沙角C电厂主变压器后备保护及其应用

刘兴华

（沙角C电厂，广东东莞523908）

    摘　要：沙角C电厂716 MVA主变压器后备保护采用瑞士ABB公司的LZ92－1型静态距离保护，为此，介绍了LZ92－1型静态距离保护装置的设计特点、各组件单元及其阻抗特性，分析了该套保护在实际运行中出现的一些问题。通过一系列的整改措施后，基本消除了保护误动的隐患，有利于广东500 kV系统的安全稳定运行。
    关键词：静态距离保护；设计特点；阻抗特性；整改措施

　　沙角C电厂716 MVA主变压器（以下简称主变）后备保护采用瑞士ABB公司的LZ92－1型静态距离保护，作为主变高、低压侧绕组及高压侧500kV充油电缆、高压母线发生相间或接地短路时的后备保护，保护正方向为从500 kV母线指向主变。该保护设计为快速距离保护，主要应用于中压系统的架空线或电缆线路，保护区所在系统可以直接接地、不接地或经阻抗接地。C厂3台主变后备保护自1995年3月陆续投运以来，由于主变从未发生过故障，故其动作机会很少，只有1号主变后备保护动作了一次，揭示了该型保护在实际运行中存在的问题和注意事项。

1　LZ92－1型保护装置简介
1．1　采用标准化设计
　　整套保护由7块标准的模块插件组成，组装于两层标准的48 cm电子设备机架中，方便各功能模块的定值整定及保护的故障查找和故障模块更换。
1．2　采用数字化定值
　　a）保护所有定值数字化，通过拨轮开关和双位置开关整定；
　　b）数字计时器回路以石英振子为基准，保证跳闸延时具有高度精确性；
　　c）每一距离区段都有完全独立的定值，定值范围广，精度高。
1．3　交流参量测定方便
　　保护前面板有8个测试插孔，可测量重要的交流参量，如TV电压和TA电流等，使保护的带负荷试验和方向性检查简单易行。
1．4　可快速进行保护的定性试验、定量试验和传动试验
　　a）利用保护前面板上的试验按钮可模拟系统发生各种故障进行定性试验，以检验保护的逻辑回
  　b）保护配置了试验模块，简化了定量试验时的繁琐接线，一旦试验插头插入试验模块中，还能可靠隔离保护的跳闸出口回路，有效地防止保护试验时误动跳机；
　　c）保护前面板配有做开关跳闸传动试验的动作装置，可方便地测定保护和开关的整组动作时间。
1．5　采用低阻抗启动方式
　　由于采用低阻抗启动特性圆，使得LZ92－1能应用于正常负荷时的最小故障电流小于峰值负荷时的最大负荷电流的情况，大大拓展了保护适应500kV系统运行方式及其特殊性的能力。
1．6　测量单元采用多边形阻抗特性
　　由于要求主变后备保护具有良好的方向性，同时在高接地过渡电阻故障时能提供改进了的测量性能，LZ92－1测量单元采用了多边形阻抗特性，如图1所示。

　　该测量特性配上零序电流检测器可检测所有相间及接地故障，它由以下三部分组成：
    a）电抗线阻抗元件
　　为了能更好地躲过过渡电阻的影响及防止保护超越误动，电抗线阻抗元件（直线AB）相对于水平R轴的下倾角α取5°。
    b）电阻线阻抗元件
　　电阻线阻抗元件（直线BC）要求能躲过最低负荷阻抗，同时考虑到被保护区域末端短路时能躲过过渡电阻的影响，直线BC与AB的夹角取90°。
    c）方向性阻抗元件
　　折线AOC部分为方向性阻抗元件，为了保证在保护安装处母线附近经过渡电阻短路时，保护能可靠动作，直线OC相对于水平R轴的下倾角约为30°；为使保护区段内金属性短路时，保护能可靠动作，直线OA相对于X轴的夹角约为25°。
1．7　保护工作方式的可靠性及安全性高
　　所有故障保护只用一套测量系统，保护配有3个低阻抗启动继电器和1个检测接地故障的零序电流检测器共同连接到启动回路，启动器选择合适的故障参量，通过静态开关发送至具有多边形阻抗特性的方向距离测量系统，由测量系统判断测量阻抗是否位于整定区段内，从而决定保护动作与否；每一整定区段的定值可以完全独立整定，区段的定值切换通过石英振子控制的计时器以时段来切换。
2　C厂主变后备保护的构成
　　主变后备保护LZ92－1的构成如表1所示。

　　综上所述，5月2日C厂1号主变后备保护（LZ92－1）误动是因沙江甲线故障，LZ92－1的测量阻抗进入其无方向性启动特性圆，此时手动合闸后加速回路因1根电缆芯绝缘不良而处于动作状态，按照主变后备保护的动作逻辑设置，手动合闸时只要启动特性圆动作，LZ92－1即无延时出口跳闸。
　　由此看来，手动合闸后加速继电器启动电压过低，只为220 V（DC）的13％，不符合部颁反事故措施要求的应高于50％的规定，而ABB该种型号的保护已停止生产，想要改变手动合闸后加速继电器的启动值十分困难；加之传送手动合闸后加速信号的电缆长约1．5 k m，其穿越的环境十分复杂，一旦电缆芯线绝缘不良，造成手动合闸后加速回路处于不稳定的导通状态，而现场又无控制电缆绝缘监测装置，故保护无法发出异常信号，此时如果系统发生反方向故障致使无方向性的启动特性圆动作的话，势必误跳主变及发电机。考虑到C厂发电机带有出口开关，即使机组停运或检修，C厂3台主变仍经常在运行，仅在主变停运后恢复运行，即机组大、小修后恢复主变倒送电，同时500 kV充油电缆或主变存在故障，或有接地点未断开，500kV GIS断路器处于手动合闸状态时，此后加速功能才起作用，但这种机会一年才有一、两次。而且此时尚有多套保护起作用，包括两套T区保护，主变后备保护的Ⅱ段、Ⅲ段、Ⅳ段，两套主变差动保护，主变零序差动保护及零序过电流保护，两套19 k V封闭母线接地保护等。所以，退出主变后备保护的手动合闸后加速功能，尚有其他的保护起作用，且能有效防止它再次发生类似的误动跳机，有利于广东500 kV系统的安全稳定运行。经C厂总工部、运行部、维修部和技术顾问小组共同商议，同意退出3台主变后备保护的手动合闸后加速功能。保护目前运行情况良好。
4．2　保护的整定值有欠稳妥
　　因LZ92－1是采用比方波的原理进行阻抗测量的，一旦有丢方波的情况发生，保护的Ⅰ段极有可能误动出口；在广东，就发生过采用相同比方波原理的ABB快速保护装置LR91因测量系统丢方波而致使保护误动的情况；另外，LZ92－1作为后备保护，在其保护区内配有多套快速主保护，为防止其误动跳机，Ⅰ段可予以闭锁；同时考虑到大型发电机－变压器组应该遵循“加强主保护，简化后备保护”的具体做法，C厂主变没有必要采用快速后备保护。经相关各部门共同商议，认为C厂主变后备保护覆盖的一次设备现已配备双重化的主保护，所以主变可不采纳快速后备保护，即退出主变后备保护的Ⅰ段。此措施已与4．1项同时执行。
4．3　保护没有采取安全可靠的屏蔽措施
　　GECALSTOM总包集团在对LZ92－1的设计中未采用屏蔽电缆，在我方一再要求之下，总包集团在电缆两端采取了相应的屏蔽措施，但还未完全满足部颁反事故措施的要求，此项应在日后保护装置的改造工作中逐步完成。
5　结束语
　　经过对C厂主变后备保护存在问题的整改，基本消除了保护误动的隐患，对广东500 k V系统的安全稳定运行大有裨益。同时，我们应不断积累保护的运行和检修经验，为日后保护装置的更新改造打下坚实的基础。