

引言

智能变电站运行过程中，由于智能化继电保护装置设计不完善，现场工作人员对智能化保护装置有关基础知识和运行维护手段掌握不够，时而会发生智能化继电保护装置误动作故障。

1差动保护基本原理

差动保护是利用基尔霍夫电流定理简称KCL的工作原理，把被保护的电气设备看成一个广义的结点，在正常时流入被保护的电气设备电流和流出的电流之和相等，差动电流为零。当电气设备内部出现故障时，流入被保护的电气设备的电流和流出的电流之和不相等，差动电流大于零。当差动电流大于微机保护装置中设置的整定值时，保护正确动作，将被保护的电气设备的各侧断路器跳开，使其故障设备快速切断，以免当前故障的进一步扩大。以发电机保护为例，当发电机正常工作或区外故障时，将其看作理想发电机，则发电机机端侧的电流和中性端的电流之和相等，差动保护装置不动作。当发电机内部故障时，则两侧向故障点提供短路电流，差动保护感受到的二次电流之和大于正常时的差流，差动保护装置可靠动作。差动保护基本原理简单，使用电气量简单明确，保护范围全面，发生故障时，具有极高的可靠性、选择性、灵敏性及速动性，所以一直作为一次电气设备的主保护，以保证被保护的电气设备不受进一步的损坏。差动保护是利用比较被保护电气设备两端或多端电流的幅值的大小和相位的原理构成的。从理论上讲，正常运行和外部故障时，各支路电流之和为零。

2故障分析

该配电室由10kV进线I、进线II、进线III三回线路供电，其中：I段母线电源为10kV进线I，由中压柜01柜送入，通过05柜送至1#配电变压器(以下简称1#主变)；II段母线电源为10kV进线II，由中压柜02柜送入，通过08柜送至供2#配电变压器(以下简称2#主变)；10kV进线III为II母线热备电源，送至中压柜04柜(断路器断开)。10kV进线I和II为两个110kV变电站10kV馈线直接引至开闭所两段母线，接线方式为单母分段运行，母联断路器处于常分状态，10kV中压柜其余间隔均为备用间隔，断路器均已断开。1#主变和2#主变为SCB11-2500/10型配电变压器，接线组别为Dyn11型。配电室0.4kV低压线路为单母分段运行，1#主变和2#主变分别送至低压侧两段母线，并设置低压备自投，正常方式下母联开关Qtie断开。在10kV侧，变电站内馈线断路器为10kV线路第一级保护，投入速断、过流两段保护，定值、时延设置一致。10kV中压柜01柜、02柜断路器所有保护压板退出。05柜、08柜上配置WGB-871型二次保护装置，均投入速断、过流两段保护，且定值、时延设置一致。在0.4kV侧，低压进线侧配置micrologic6.0E型框架式断路器Qk1和Qk2，投入长延时、短延时、瞬时及接地保护。低压侧出线侧，通过micrologic5.0E型框架式断路器Qj1和Qj2送至用户大楼地下配电室，通过40组NSXTMD250H型塑壳断路器，送至用户侧各类型负荷。在某次正常运行状态下，因低压备自投定值设置偏高，发生疑似10kV母线电压波动导致的误动作，2#主变进线断路器Qk2断开，低压母联开关Qtie合上，由1#主变带2#主变下侧全部负荷，转带后测量1#主变低压运行电流为2700A左右，负载率约为74.8%。在负荷转带之后，经过约2h运行时间，1#主变低压出线母排、位于低压进线断路器Qk1电气位置前侧处发生起火，现场产生大量浓烟。事后检查发现，燃烧起火的配件为低压母线悬挂支架。配电室1#主变在本次故障过程中，因低压B、C两相母排重量较大，加上干式变压器长期震动的因素，导致母排悬挂支架下方承力处压垮，母排下侧对悬挂支架内部横向金属螺杆放电。通过放电烧蚀痕迹、母排上烧蚀产生的半圆形缺口以及母排支架金属螺杆的完整性可以判断，该放电为经空气介质的间隙性电弧放电，放电电流不大。可以推断，起火故障发生前期，低压侧B、C两相通过空气间隙对支架中的金属螺杆放电，并通过金属螺杆与变压器金属仓上壳对低压零线短路，产生的放电电弧导致接触点温度超过母线悬挂支架和低压母排绝缘套管绝缘材料燃点，直接引起了本次起火事件的发生。

3 10kV大容量配电变压器差动保护配置应用

3.1永久解决措施

正在对接设计单位,待设计单位提供整改方案后电站组织进行审查再开展相关工作,预计两个月内完成,未完成整改前主变不投入运行,整改完成后,平寨电站编制整改报告报贵部审查。

3.2一次设备参数合格

无论变压器、电动机、电流互感器、电缆或高压开关，首先，绝缘电阻必须满足电气试验规程和出厂试验要求。其次变压器的变比、极性、直流电阻，电动机的极性、直流电阻也合格；一次电缆要求完善，绝缘良好，能够承受足够的电压、电流；高压开关能可靠分合闸等。这里注意，一次回路中的所有设备配置合理，尤其被保护设备两侧电流互感器容量、变比满足设计要求，电流互感的变比、极性以及伏安特性等都符合规程要求。只有一次设备配置和检验合格了才能保证正常运行或外部故障时，差动保护不动作，设备内部故障时，差动保护能可靠动作。

3.3反事故措施

为防止同类型变压器差动保护出现误动作，镇江电网实施了以下反事故措施：(1) 差动保护装置更换中央处理器(centralprocessing unit，CPU)板件，保护装置程序升级至最新版本。由于内部存储的固定参数被改写，使读取状态出现异常，仅在该变电站首次出现，故将其他站同类保护装置程序升级至最新版本，避免CPU单一器件出现异常时，保护误动。(2) 根据实验室的试验结果，温度升高有可能导致内部参数变化，因此将该型号变压器保护的柜门换成带孔洞的网门，另适当调低控制室空调温度，保证保护装置的运行环境温度，从而改善了保护装置的散热性能，防止由于保护装置内部温度过高，造成保护装置不正常运行而误动作。

结语

综上所述，配变差动保护可有效解决中低压保护整定配合定值与时延级差难以配合的问题，同时可灵敏监测低压侧接地故障下的保护“盲区”数据。文中介绍了差动保护定值的整定方法以及与阶段式低压电流保护的配合定值。设计了中低压二次系统改造方案，以10kV配电变压器差动保护配置为核心，在原配电室一次设备基本不动的情况下，建立了包含环境监控感知的智能化配电室硬件设计方案及数据传输网络架构，并利用5G切片技术来保障配电室数据传输的安全性。智能综合监控系统的成功建设与数据感知，进一步验证了差动保护可以有效提升10kV大容量配电变压器供电可靠性。

参考文献

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