引言：

在电力系统领域，继电保护是确保电网安全运行和设备保护至关重要的要素，特别是在大型变电站中，主变压器作为电力系统的关键设备之一，其保护尤为重要。本文以九降压站作为某国有钢铁企业电力网络的重要节点，负责承载大量负荷为例，指出了该站点220 kV、120 MVA主变压器及相关二次系统存在的技术问题，包括继电保护装置老化和二次回路混淆等问题。这些问题可能导致设备故障时未能及时进行跳闸和隔离，威胁到电网的安全性和可靠性。

1. 1 220 kV大型变压器保护及二次系统问题概述

针对九降压主变压器的保护系统存在的问题，目前采用老式南瑞LFP微机保护装置，其特征包括分离元件众多、使用寿命已过期、插件更换率高达30%，且缺乏备件供应。同时，该主变压器的运行时间较长，经历了多次一、二次设备及线路改动，同时存在直流混接、交流电流和电压回路的缺陷。此外，跳合闸控制回路插件板参数匹配不当，易导致线圈损坏，而双保护柜压板众多，存在误操作的风险。最后，主变电量保护与非电量保护共用跳闸出口，无法实现启动失灵的保护功能。这些问题对九降压站的电力系统稳定性和安全性构成潜在威胁。

2 技术改进及实施过程

2.1 220 kV主变保护系统选型和配置

由于220 kV主变保护系统在电压等级较高、系统安全稳定性要求较高的情况下运行，我们必须采用双重化配置以确保系统的可靠性。即，九降压站的220 kV、120 MVA大型主变压器保护系统需要配置两个完全独立的保护柜，分别为A柜和B柜，以实现双重化保护。我们选择了南瑞公司的PCS系列微机保护设备，并对A柜和B柜的具体配置进行了如下说明：

2.1.1 A保护柜配置

A保护柜包括以下组件：

· 南瑞PCS-978T2-G主变一体化微机保护：此设备集成了主变差动保护、差动速断主保护以及高中压侧电流、电压、方向、零序间隙等后备保护功能，为主变压器的电量保护提供全面的保护。

· 南瑞PCS-974A主变非电量微机保护：此设备包括本体瓦斯保护、有载瓦斯保护、压力释放等非电量保护功能，以确保主变压器的安全运行。

· 南瑞CZX-12G操作箱装置：此操作箱装置具备两组分相跳闸回路和一组分相合闸回路，用于控制变压器220 kV侧的断路器。保护装置及其他相关设备可通过操作继电器装置对断路器进行分合操作。

2.1.2 B保护柜配置

B保护柜包括以下组件：

· 南瑞PCS-978T2-G主变一体化微机保护：B保护柜的主变一体化微机保护配置与A保护柜相同，以实现双重化保护。

· 南瑞CJX-11操作箱装置：CJX-11操作箱装置包括两块操作回路插件和两块电压切换插件，用于不分相操作。它用于控制变压器110 kV侧的断路器1901开关，保护装置及其他相关设备可通过操作继电器装置对断路器进行分合操作。

· 南瑞PCS-9882以太网交换机：该以太网交换机适用于变电站综合自动化系统，最大支持4个千兆光口和24个百兆电口，具有高性能和快速传输能力。

2.2 交直流二次回路改进

2.2.1 交流电流回路改进

原始情况下，220 kV主变压器侧的电流互感器（CT）二次电流采样由2901汇控柜执行，其中A411和A421为A保护柜和B保护柜的电流回路。A411用于A柜和B柜的保护，而A421用于A柜和B柜的测量。这两组电流回路使用相同的电流采样，缺乏独立性，未实现电流回路的双重化（如图1所示）。

为改进电流采样回路，我们重新设计了电流采样回路，使A411电流回路连接至A保护柜，而A421电流回路连接至B保护柜，从而使主变压器A柜和B柜的电流采样独立，实现了电流回路的双重化（如图2所示）。

图1 原220 kV侧CT二次电流回路

图2 改进后的220 kV侧CT二次电流回路

2.2.2 交流电压回路改进

在110 kV系统中，PT二次电压回路由主控室的公共测控屏引出，然后分别连接至3#主变、1#主变和110 kV母差装置。然而，在原始配置中，一旦2#主变的电压回路中断，将导致1#主变、3#主变和110 kV母差装置的电压回路失效。为解决这一问题，我们对电压回路进行了改进，将引出电缆分别连接至3#主变保护屏、1#主变保护屏和110 kV母差保护屏，确保各单元的电压回路独立运行，从而消除了潜在的短路和断线隐患。

2.2.3 直流电源回路改进

A保护柜的CZX-12G操作箱装置用于控制220 kV侧的2901开关的跳合闸操作。原始配置中，其两套操作直流电源均来自A柜的总直流电源，通过两个直流开关（4K1和4K2）来区分。然而，这并未实现真正的双直流操作电源，而只是通过两个开关进行切换，存在单点故障风险。

通过改进，我们引入了B柜的直流电源，将A柜的4K2-1和4K2-3断开，将B柜引入的+KM和-KM接入，从而实现了直流操作电源的双重化，确保了系统的可靠性。

2.3 跳合闸控制回路插件板的参数匹配

在执行合跳开关的传动试验之前，我们需要对跳合闸回路的电流电阻进行计算和选择，以避免误操作和设备损坏。我们的CJX-11和CZX-12G设备可以实现操作回路中跳合闸电流的匹配，保持电流的整定采用跳线方式。如果没有跳线连接，保持电流为0.5 A；当所有跳线都连接时，保持电流为4 A。我们在装置设计时已经考虑了2倍的动作裕度，因此在现场进行电流整定时，只需按照实际跳合闸电流进行设置。

跳合闸保持电流的整定公式如下：

Ib = 0.5 + ∑I

其中，Ib是保持电流整定值，而∑I是各分流电阻上的电流值。根据跳合闸电流计算，我们将电阻R22、R23和R24进行了相应的调整。

2.4 双保护屏保护压板功能区分

九降压主变的两个保护屏共有81块保护压板，存在保护压板错投误操的风险。为了减少操作风险，我们对保护压板进行了功能区分，采用不同颜色标识不同功能。具体而言，启动压板和输入压板使用黄色，出口压板使用红色，其他及备用压板采用浅驼色。这样的设计提高了系统运行的可靠性。

2.5 改进跳闸出口实现220 kV开关失灵保护的启动功能

原始九降压主变的电量保护出口和非电量保护出口合并在一起，然而，电力行业规范规定非电量保护不得用于失灵保护。为解决这一问题，我们将主变压器的电量保护和非电量保护跳闸出口分开，从而实现了主变压器电量保护触发220 kV开关失灵保护的功能。这一改进提高了九降压站和整个太钢220 kV系统的稳定性，增强了系统对严重事故的抵御能力。窗体顶端

窗体底端

3 实施效果

经过项目改进实施后，九降压站的220 kV主变保护系统表现出卓越的性能，特点包括差动速断保护极快（动作时间<15毫秒）、跳闸出口接点容量从5 A升级到8 A，以及保护装置和二次回路的正确率达到100%。此外，成功实现了主变的双主双后备双重化保护功能，同时对220 kV和110 kV断路器的跳合闸回路参数进行了匹配，保障了跳合操作的正常性。改进还包括对保护压板的功能区分，以降低误操作的风险，并改进了跳闸出口，增加了失灵启动功能的完善。

4 结语

综上所述，通过对九降压站220 kV主变保护系统的一系列改进措施的成功实施，我们有效提高了系统的稳定性和可靠性，同时消除了主变保护装置损坏率高、二次回路错误接线和混接等方面的重大隐患。这些改进不仅避免了恶性事故的发生，如电网一半负荷失电和变压器损坏，还在电力行业和钢铁行业老式220 kV大型主变压器保护系统的改造升级方面积累了宝贵的经验。

参考文献：

[1] 电力系统微机保护[M]. 赵建文;;付周兴.机械工业出版社.2016

[2] 电力系统自动装置原理[M]. 杨冠城, 主编.中国电力出版社.2012

[3] 继电保护工[M]. 丁毓山,金开宇等编.中国水利水电出版社.2003