基于线变组保护技术的石化企业供电系统优化方案研究

基于线变组保护技术的石化企业供电系统优化方案研究

白辉胜

中国石油乌鲁木齐分公司热电生产部

摘要：根据某石化企业供电系统主电供电的现状，提出了以线变组保护技术的主接线改造方法，以一个二级变电站为例，分析了某石化公司电网的结构方式及存在的问题，提出解决办法。

关键词：线路变压器组 母线接线 差动保护

1．引言

变电站母线主接线方式的选择对供电系统的可靠性、灵活性和选择性有较大影响。在很长一段时间，在变电站高压侧采取高压母线的接线方式已经成为设计惯例，已经习惯了在变压器高压侧采用断路器加母线组合，而不采用线路变压器组等简单的接线方式，在电网架构设计时，既要考虑运行方式的灵活性，又要兼顾操作的便捷性；既要考虑保护的可靠性，又要兼顾各级保护的配合。

2．某石化企业电网组成及分析

某石化电网由220kV变电站和35kV变电站1、2、3号站两部分组成。35kV变电站1、2、3号站均为双母线结构，母线之间设有分段开关及母联开关，各站之间均有设联络开关。各二级变电站保护采用的是线路差动保护和变压器差动保护相结合的方式，二级变电站母线没有配置专门的快速母线保护，由后备保护来实现对母线的保护。

以某石化建北变电站为例，其接线方式采用线路、高压母线、高压断路器、变压器组的接线方式，主系统通过电缆、断路器与建北变电站35kV母线连接，下级变电站35kV母线再通过变压器降为6kV电压，供变电站使用，在此运行方式下，在该方式下若一条线路需要停电检修，另一条线路可以继续带下级变电站的两条母线，实现一线带两变，保证两台下级35kV/6kV变压器接待正常负荷，若一台变压器出现故障后另一台仍可以接待全部负荷，有利于下级变电站的可靠供电。但在此接线方式下运行，若下级变电站35kV母线上任何部位出现接地后，故障都将直接反应到主系统上，由此带来的不利因素就是主系统接地故障率较高。

3．光纤电流差动保护的原理

在高压输变电线路中,光纤电流差动保护采集相关数据是通过光纤线路通道来实现,在线路两侧的保护装置间实时传递相关数据,运用差动电流计算公式对本侧、对侧采集的电流数据进行计算分析。

在判断系统故障时，主要是利用制动特性方程来实现电流差动保护目的，通过计算公式不仅可以判断、分别区内电路故障,保护装置指令跳闸动作，另外，还可准确判断保护范围以外故障时保护装置指令不动作。如果输变电线路在正常运行状态或者保护范围以外故障状态，本侧和对侧线路中的电流相位相位相反，流过继电器中的电流值为零:如果输变电线路保护范围内出现故障，流过继电器中的电流值为不为零,满足电流差动保护的工作条件，保护装置发出跳闸指令，切除故障线路。

4．35kV变电站接线方式设计

3.1.线路-变压器组差动保护构成

以某石化二级变电所建北变电站线为例。从热电生产部35kV1、3号站35kV出线，通过电缆连接到建北变电站35kVI、II母，并通过1、2号变压器，降压后接入6kV变配电所。装置变电所就近安装了两台变压器。

在电网以往的设计中，总变电站采用总变电站配置出侧保护，用于保护电缆，在各二级变电所设(356kV，6kV)供电系统并保护变用器的接线方式。经总变的馈出断路器363后，通过电缆到二级变电所进线开关，再到1号变压器，变压器的上下两侧分别设置断路器3103和6106。这种情况下，为了实现对363和3101间电缆的保护，通常会采用线路差动保护装置来实现，而针对1号变压器则设置独立的变压器差动保护，这样不仅仅增加成本，而且为后续的维护也带来了不小的困难。同时35kV母线没有设置保护，存在保护死区。

在本此设计改造中，根据某石化企业供电特点，采用了线路-变压器组差动保护的供电方案。二级变电所取消(35kV，6kV)供电系统，变压器一次侧不设断路器。由于采用线变组接线方式简单，这不仅减少供电层级，减少设备维护量，还消除了供电死区，增强了电网供电可靠性。可以在电网中得到广泛推广和应用。

3.2.差动保护电流调整计算

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，因此在构成差动继电器前必须消除这些影响。装置通过内部软件的相角补偿(Y→△变换等)和幅值调整(即CT变比调整)完成电流调整功能。

装置采集本侧电流和接受由光纤传输来的对侧电流;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(Y1变换);而后再形成差流和制动电流。本装置要求变压器各侧CT采用Y形接线，二次电流直接接入本装置，且正极性端在母线侧。

3.3.差动速断保护

为防止区内严重短路故障时因CT饱和而使比率差动保护延迟动作，装置设有差动速断保护，用于线变组内部严重故障时快速跳闸切除故障。差动速断保护不需要设置任何闭锁条件，当任一相差流大干差动速断定值时瞬时动作于出口继电器，跳开线变组各侧开关。

3.4.比率差动保护

比率差动保护包括低值比率差动保护和高值比率差动保护。低值比率差动保护用来区分差动电流是由内部故障还是不平衡输出(特别是外部故障时)引起

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3.5.差动保护动作特性曲线

差动保护设有低值、高值比率差动保护和差动速断保护，动作特性曲线如图所示。

低值比率差动保护经过涌流判别、CT饱和判别、CT断线判别(可选择)后出口。它可以保证灵敏度，同时由于CT饱和判据的引入，区外故障引起的CT饱和不会造成误动。动作区域为图中浅色阴影区。

高值比率差动保护只经过涌流判别、CT断线判别(可选择)即可出口。它利用其比率制动特性抗区外故障时CT的暂态和稳态饱和，而在区内故障CT饱和时能可靠正确动作。

动作区域为图中次深色阴影区。

差动速断保护不经任何闭锁判据直接出口，其动作区域为图中最上方的深色阴影区。

3.6.本体保护跳两侧断路器的实现

变压器就近安装在装置变电所附近，将该变压器的瓦斯、油温等本体保护直接接到了低压侧的1台测控装置上面，由于距离高压侧断路器较远，不可能同时通过电缆将信号传输到变压器的远端侧，这样就给本体保护的实现带来了一定的困难。所以整定过程中我们项目上采用了直接联跳的方法。

实现方法:将变压器的本体保护以光隔输入的形式接入到低压侧的一台9618装置的输入中，当其中输入量置1的时候，在通讯数据中可以设置DTT标记。当收到这个信息后，远端的另外一台9618装置将启动一个用户指定的输出接点，可以用来跳远端侧的断路器。同时远端侧的保护装置会提供直接联跳的指示。

5．应用效果总结

线路变压器组保护配置方式，就是从简化继电保护和配电系统一次接线的角度出发，把变压器和供电线路看作一个整体考虑，省略了变压器高压侧断路器机器继电保护的中间环节，是一种简约的配供电系统接线方式，它的特点是简单简单、占地少、投资省、继电保护配置简单、设备维护量小。某石化公司建北变电站均为终端变电站，变电站设置2台主变压器，变压器低压侧采用单母线分段接线方式，当1台主变压器停运时，另一台变压器能通过低压侧分段断路器带全站负荷。随着通信技术的发展，以光纤差动保护为代表的保护装置能满足线路变压器组对保护配置的要求。

参考文献

1. 邹丰辉35kV线路变压器组接线变电站的电气设计及应用_《电世界》2012年第6期
2. 胡海金变电站线路变压器组接线方式探讨_《建筑电气》2018年第11期