一种针对变电站远距离供电的220kV等级变压器保护方法
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大唐黄岛发电有限责任公司的研究人员刘玉涛，在2017年第4期《电气技术》杂志上撰文，针对一种远距离供电的变压器接线，为了避免差动保护电流回路二次接线距离较长导致的回路易受干扰，电力互感器负载过大、选型困难问题，提出了“线路光纤差动+变压器差动”保护方法，论述了这种保护方法的原理及实现，并设计了相关回路的连接与配合。
黄岛电厂位于青岛市黄岛区，供电范围主要为青岛市。根据最新电厂、电网发展形势，黄岛电厂内新建220kV新升压站，将电厂#3、#5、#6 机组及所有的6 回220kV 出线以及#3机组的备用电源#02高备变，#5、#6 机组的备用电源#03高备变等设备均由220kV老升压站改接进220kV新升压站，由此导致两台高备变高压侧电缆供电距离变长，达1.5kM。而与之配套的常规变压器差动保护将会因二次接线过长，使得电流互感器负载过大，选型困难。
本文提出了一种“线路光纤差动+变压器差动”的保护方法，很好地解决了这个问题。
1 问题的出现
受厂区场地限制，黄岛电厂220kV新升压站址选在220kV线路出线龙门架附近，而#02高备变、#03高备变位于老厂内，距离220kV新升压站达1.5kM。如图1所示
图1 黄岛电厂220kV新升压站电气主接线图
一般地，常规保护方案如图2所示，变压器的高低压侧电流、电压回路、跳合闸回路采用常规二次电缆连接。
图2实施例的电厂常规保护方案示意图
这种方案存在的问题：变压器高压侧电缆供电距离较长导致对侧的CT二次电缆距离长，负载大，导致CT二次负载超过额定容量，造成CT选型困难；而且二次跳合闸回路过长易受超高压、雷电、电磁干扰，二次电缆绝缘存在隐患以及由此造成误合、误跳的风险。
2 解决方案
2.1 方案的提出
为了解决上述问题，提出了一种针对变电站远距离供电的220kV等级变压器的保护方法，如图3所示。
图3实施例的电厂新的保护方案的示意图
采用光纤纵差保护作为变压器高压侧至220kV GIS开关之间的1.5公里高压电缆的主保护，替代常规变压器差动保护作为变压器及1.5公里高压电缆的主保护的方案，变压器差动保护只是保护变压器本体高压侧套管至变压器低压侧出线开关。
2.2方案的保护配置
在220kV新升压站侧保护室配置两套220kV光纤纵差保护，与220kV母线保护的保护区形成交叉保护。
在#02启备变变压器本体附近修建保护小室，放置220kV光纤纵差保护柜、变压器保护柜，保护双重化配置。220kV光纤纵差保护作为短引线保护与变电站侧光纤纵差保护互为配合，同时与变压器差动保护形成交叉保护。
2.3 方案的实施
本实施例选用南瑞继保PCS－931L光纤差动保护。
PCS-931L光纤差动保护装置采样得到远跳开入为高电平时，经过专门的互补校验处理，作为开关量，连同电流采样数据及CRC校验码等，打包为完整的一帧信息，通过数字通道，传送给对侧保护装置。对侧装置每收到一帧信息，都要经过CRC校验，经过CRC校验后再单独对开关量进行互补校验。
只有通过上述校验后，并且连续三次确认后，才认为收到的远跳信号是可靠的。收到经校验确认的远跳信号后，若整定控制字“远跳经启动闭锁”整定为“0”，则无条件置三跳出口，启动失灵出口，同时闭锁重合闸；若整定为“1”，则需本装置启动才出口。
PCS-931L光纤差动保护装置配置有远跳1和远跳2远方跳闸开入，并配置YT1(收远跳1)、YT2收（远跳2）开出节点。当收远跳1、远跳2满足出口条件时，相应开出节点动作。
PCS-931L光纤差动保护装置配置远传1、远传2、远传3的开入节点。同远跳一样，装置也借助数字通道分别传送远传1、远传2、远传3。区别在于接收到对侧远传信号后，并不作用于本装置的跳闸出口，而只是如实的将对侧装置的开入节点状态反映到对应的开出节点上。
基于PCS-931L光纤差动保护装置的上述远跳、远传功能，本保护方案利用了PCS-931L光纤差动保护装置的“远跳”功能实现了变压器保护动作后失灵启动及保护跳闸、利用PCS-931L光纤差动保护装置的“远传”功能实现了变压器保护动作后给失灵保护的失灵解复压闭锁、以及实现了非电量保护的远方跳闸，替代了常规二次电缆的对上述功能的电气量传输。
图4实施例的变压器侧光差保护远跳及远传开入示意图
图5实施例的220kV升压站保护室光差保护动作出口示意图
2.4 保护装置之间的配合
1）断路器失灵保护
若变压器保护动作（不含非电量保护），变压器保护高压侧跳闸出口接到变压器侧PCS-931L远跳回路，变电站侧PCS-931L跳闸出口去跳高压开关，还有变电站侧PCS-931L远跳启动失灵出口接到母差保护失灵启动回路。
变压器保护解除失灵复压闭锁出口接入变压器侧PCS-931L远传回路1，变电站侧PCS-931L远传收信出口1接到母差保护解除失灵复压闭锁回路。远跳和远传的结合利用实现了变压器故障时母差保护的启动问题，并最终由母线保护实现了断路器失灵保护。
若短引线保护动作，变电站侧PCS-931L光差保护动作出口直跳高压开关，失灵出口接入母差保护失灵启动回路，并最终由母线保护实现了断路器失灵保护。
2）变压器非电量保护的动作行为
变压器内部故障，变压器非电量保护动作，把非电量(瓦斯)保护经非电量装置保护出口接到变压器侧PCS-931L远传回路2，变电站侧PCS-931L远传收信出口2直接接到GIS开关操作箱不启失灵TJF跳闸回路。达到了非电量保护跳闸不启动失灵保护的反措要求。
3）变压器高低压侧开关跳闸动作
若变压器保护动作（不含非电量保护）高压侧跳闸出口接到变压器侧PCS-931L远跳回路，变电站侧PCS-931L远跳出口跳高压开关。变压器保护动作（含非电量保护）低压侧跳闸出口直接接到低压侧相关开关跳闸回路。若短引线保护动作，变压器侧PCS-931L光差保护动作出口接到低压侧相关开关跳闸回路，变电站侧PCS-931L光差保护动作出口直跳高压开关。
3 实施的效果
3.1 方案的优点
220kV光纤纵差保护装置直接采用光纤纤芯通信，省却了其他环节，其抗电信号干扰能力突出，故障概率低，光纤通道连接简单方便，光纤保护利用光纤通道进行数据交换，可以交换两侧电流数据，也可以交换开关量信息，实现一些辅助功能，其中就包括远跳、远传功能。
本保护方案就是很好的利用了220kV光纤纵差保护装置的远跳、远传功能，针对远距离供电的变压器接线形式，成功实施了“线路光纤差动+变压器差动”的保护方法。
3.2 运行情况
本方案于2015年10月20日完成，运行情况良好、动作可靠。其中2016年5月15日04时40分，02号高备变“重瓦斯”保护动作跳闸。经查：连接瓦斯继电器二次回路绝缘有损伤，干燥天气时检测正常，因下雨导致二次回路损坏处绝缘破坏，导致保护误动。虽是误动，但保护动作行为为正确动作，说明本保护方案还是安全可靠的。
4 结语
对于远距离供电的变压器，采用“线路光纤差动+变压器差动”保护方法是可行的。利用220kV光纤差动保护中的“远跳”功能实现了变压器保护动作后失灵启动及保护跳闸。利用“远传”功能实现了变压器保护动作后给失灵保护的失灵解复压闭锁以及实现非电量保护的远方跳闸。
利用220kV光纤差动保护的通信链路所具有的对电场绝缘、频带宽和衰耗低等独特优势，解决了常规保护CT选型困难、易受干扰等问题。本方案在黄岛厂的应用，为远距离供电变压器提供了一种安全可靠、值得推广的新途径。