消除變壓器盲區故障的繼電保護方法

梁景棠

(惠州供電局，廣東 惠州 516001)

1 引言

作為電力系統中大量使用的關鍵設備，電力變壓器運行的可靠性是整個電力系統安全運行的重要保證。如果變壓器發生故障時，保護裝置拒動或者不能在要求時間內快速動作，可能造成變壓器不同程度的損壞，甚至燒毀。針對變壓器出現的大部分故障類型，目前都有較完善的保護措施。但在一些特殊運行方式中，由于保護原理的局限性，導致互感器和斷路器之間的故障不能得到及時消除，給變壓器的正常運行帶來較大的危害。因此針對電網中某些運行方式下出現保護盲區的情況進行分析，得出系統電壓無法滿足保護動作的要求是出現保護盲區的關鍵原因。為此思考利用低壓開關位置作為輔助判據的方法，在適當改變外部接線的情況下，用以消除故障盲區。

2 變壓器電氣量保護的配置情況

根據《繼電保護和安全自動裝置技術規程(DL400－91)要求，變壓器除裝設必須的氣體和差動保護外，對由外部相間短路引起的變壓器過電流應按規定裝設復合序電壓閉鎖的過流保護作為后備保護，并與差動保護范圍有一個重疊區，保護動作后，帶時限動作于跳閘。變壓器電氣量保護配置如圖1所示。

圖1 變壓器電氣量保護配置圖

由于主變阻抗較大，在主變低壓側故障時，高壓側電壓往往變化較少，不能有效開放電壓閉鎖功能。為保證故障時的動作靈敏度，在實際應用中采用高、低壓側復合序電壓并聯開放的方法，來保證低壓側故障時能可靠動作，即同時采用高、低壓側的電壓，任何一側復合序電壓動作都能開放閉鎖回路。其高壓側保護原理如圖2所示。

低壓側保護原理如圖3所示。

圖2 變壓器高壓側后備保護邏輯圖

圖3 變壓器低壓側后備保護邏輯圖

差動保護的保護范圍是差動二次電流回路互感器之間的所有設備，當其內部發生故障時瞬時跳開主變高、低壓側斷路器。高、低壓側后備保護為差動保護的后備和母線故障的保護，為保證選擇性，動作后延時跳開相應的斷路器。當主變投產或檢修復役時，為快速切除主變故障，按照運行操作的規定，必須投上主變差動保護和高、低壓側后備保護壓板，將其投入運行。

3 主變保護盲區故障的產生

3.1 變壓器操作過程中出現的

變壓器檢修復役的操作過程是在低壓側斷路器斷開的基礎上，合上高壓側斷路器沖擊主變，當主變沖擊正常后合上低壓側斷路器送出負荷。如果沖擊主變時，低壓側斷路器和電流互感器之間發生短路故障(如地刀沒有拉開，檢修工具遺漏等)，差動保護將無法動作，而高壓側后備保護所取的高壓側母線電壓由于主變阻抗較大無法動作開放，低壓側母線由于電壓正常也不能通過并聯啟動回路開放高壓側過流保護，將導致其不能快速的切除故障，引起主變燒毀損壞。此處即為主變保護的盲區，如圖4所示。

3.2 變壓器運行過程中出現的盲區故障

在變壓器運行過程中，如低壓側斷路器和電流互感器之間發生故障，變壓器低壓側保護將在低壓側母線電壓降低和電流增大的情況下以較短時延動作跳開主變低壓側斷路器，使得低壓側母線電壓恢復正常。但此時故障點并沒有隔離，短路電流由高壓側母線通過主變繼續輸送到故障點，雖然高壓側故障電流較大，但高壓側電壓由于主變阻抗較大而無法可靠動作開放，同樣導致其不能快速的切除故障，造成保護盲區。

圖4 變壓器低壓側開關和電流互感器之間故障示意圖

4 消除主變盲區故障的繼電保護方法

從主變保護的構成和盲區產生的原因可以知道，主變阻抗較大導致高壓側復合序電壓無法可靠動作是導致其產生的主要原因，因此需要針對這種故障發生時的特點進行邏輯補充和完善。從兩種盲區產生時低壓側斷路器均在斷開位置的情況，可以考慮利用這個特點來開放復合序電壓的閉鎖功能。

4.1 高壓側后備保護動作邏輯改進方法

在兩圈變壓器主變高壓后備保護中，增加一與門電路，其動作邏輯為:當低壓側斷路器斷開，并且高壓側電流大于規定值時，按規定時間跳高壓側斷路器，其邏輯輯電路如圖5所示。

圖5 兩圈變壓器高壓側后備保護增加邏輯

在三圈變壓器主變高壓后備保護中，設置一與或門電路，其動作邏輯為:當低壓側斷路器或中壓側斷路器斷開，并且高壓側電流大于規定值時，按規定時間跳高、中、低壓三側斷路器。其中壓側故障示意如圖6所示，邏輯電路如圖7所示。

圖6 三圈變壓器中壓側斷路和電流互感器之間故障示意圖

圖7

4.2 中低壓側后備保護動作邏輯改進方法

在兩圈變壓器主變低壓后備保護中，設置一與門電路，其動作邏輯為:當低壓側斷路器斷開，并且低壓側電流大于規定值時，按規定時間跳高壓側斷路器。邏輯電路如圖8所示。

圖8

在三圈變壓器主變中(低)壓后備保護中，設置有一與門電路，其動作邏輯為:當中(低)壓側斷路器斷開，并且中(低)壓側電流大于規定值時，按規定時間跳高、中(低)壓側斷路器。邏輯電路如圖9所示。

圖9 三圈變壓器中、低壓側后備保護增加邏輯

上述兩種方法利用中、低壓側斷路器位置和相應側電流的大小能夠有效的判別中、低壓斷路器和電流互感器之間的故障，避免發生因此處短路故障而導致主變損壞的情況。

5 保護裝置外部接線的配合改動和應用

對于實際裝置而言，為了達到上述目的，還需要進行必要的開入量配置定義和增加相應的外部接線。現以南瑞繼保公司的110kV變壓器高后備保護RCS－9681和低后備保護RCS－9682為例，進行解釋和說明。

5.1 配合高壓側后備保護動作邏輯的接線圖

此方法對主變保護和操作回路的相關硬件不需做任何改動，增加的部分是將低壓側斷路器的一副備用跳閘位置觸點引入高壓側后備保護的一組備用斷路器量輸入回路中，并在高壓側后備保護中定義此端子的輸入量為低壓側斷路器位置，以供增加的邏輯使用。在更改完主變高壓側后備保護邏輯和相應的接線后，首先檢查高壓側后備保護內的低壓側斷路器位置開入量是否正確;其次在兩側電壓均正常，高壓側電流量大于整定值的情況測試回路和邏輯的正確性。

圖10 低壓側斷路器位置輸入高壓側保護觸點聯系圖

5.2 配合低壓側后備保護動作邏輯的接線圖

由于內部邏輯已經更改完畢，低壓后備保護的電流量輸入和斷路器位置輸入回路已經具備，所以在此僅需將低壓盲區保護動作觸點通過外部接線引到跳高壓側斷路器的回路中。由于盲區保護不同于一般的低壓后備保護，所以如果故障點不在盲區，即動作邏輯是由復合電壓回路開放，則此回路不會導通，因此在試驗中應將兩者區分清楚，以免出現誤跳的情況。

圖11 低壓側后備保護出口跳高壓側開關觸點

5.3 實際應用中需要考慮的問題和應對措施

在實際應用中，由于運行方式的不同，會引起保護裝置的誤判斷，為此需要實施針對性的措施。在兩圈變中，當低壓側開關斷路器處冷備用或檢修，而高壓側斷路器和主變運行時，為防止低壓側斷路器位置變化引起高壓側保護頻繁啟動，應設置一塊低壓側斷路器位置輸入壓板(如圖10所示)，在此時應斷開以避免干擾。當低壓側開關熱備用和運行后則要及時放上此壓板。在三圈變中，除了有兩圈變同樣的問題外，還需要考慮高、中(低)壓側斷路器運行而低(中)壓側斷路器熱備用的情況下，可能會發生中(低)壓側線路短路引起高壓側保護過流啟動，在低(中)壓側斷路器斷開位置下動作跳開高、中(低)壓側斷路器的情況，因此需要注意動作時限的配合。對三圈變建議采用改變中(低)壓側保護邏輯和接線的方法，以避免出現這種情況。

6 結語

多年來，主變的運行安全一直受到高度的重視，許多專家和專業人員對主變內部故障機理進行了多方面、多層次的研究。但主變的外部故障同樣會帶來較大的損害，因此需要考慮在各種運行條件下故障的可能性和保護的動作情況，發現可能存在的問題，并及時的處理和解決。

［1］ 電力系統繼電保護典型故障分析/國家電力調度中心［M］.北京:中國電力出版社，2001.

［2］ 王世閣，鐘洪壁.電力變壓器故障分析與技術改進［M］.北京:中國電力出版社，2004.