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摘 要：继电保护装置是电力系统自动化的重要组成部分，是保证电力系统安全运行的重要措施之一。本文主要研究的是地区性水电厂电力系统的元件保护，即针对35KV水电厂的运行特点及相关规程提出完善的元件保护方案。首先，本文分别描述了电力变压器的主要故障类型及不正常运行状态，并针对各种故障及不正常运行状态配置了相应的保护；其次，在保护选型方面，基于微机保护的种种优点，根据可靠性、选择性、灵敏性、速动性的要求，选择合适的微机保护装置。
关键词：微机保护 电力变压器 配置原则 主保护
一、电力变压器微机继电保护的特点
研究变压器保护，首先就要分析变压器可能发生的故障和异常情况。电力变压器本体一般没有旋转设备，运行起来比较可靠，故障机会较少；但是变压器是连续运行的，停电机会很少，而且绝大部分安装在室外，受自然环境条件的影响较大。另外，变压器时刻受到外接负荷的影响，特别是受电力系统短路故障的威胁较大。因此，变压器在实际运行中有可能发生各种类型的故障和不正常运行情况。针对变压器的各种故障和不正常运行情况，电力变压器保护配置的一般原则简述如下：
1.0.8MVA及以上油浸式变压器和0.4MVA及以上车间内油浸式变压器，均应装设气体保护。带负荷调压的油浸式变压器的调压装置亦应装设瓦斯保护。
2. 对变压器引出线、套管及内部的短路故障，应按下列规定，装设相应的保护作为主保护。保护瞬时动作于断开变压器的各侧断路器。
（1）对6.3MVA以下厂用工作变压器和并列运行的变压器，以及10MVA以下厂用备用变压器和单独运行的变压器，当后备保护时限大于0.5s时，应装设电流速断保护。
（2）对6.3MVA及以上厂用工作变压器和并列运行的变压器，10MVA以下厂用备用变压器和单独运行的变压器，以及2MVA及以上用电流速断保护灵敏性不符合要求的变压器，应装设纵联差动保护。
（3）对于发电机变压器组，当发电机与变压器之间没有断路器时按发电机变压器组的处理方法执行。
3. 纵联差动保护应符合下列要求：
（1）应躲过变压器励磁涌流和外部短路产生的不平衡电流。
（2）应在变压器过励磁是不误动。
（3）差动保护范围应包括变压器套管及起引出线。
4. 对由外部相间短路引起的变压器过流，应按下列规定装设相应的保护作为后备保护。保护动作后，应带时限动作于跳闸。
（1）过电流保护宜用于降压变压器，保护整定值应考虑事故时可能出现的过负荷。
（2）复合电压（包括负序电压及线电压）起动的过电流保护，宜用于220KV及以下升压变压器、系统联络变压器和过电流保护不符合灵敏性要求的降压变压器，高、中、低三侧均可装设。
（3）负序电流和单相式低压起动的过电流保护，可用于63MVA及以上升压变压器。
（4）当采用复合电压起动过电流保护及负序电流和单相式低压过电流保护不能满足灵敏性和选择性要求时，可采用阻抗保护。
5. 一次电压为10KV及以下，绕组为星形—星形连接，低压侧中性点接地的变压器，对低压侧单相接地短路应装设下列保护之一：
（1）接在低压侧中性线上的零序电流保护。
（2）利用高压侧的过电流保护，保护宜采用三相式，以提高灵敏性。
6. 0.4MVA及以上变压器，当数台并列或单独运行，并作为其他负荷的备用电源时，应根据可能过负荷的情况，装设过负荷保护。对自耦变压器和多绕组变压器，保护应能反应公共绕组及各侧过负荷的情况。
7. 对变压器温度及油箱内压力升高和冷却系统故障，应按现行电力变压器标准的要求，装设可作用于信号和动作于跳闸的装置。
二、35KV水电厂主变压器微机保护的配置
根据以上所介绍的变压器保护功能配置的一般原则，对35KV水电厂电力系统的主变压器配置如下的保护：
1. 主保护配置
（1）比率制动式差动保护。由于中压电力系统主变压器容量不大，通常采用二次谐波闭锁原理的比率制动差动保护。
（2）差动速断保护。
（3）非电量保护（瓦斯保护）。
2. 后备保护配置
（1）三段复合电压闭锁过电流保护。Ⅰ段动作跳本侧分段断路器，Ⅱ段动作跳本侧断路器，Ⅲ段动作跳开两侧断路器。
（2）过负荷保护。
（3）TV断线保护。
（4）低压侧接地保护。
三、水电厂主变压器微机保护装置的选择
1. 变压器微机保护装置的现状
目前，国内外生产变压器微机保护的厂家很多，就主保护而言，国外保护装置基本是以二次谐波制动为主的比率差动保护，而国内则以二次谐波制动和间断角两种原理为主导，以波形对称原理为补充的格局正在形成。
国内外微机保护装置主要分为下述两类：
（1） 变压器微机保护装置同时实现变压器的主保护和后备保护
这类变压器微机保护装置主要针对中、低压变压器（110KV以下）。分为引进装置和国产装置两类。
（2） 只实现变压器的主保护，同时采用独立的变压器后备保护
目前国内外大部分的变压器保护装置均采用此种方式，这类变压器微机保护装置国外以德国西门子公司的微机保护为代表，国内生产厂家以国电南京自动化股份有限公司、电力自动化研究院、北京四方公司、许昌继电器厂为代表。
2. 本保护方案微机保护装置的选择
为了实现以上所述的保护功能，本方案选用国电南京自动化股份有限公司生产的WBZ—500H型微机变压器保护装置。WBZ—500H型微机变压器保护是在WBZ—500基础上发展起来的新一代微机变压器保护。装置采用背插式机箱结构和多CPU技术，在保持WBZ—500原有成熟的保护原理及算法的基础上，大大提高了保护的处理速度和抗干扰能力。本保护吸取WBZ—500型保护多年的运行经验，设计合理、实用性强。WBZ—500微机变压器保护获2000年度国家科技进步二等奖。
本装置适用于500KV及以下各电压等级的各类型变压器保护，整套装置由差动保护、后备保护、非电量保护三个单元组成。既可以差动保护、后备保护分别独立机箱处理，也可差动保护、后备保护分别共机箱（主后一体）处理，配置非常灵活，各单元在电气和结构上相对独立，必需联接处均经光电隔离。各保护功能均由软件实现。
装置特点：
·采用大屏幕液晶显示，人机界面全部汉化，采用菜单式命令，可显示15×8个汉字，八键操作，操作异常简单。
·显示、打印采用单独的CPU控制，主CPU只进行保护运算，提高了主CPU的运算处理速度，显示与主机采用代码通讯，提高了显示速度。
·跳闸方式可由控制字整定，方便灵活。
·保护配置灵活，可以通过控制字和压板投退保护。压板投退均输出报告。
·整定值（除个别控制字外）均采用十进制显示，操作简单快捷、直观，精度高、范围广。整定值一经整定便复制三份永久保存，上电时以三取二方式自我校核，直至下次被修改。正常运行时，对整定值将不时的检查，确保无误。
·采用相电流突变量和零序电流稳态量启动方式，灵敏度高，抗干扰能力强。
·后备保护配置全面，拥有完善稳定的软件继电器库，保护功能可通过对各继电器库的调用方便准确的组合。
·带电池保持的存储器和时钟，可保持10份带录波数据的报告、事件，且最近一次跳闸报告不允许被非跳闸报告冲掉。
·通讯方式灵活选择，可采用RS232/RS485/RS422口或以太网与变电站综合自动化系统配合，可实现远方定值修改，事件记录上传，扰动数据上传等。
·装置采用背插式结构和特殊的屏蔽措施，能通过IEC-255-22-4标准规定的Ⅳ级（4KV±10%）快速瞬变干扰试验、IEC255-22-2标准规定的Ⅳ级（空间放电15KV，接触放电8KV）静电放电试验，装置具有高可靠度。
以上就是针对35KV水电厂主变压器的选择和配置。以前，35KV及以下电压等级一般未装设完善的元件保护，而且专门用于35KV及以下电压等级的微机保护装置少之又少，由此而造成了很大的社会影响和经济损失。因此，研究中低压网络的元件保护，对于设备的安全、系统的稳定是至关重要的。
关键词：微机保护 电力变压器 配置原则 主保护
一、电力变压器微机继电保护的特点
研究变压器保护，首先就要分析变压器可能发生的故障和异常情况。电力变压器本体一般没有旋转设备，运行起来比较可靠，故障机会较少；但是变压器是连续运行的，停电机会很少，而且绝大部分安装在室外，受自然环境条件的影响较大。另外，变压器时刻受到外接负荷的影响，特别是受电力系统短路故障的威胁较大。因此，变压器在实际运行中有可能发生各种类型的故障和不正常运行情况。针对变压器的各种故障和不正常运行情况，电力变压器保护配置的一般原则简述如下：
1.0.8MVA及以上油浸式变压器和0.4MVA及以上车间内油浸式变压器，均应装设气体保护。带负荷调压的油浸式变压器的调压装置亦应装设瓦斯保护。
2. 对变压器引出线、套管及内部的短路故障，应按下列规定，装设相应的保护作为主保护。保护瞬时动作于断开变压器的各侧断路器。
（1）对6.3MVA以下厂用工作变压器和并列运行的变压器，以及10MVA以下厂用备用变压器和单独运行的变压器，当后备保护时限大于0.5s时，应装设电流速断保护。
（2）对6.3MVA及以上厂用工作变压器和并列运行的变压器，10MVA以下厂用备用变压器和单独运行的变压器，以及2MVA及以上用电流速断保护灵敏性不符合要求的变压器，应装设纵联差动保护。
（3）对于发电机变压器组，当发电机与变压器之间没有断路器时按发电机变压器组的处理方法执行。
3. 纵联差动保护应符合下列要求：
（1）应躲过变压器励磁涌流和外部短路产生的不平衡电流。
（2）应在变压器过励磁是不误动。
（3）差动保护范围应包括变压器套管及起引出线。
4. 对由外部相间短路引起的变压器过流，应按下列规定装设相应的保护作为后备保护。保护动作后，应带时限动作于跳闸。
（1）过电流保护宜用于降压变压器，保护整定值应考虑事故时可能出现的过负荷。
（2）复合电压（包括负序电压及线电压）起动的过电流保护，宜用于220KV及以下升压变压器、系统联络变压器和过电流保护不符合灵敏性要求的降压变压器，高、中、低三侧均可装设。
（3）负序电流和单相式低压起动的过电流保护，可用于63MVA及以上升压变压器。
（4）当采用复合电压起动过电流保护及负序电流和单相式低压过电流保护不能满足灵敏性和选择性要求时，可采用阻抗保护。
5. 一次电压为10KV及以下，绕组为星形—星形连接，低压侧中性点接地的变压器，对低压侧单相接地短路应装设下列保护之一：
（1）接在低压侧中性线上的零序电流保护。
（2）利用高压侧的过电流保护，保护宜采用三相式，以提高灵敏性。
6. 0.4MVA及以上变压器，当数台并列或单独运行，并作为其他负荷的备用电源时，应根据可能过负荷的情况，装设过负荷保护。对自耦变压器和多绕组变压器，保护应能反应公共绕组及各侧过负荷的情况。
7. 对变压器温度及油箱内压力升高和冷却系统故障，应按现行电力变压器标准的要求，装设可作用于信号和动作于跳闸的装置。
二、35KV水电厂主变压器微机保护的配置
根据以上所介绍的变压器保护功能配置的一般原则，对35KV水电厂电力系统的主变压器配置如下的保护：
1. 主保护配置
（1）比率制动式差动保护。由于中压电力系统主变压器容量不大，通常采用二次谐波闭锁原理的比率制动差动保护。
（2）差动速断保护。
（3）非电量保护（瓦斯保护）。
2. 后备保护配置
（1）三段复合电压闭锁过电流保护。Ⅰ段动作跳本侧分段断路器，Ⅱ段动作跳本侧断路器，Ⅲ段动作跳开两侧断路器。
（2）过负荷保护。
（3）TV断线保护。
（4）低压侧接地保护。
三、水电厂主变压器微机保护装置的选择
1. 变压器微机保护装置的现状
目前，国内外生产变压器微机保护的厂家很多，就主保护而言，国外保护装置基本是以二次谐波制动为主的比率差动保护，而国内则以二次谐波制动和间断角两种原理为主导，以波形对称原理为补充的格局正在形成。
国内外微机保护装置主要分为下述两类：
（1） 变压器微机保护装置同时实现变压器的主保护和后备保护
这类变压器微机保护装置主要针对中、低压变压器（110KV以下）。分为引进装置和国产装置两类。
（2） 只实现变压器的主保护，同时采用独立的变压器后备保护
目前国内外大部分的变压器保护装置均采用此种方式，这类变压器微机保护装置国外以德国西门子公司的微机保护为代表，国内生产厂家以国电南京自动化股份有限公司、电力自动化研究院、北京四方公司、许昌继电器厂为代表。
2. 本保护方案微机保护装置的选择
为了实现以上所述的保护功能，本方案选用国电南京自动化股份有限公司生产的WBZ—500H型微机变压器保护装置。WBZ—500H型微机变压器保护是在WBZ—500基础上发展起来的新一代微机变压器保护。装置采用背插式机箱结构和多CPU技术，在保持WBZ—500原有成熟的保护原理及算法的基础上，大大提高了保护的处理速度和抗干扰能力。本保护吸取WBZ—500型保护多年的运行经验，设计合理、实用性强。WBZ—500微机变压器保护获2000年度国家科技进步二等奖。
本装置适用于500KV及以下各电压等级的各类型变压器保护，整套装置由差动保护、后备保护、非电量保护三个单元组成。既可以差动保护、后备保护分别独立机箱处理，也可差动保护、后备保护分别共机箱（主后一体）处理，配置非常灵活，各单元在电气和结构上相对独立，必需联接处均经光电隔离。各保护功能均由软件实现。
装置特点：
·采用大屏幕液晶显示，人机界面全部汉化，采用菜单式命令，可显示15×8个汉字，八键操作，操作异常简单。
·显示、打印采用单独的CPU控制，主CPU只进行保护运算，提高了主CPU的运算处理速度，显示与主机采用代码通讯，提高了显示速度。
·跳闸方式可由控制字整定，方便灵活。
·保护配置灵活，可以通过控制字和压板投退保护。压板投退均输出报告。
·整定值（除个别控制字外）均采用十进制显示，操作简单快捷、直观，精度高、范围广。整定值一经整定便复制三份永久保存，上电时以三取二方式自我校核，直至下次被修改。正常运行时，对整定值将不时的检查，确保无误。
·采用相电流突变量和零序电流稳态量启动方式，灵敏度高，抗干扰能力强。
·后备保护配置全面，拥有完善稳定的软件继电器库，保护功能可通过对各继电器库的调用方便准确的组合。
·带电池保持的存储器和时钟，可保持10份带录波数据的报告、事件，且最近一次跳闸报告不允许被非跳闸报告冲掉。
·通讯方式灵活选择，可采用RS232/RS485/RS422口或以太网与变电站综合自动化系统配合，可实现远方定值修改，事件记录上传，扰动数据上传等。
·装置采用背插式结构和特殊的屏蔽措施，能通过IEC-255-22-4标准规定的Ⅳ级（4KV±10%）快速瞬变干扰试验、IEC255-22-2标准规定的Ⅳ级（空间放电15KV，接触放电8KV）静电放电试验，装置具有高可靠度。
以上就是针对35KV水电厂主变压器的选择和配置。以前，35KV及以下电压等级一般未装设完善的元件保护，而且专门用于35KV及以下电压等级的微机保护装置少之又少，由此而造成了很大的社会影响和经济损失。因此，研究中低压网络的元件保护，对于设备的安全、系统的稳定是至关重要的。