1、什么是单元接线？所谓的单元接线就是一台发电机对应一台主变、一台高厂变。现在电厂基本都是单元接线，原因是 一台发电机对应一台主变，这样主变的容量不用太大，只要稍大于发电机的容量即可发电机与双绕组主变压器构成的单元接线，发电机出口为什么可不装断路器？ 发电机-变压器组接线，在发电机出口是否装断路器，各国根据自身制造水平及投资情况，有不同的规定。如果在发电机出口装断路器，就可以不设置启动/备用电源，发电机启动/备用电源可以通过变压器直接从电网取得，而由于有发电机出口断路器，可以在发电机停运的时候也得到外来电源。所以如俄罗斯/德国等许多国家一直就提倡装此断路器。但是我国还不会生产这种高分断、高动热稳定
2、的断路器，而进口的价格非常高，所以就退而求其次，不装开关，使用启动/备用电源。发电机出口的变压器内部的接线，为什么靠发电机侧是三角接法型，另外一侧是星型接法？ 一、主变采取 YN，d11 接线，在我国采用的时间长，有比较多的经验，制造相对简单，价格便宜。二、D 联结对抑制高次谐波的恶劣影响有很大作用，电网的电能质量更优，波形不发生畸变。三、在 D 联结绕组中的三次谐波环流能够在变压器中产生三次谐波磁动势，它与低压绕组的三次谐波磁动势平衡抵消；四、高压相绕组的三次谐波电动势在 D 联结回路中环流，三次谐波电流可在 D联结的一次绕组内形成环流，使之不致注入公共的高压电网中去。五、Dyn11 联结变
3、压器的零序阻抗比 Yyn0 联结变压器小得多，有利于低压单相接地短路故障的切除。 六、Dyn11 联结变压器允许中性线电流达到相电流的 75%以上。因此，其承受不平衡负载的能力远比 Yyn0 联结变压器大。 七、当高压侧一相跳开时，Dyn11 联结变压器另二相负载仍可运行，而 Yyn0却不行。 八、在变压器联结组别选择中，选择 Dyn11 联结变压器很有必要。由于 Yyn0联结变压器高压绕组的绝缘强度要求较之 Dyn11 联结变压器稍低，所以，不宜将 Yyn0 联结变压器改为 Dyn11 联结。九、接线为 Yyn 的变压器，其二次侧负荷产生 3N 次谐波电流时，其中性线上除有三相负荷不平衡电流
4、总和外，还将流过 3N 次谐波电流的代数和，并将谐波电流通过变压器一次侧流入电网。解决上述问题最简单的办法是采用 Dyn 接线的变压器，使负荷产生的谐波电流在变压器形绕组中循环，而不致流入电网。十、主变电网侧 Y 联结：绕组电流等于线电流，绕组电压等于线电压的 1/3，且可以做成分级绝缘；另外，中性点可以引出接地，也可以用来实现四线制供电。这种联结的主要缺点是没有三次谐波电流的循环回路。十一、主变发电机侧 D 联结：D 联结的特征与 Y 联结的特征正好相反。十二、据 GB/T6451-1999三相油浸式电力变压器技术参数和要求和GB/T10228-1997干式电力变压器技术参数和要求规定，配电
5、变压器可采用Dyn11 联结。而我国新颁布的国家规范民用建筑电气设计规范、工业与民用供配电系统设计规范、10KV 及以下变电所设计规范等推荐采用Dyn11 联结变压器用作配电变压器。现在国际上大多数国家的配电变压器均采用 Dyn11 联结发变组保护问题原则：强化主保护，简化后备保护起动备用变压器起 动 备 用 变 压 器 ， 简 称 起 备 变 。 是 在 电 厂 建 设 期 间 通 过 升 压 站 供 给 厂 用 电 的 ， 直 到 正 式发 电 前 ， 所 以 叫 起 动 ， 所 谓 备 用 ， 就 是 在 电 厂 正 式 运 行 期 间 ， 厂 用 电 是 由 高 压 厂 用 变 供电
6、的 ， 起 备 变 是 作 为 厂 变 的 备 用 电 源 。 通 过 厂 用 电 快 切 或 者 备 自 投 切 换 两 个 变 压 器 。起动/备用变压器微机保护装置的配置及整定随着发电机容量的不断增大，对系统稳定运行的要求不断提高，对发电厂厂用电系统的安全可靠运行也提出了更高的要求。起动/备用变压器作为电厂多台机组的起动电源和备用电源，其可靠性将直接影响到机组的安全运行，因此对电厂非常重要。然而由于起动/备用变压器容量较小，所以往往没有引起各方的重视。但是，由于起动/备用变压器设计的不合理，许多电厂出现了烧毁变压器的情况，教训是非常深刻的。因此加强对新型微机型起动/备用变压器保护装置的研
7、制是十分重要的。起动/备用变压器具有如下特点 1：（1） 低压侧分支数较多，最多可达 8 个分支，给保护装置特别是模拟量输入回路的设计带来一定的困难。（2） 高压侧电压等级较高（可直接引接至 500kV 系统），因此高压侧的短路电流水平非常高。为了确保电流互感器（TA）的可靠工作，在区内高压侧出口发生短路故障时不至于造成 TA 严重饱和，TA的变比不能取得太小。但由于起动/备用变压器容量相对较小（通常与高压厂用电变压器容量相当），高压侧额定电流较小，为了保证在区内出现轻微故障时，特别是出现匝间故障和经过渡电阻接地故障时差动保护能可靠动作，因而 TA 的变比又不能选得太大，因为太大了会导致 TA
8、 正常运行时的二次电流减小，从而直接影响交流的采样精度和差动两侧平衡系数的处理。（3） 起动/备用变压器后备保护的配置必须考虑各段分支母线分期投运时的特殊问题。（4） 各设计单位对起动/备用变压器主接线方式的设计也各不相同，因此保护的配置也不尽相同。为了解决上述问题，四方公司开发了起动/备用变压器的专用保护装置 CSC316B 。1 CSC316B 保护装置的研制和组屏配置起动/备用变压器保护装置的设计应包括电气量保护装置的设计和本体保护装置的设计。由于本体保护与常规变压器保护类似，因此本文不作介绍。本节着重介绍起动/备用变压器电气量保护装置CSC316B 的设计。1.1 保护装置的设计和特点
9、（1） 硬件平台的设计和特点。为了提高保护的可维护性和可扩展性，装置的硬件采用功能模块化设计思想，即按照功能需求，将插件分解为交流插件、保护 CPU 插件、通信及管理插件、开入插件、开出插件、电源插件和人机接口组件，不同规格的产品由相同的各功能组件按需要组合配置，实现了功能模块的标准化。由于数据采样回路的异常而导致差动保护误动屡见报导，因此装置采用启动加保护动作“与”门的出口跳闸方式，杜绝了因单一硬件故障引起的保护误动。对于低压侧多个分支的起动/备用变压器保护所需处理的模拟量非常多，装置采用总线不出芯片的具有 DSP 技术和功能的 32 位单片机，提高了保护数据的处理速度和保护控制逻辑实现的效
10、率，同时芯片内集成了大容量的数据存储器 RAM 和程序存储器 ROM，总线不扩展，简化了硬件电路设计，有利于实现保护装置的高可靠性。采用全新的前插拔组合结构设计，强弱电回路分开，弱电回路采用背板总线方式，强电回路直接从插件上出线，以利于提高硬件的可靠性和抗干扰性能。另外，装置对模拟量输入回路、开入回路、开出回路进行实时自检，以及实时监视电源状态和机箱内温度，极大地提高了装置的可靠性和自检能力。因此可以做到“只要装置不告警，装置就是完好的”，大大减轻了日常维护工作量。（2） 软件平台的设计和特点。装置的软件采用模块化的设计思想，以适应由于起动/备用变压器的主接线型式、低压侧分支数和接地方式等改变
11、时保护配置的变动。将软件按照功能分为底层驱动模块、通信模块、保护模块、保护配置模块等，其中保护模块又分为模拟量处理、保护逻辑、出口跳闸等子模块，将各子模块分别封装，保护配置模块分别调用不同的子模块就可以实现不同的保护功能。此种模块化的设计思想，可以使不同的起动/备用变压器保护应用，只需通过下载配置，而无需改动软件便可实现，极大提高了装置的可靠性。根据起动/备用变压器的保护配置特点，通过设置自动的辅助定值和固定的输入定值，可使用户需要整定的保护定值和运行方式控制字减到最少，方便了用户整定。（3） 用户平台的设计和特点。用户平台设计贯彻实用、便捷的原则，设计内容包括操作界面设计、通信接口设计、后台
12、软件设计。通过面板上“一键操作” 快捷键的设置以及按照运行人员和继保人员的使用习惯设置的菜单，使用方便。配置高速可靠的 LonWoks 现场总线接口、RS485 通信接口以及光电以太网接口，支持电力行业标准 DL/T 6671999（idt.IEC 60870103）的通信规约，方便接入后台监控系统。为了克服原有微机保护的录波功能只知道模拟量和最终动作结果的不足，装置采用了大容量的故障录波系统，可记录故障全过程，并将保护内部的测量元件、动作行为和逻辑过程完整地记录下来，使得动作过程完全透明化，配合后台分析软件，非常有利于事后的故障分析。1.2 保护的配置装置采用主后备保护一体化的设计思想，整个
13、装置具有变压器差动保护、高压侧过流保护、高压侧接地保护、分支接地保护、分支限时速断和过流保护、后加速保护、启动通风、过激磁保护（330kV 及以上电压等级选用）等功能，可根据具体工程进行选配。由于硬件和软件设计都是按照模块化设计的，所以可方便地实现主、后备保护分开设计。高压侧断路器的非全相保护和失灵启动，以及本体保护按照反措要求分别由独立的机箱实现。1.3 组屏设计根据起动/备用变压器重要性的不同，通常可按照 2 种方式组屏。第一种为完全双重化配置的两面屏方式，即 A 屏和 B 屏各包含 1 台 CSC316B 起动/备用变压器保护装置，本体保护装置和操作箱分别放置于 A 屏和 B 屏；第二种
14、为单重化配置的一面屏方式，即将 CSC316B、本体保护装置和操作箱放置于一面屏。2 配置和整定的特殊问题2.1 高低压侧二次额定电流相差太大时对差动保护的影响 由于接入高压系统的起动/备用变压器的差动保护高压侧二次额定电流很小和高低压侧二次电流相差很大，这给差动保护的实现带来困难。表 1 列出了实际工程的起动/备用变压器差动保护的计算实例。表 1 起动/备用变压器差动保护计算实例电厂 A电厂 B电厂 C电厂 D容量/MVA16501663高压侧电压等级/kV110230230500低压侧电压等级/kV6.36.36.36.3高压侧 TA 变比300/5750/1600/11250/1低压侧
15、TA 变比2000/53000/12000/14000/5高压侧二次额定电流/A1.400.1670.0670.058低压侧二次额定电流/A3.6701.5270.7337.220平衡系数0.3820.1100.0910.040*注： 电厂 D 的起动/备用变压器高低压侧 TA 二次额定电流不同，所以差动保护的平衡系数为0.0585/7.220=0.040。由表 1 可见，电厂 D 起动/备用变压器的高压侧二次额定电流 Ih2N 最小，为 0.058A（相当于 5.8%的TA 二次额定电流）。通常差动保护的最小动作电流整定为（4050）I h2N，即该差动保护的最小动作电流为 0.40.058
16、A0.023A，根据 GB/T 192622003 微机变压器保护装置通用技术要求规定：差动保护的“整定值允许误差为5%”，也就是误差不超过 1.2mA。这么小的电流变化保护装置要能灵敏感受到，所以对保护装置的硬件系统（即数据采集系统）的设计提出了很高的要求。为了满足这一要求，可以选用高位数的 A/D 芯片；也可采用将高压侧每一相电流分别经 2 路数据采集系统，一路按照 1 1 传变，另一路通过硬件放大 4 倍的方法。在相电流计算时若电流幅值较大则选用 1 1 通道的数据，若电流幅值较小则选用放大通道的数据，这样既保证了小电流下的计算精度，也保证了大电流下不因饱和或截波而影响数据采集的正确性。
17、从表 1 也可看出，电厂 D 起动/备用变压器高低压侧二次额定电流相差最大，达 1/0.0425 倍。当通过放大 4 倍的数据采集系统则达 6.25 倍，满足最大相差 16 倍的技术要求。当差动保护进行电流折合（当以高压侧为基准侧时，则将低压侧电流向高压侧折合）时，舍入误差的影响通过软件算法可自动得到完全补偿，因此在整定差动保护的定值时，电流互感器变比未完全匹配产生的误差 m仍然可以取为零。2.2 起动/备用变压器保护的双重化配置问题目前 220kV 及以上电压等级的主变压器保护已按照完全双重化配置。对于起动/备用变压器的保护配置，根据国网公司颁发的防止电力生产重大事故的二十五项重点要求继电保
18、护实施细则规定：大型发电机组和重要发电厂的起动/备用变压器保护宜采用保护双重化配置。随着硬件水平的提高，新近推出的变压器保护产品大都基于主后备保护一体化设计思想。因此，对于作为正常投入运行且低压侧带公共负荷的 220kV 及以上电压等级的起动/备用变压器，应采用完全双重化设计；若按照单重化设计，根据 220kV及以上电压等级系统近后备保护配置的原则，则起动/备用变压器保护需按照主、后备保护在硬件上分开设计。从工程应用上考虑，按照完全双重化配置则更为简便。对于 110kV 及以下电压等级的起动/备用变压器，根据 110kV 及以下电压等级系统能够满足远后备保护配置的原则，起动/备用变压器保护可按
19、照单重化设计。2.3 后备保护的配置及整定2.3.1 高压侧过电流保护起动/备用变压器高压侧后备保护只作变压器主保护的后备，因为低压侧无电源，不需要作为高压侧出线的后备保护，高压侧的相间过电流保护整定只需考虑与低压侧相间过电流保护配合。目前大多数单位的做法是高压侧相间过电流保护采用低压侧复合电压元件闭锁的方式。考虑到机组投运的分期性以及起动/备用电源运行的特点（图 1 中的A、B 投入或A、B 投入），该复合电压元件应取自共箱封闭母线处的低压侧电压互感器 TV，如图 1 中的 TV1 和 TV2，而不应取自分支母线处的 TVATVD 。图 1 复合电压过电流保护的低压侧电压元件选取由于起动/备
20、用变压器的负荷相对较固定且无过负荷的可能，因而采取复合电压闭锁是不合适的。原因是：由于系统短路阻抗比变压器短路阻抗小很多，变压器低压侧发生故障时，电流的灵敏度足可以得到保证；当变压器内部发生故障时电压的故障量难以计算，无法确定电压的灵敏度；由于低压侧取多端 TV，当电压断线时将造成拒动或误动。为了简化后备保护，高压侧可装设无需低压侧复合电压元件闭锁的两段式过电流保护：段过电流定值按（1.82.0）I h2N 整定，时间定值在低压侧过电流保护延时的基础上增加一个 t ；段按躲电动机自起动过程整定，即电流定值为 1.3Ih2N，延时整定为 1520s。一般变压器 1.3Ih2N 允许运行时间在 6
21、0s 以上，1.8I h2N 允许运行时间大于 20s。有的单位对于接至 500kV 系统的起动/备用变压器，在高压侧配置了阻抗保护，以期与系统的阻抗保护相配合并缩短后备保护的延时。对于起动/备用变压器是单侧电源供电的降压变压器而言，阻抗元件的方向性难以确定，也不需要与系统的阻抗保护相配合，况且阻抗元件并不能作为变压器各侧绕组内部短路的近后备保护 2，因此，高压侧取消阻抗保护而只装设过电流保护是最简单和最安全的方案。2.3.2 低压侧过电流保护低压侧通常配置复合电压过电流保护作为低压侧短路故障的后备保护，配置限时速断过电流保护作为分支母线故障的快速主保护。复合电压过电流保护的电流元件按照能躲过
22、可能流过变压器低压侧的最大负荷电流来整定，当该分支 TV 发生断线时，自动将电流定值抬高 1.5 倍，并解除复合电压元件的闭锁；分支限时速断过流定值，可考虑躲过在正常的最大负荷电流下，单独一台最大型电动机启动时流过保护安装处的最大电流，并能可靠地躲过低压厂用电变压器的最大速断保护定值进行整定；延时可按照与相邻元件的相应段的配合来整定。有关分支限时速断过流保护的具体算例将另文发表。2.3.3 高压侧零序过电流保护对于 220kV 及以上电压的起动/备用变压器，其容量相对于主变压器和联络变压器很小，而零序阻抗较大，因此它的运行和退出对系统零序阻抗改变不大，不会引起系统零序电流及其保护定值的变化。为
23、了保证变压器的安全和简化保护接线，一般变压器中性点采用直接接地方式 3，也不需要装设间隙零序电流和零序电压保护。对于高压侧内部接地故障的后备保护，可装设零序电流保护。有 2 种实现方式：外接式零序过电流继电器接在变压器接地中性点回路 TA 的二次侧；自产式零序过电流继电器接在三相套管式 TA 构成的零序电流回路。因为高压侧中性点直接接地，因此高压侧绕组的接地故障相当于匝间故障，此时外接式零序电流继电器感受到的是短路环内的电流 4。当发生靠近中性点附近的接地故障时，外接式零序过流继电器能感受到较大的零序电流，即灵敏度较高，而流过自产式零序电流继电器的零序电流较小，即灵敏度较低；当靠近高压侧绕组发
24、生接地故障时，由于系统零序阻抗比起动/备用变压器的零序阻抗要小得多，因此自产式零序电流继电器会流过数值非常大的零序电流，即具有很高的灵敏度，但很大的电流对差动保护和过流保护也会灵敏动作，此时对于外接式零序电流保护的灵敏度较低。综合考虑以上因素，高压侧接地后备保护应采用外接式零序过电流保护，主要保护靠近中性点附近的接地故障，以弥补差动保护和过流保护的不足。为安全起见，外接式零序电流定值应按躲过正常运行时的最大不平衡电流整定，延时上应与系统后备保护的最长延时段的整定相配合（不和零序反时限段相配合，通常为 3.5s），即零序过电流保护用作最后一级后备保护。有的单位对于高压侧的自产零序过电流保护按照躲
25、开所在高压侧母线发生故障时流过变压器的最大零序电流整定，时间带 0.10.2s 短延时跳闸整定。必须指出：自产零序过电流保护为了防止电流回路断线时需要躲开负荷电流，如果时间很短，尚需躲开低压侧最大三相故障不平衡电流和励磁涌流，尤其是三相不同期的励磁涌流。对于双重化配置的变压器，由于有双套差动保护和瓦斯保护作为内部故障的快速主保护，如此整定的零序过流保护似无装设的必要。2.3.4 低压侧零序过电流保护发电厂厂用电系统的电力设备耐热能力相对较低，需限制单相接地时的故障电流幅值，以防止烧损设备。中阻接地方式，由于具有既可以减少故障电流，又可以减少工频过电压和操作过电压的优点，在大型发电厂厂用电设计中
26、被应用的越来越多 1。作为中阻接地时起动/备用变压器低压侧单相接地故障保护，应装设零序过电流保护，第一段时间跳该分支低压侧断路器，第二段时间动作于跳各侧，其零序电流元件取自低压侧中性点的零序 TA。零序电流的定值可按照与相邻分支上各元件的零序保护配合整定，并校核6kV 系统单相接地故障时的灵敏度不小于 2。对于如图 1 所示的低压侧带多个分支的起动/备用变压器，为了低压侧零序电流保护具有选择性，往往在分支上装设自产零序电流保护。注意到该自产零序电流保护用 TA 与分支过电流保护共用，其变比很大，而自产零序电流保护的电流整定值往往非常小，如一台 220kV 的 Y0/Y0-Y0 起动/备用变压器，自产零序电流定值整定相当于 2.5%的 TA 额定值，对于这么小的电流整定值必须认真校核该继电器的精度，必要时可采用由单独的高精度电流采样通道来实现自产零序电流保护。220kV 线路一般保证该线路灵敏度的后备保护在 1.2s 内切除，因此取自低压侧中性点的零序电流保护时间在小于 1.5s 时，应校核 220kV 母线发生接地故障时零序电流保护不应误动。
