主变开关运行时保护配置对系统安全的影响

       在中性点直接接地的高压电网中，电力主变压器开关有时因机构故障等异常必须退出系统运行，为了保证变压器连续供电，通常采用旁路开关代主变开关运行。但是，由于在此期间，旁路开关保护通常退出运行，给电网稳定运行带来安全隐患。

1 大型主变及旁路回路电流互感器(CT)及保护的配置情况
　　为便于阐述接线原理，现将各CT的编号及线圈简单化，只列出代表编号，下面说明其功能。
(1) 1LH(主变开关CT)主要用于变压器差动保护、零序方向保护、母差保护、计量等；
(2) 2LH(主变套管CT)主要用于变压器差动、方向过流、零序过流保护及功率、电流测量；
(3) 3LH(旁路开关CT)主要用于母差保护及线路(距离、零序、高频)保护。

　　2 当前配置存在的问题

　　2.1 旁路代主变开关运行时，保护的运行情况

　　实际工作中，当用旁路开关代主变开关运行时，由于主变保护接线原理的特殊性，必须仍采用主变本保护，而不使用旁路开关的保护装置。但随着运行方式的变化，实际上主变保护装置的保护范围及配置也发生了相应的变化，主要表现在：
(1) 主变开关被代侧零序方向保护停用；
(2) 母差保护电流回路由1LH转移至3LH；
(3) 主变差动保护电流回路由1LH转移至2LH。

　　其中第2点是由接线原理自动实现，而第3点则需由人工切换完成，且切换过程中需退出主变差动保护，差动保护的范围也相应缩小。

　　2.2 故障时保护动作情况

(1) 当主变开关被代侧套管至旁路开关CT引线间发生故障时(故障点见图1)，经分析可知，短路点处于主变差动保护的盲区，故障点已不在其范围之内。因此，主变差动保护无法将该故障点切除。
(2) 由于故障点也在母差保护的范围之外，故母差保护也不能动作切除故障点。
(3) 故障产生的短路电流本可以使旁路保护动作，切除故障。但由于一般做法是将旁路开关距离、零序保护退出(投信号，保护跳闸出口压板断开)，故无法实现瞬时跳闸，此时故障点切除只能依靠该变电站对侧线路保护后备段动作，造成本所部分母线或全站失压。
(4) 由于故障持续时间取决于最后跳闸的对侧电源开关，所以故障切除时间显然较长，需1～4 s甚至更长时间，很难满足系统稳定性的要求，很可能会造成系统瓦解和重大电气设备损坏事故。
(5) 主变起动失灵保护在主变开关运行时，由于考虑主变范围故障几率较低(引线短且主变开关拒动可能性较小)，许多运行单位都将该压板退出甚至取消。因此，部分单位人员对于旁路代主变开关运行时，也将旁路开关启动失灵保护退出。通过分析，笔者认为在当前这种保护方式下运行，该压板(失灵保护)投入运行是很有意义的。但是仅依靠这一点来补救和防范仍然十分薄弱，而且仍然会造成事故停电范围扩大。

3 保护的改进方法

　　3.1 重新整定距离及零序保护

　　使旁路的距离、零序保护在旁路代主变开关的运行方式下，不退出运行，是解决该问题的有效方法之一。这可通过适当的整定计算将此范围列入保护区，具体整定可按下列方法进行(为了保证保护能正确动作，被代侧变压器中性点应保证接地)：

(1) 距离保护的整定[1]
　　距离Ⅰ段：阻抗元件定值按照变压器阻抗被代侧归算值的50%整定，不延伸出变压器其它侧；
　　距离Ⅱ段：阻抗元件按照变压器在其它非代路侧的母线发生短路时的条件整定，并且使阻抗元件有1.5的灵敏系数，时间元件与变压器后备保护时间配合。

(2) 零序保护的整定[1]
　　方向是否投入按保护变压器方式设定，零序Ⅰ段不伸出变压器其它侧。
　　因变压器阻抗比旁路开关CT至变压器套管CT间的引线阻抗大的多，作为变压器电源侧按上述方法整定可以保证故障发生时旁路保护的灵敏性和选择性。而且旁路零序、距离Ⅰ、Ⅱ段保护不存在越级危险，也不影响电网原定值的配合，加上旁路保护的微机化，使保护定值现场更改十分方便，运行人员完全可以自己进行更改。

　　3.2 选取有专用线圈的旁路开关CT

　　假使选取的旁路开关CT有一组能满足变压器差动保护运行特性要求的专用线圈，只要将该专用线圈接成差动保护需要的三角形(晶体管保护)即可解决上述问题(套管CT差动线圈短接退出)，是一种可行的方案。
图2 差动保护CT公共回路

　　3.3 采用新型的微机主变保护装置

　　近来一种新型的主变微机保护推出——无论变压器一次绕组接线组别如何配置，统一将用于变压器差动保护的CT接成星型(角度差，通过微机保护内部处理)。那么只要旁路开关有一组CT线圈能够满足主变差动保护的使用要求，就可以解决旁路代主变运行时的保护盲区问题，不仅简化了接线，甚至倒闸操作过程　中都无须退出变压器差动保护(如图2)，这一要求只要旁路CT设计选型时注意即可实现。其操作方法为：

(1) 201开关正常运行时：1SD引接，2SD短接(1SD、2SD均为双投双层端子)；
(2) 241开关代201开关运行：24　1开关对旁母充电正常后断开，引接2SD，合上241开关，断开201开关，短接1SD；
(3) 201开关倒回本开关运行，241开关停电：引接1SD，合上201开关，断开241开关，短接2SD。