電力變壓器繼電保護的實際應用

劉華云

（山西省電力公司太原供電分公司，山西 太原 030012）

繼電保護裝置的作用是在被保護元件發生故障時，裝置能自動、有選擇性地將故障元件從電力系統中切除，來保證無故障部分恢復正常運行狀態，使故障元件避免繼續遭到損害，減少停電范圍，同時也是系統的監控裝置，能實時測量系統電流電壓相位等參數，反映設備運行狀態。

1 保護原理

作為成套保護裝置，它涵蓋了各種應對變壓器異常運行與故障的保護配置，有工頻變化量差動、穩態比率差動，差動速斷，零序比率差動與分側差動保護，過激磁保護，阻抗保護，復壓閉鎖方向過流保護，零序方向過流，零序過壓保護，間隙零序過流過壓保護，過負荷，起動風冷，過載閉鎖調壓。

1.1 穩態比率差動

圖1 穩態比率差動保護動作特性

動作特性見圖1，圖中陰影部分為穩態比率差動保護動作區。Idz：動作電流；Izd：制動電流；Icdqd：差動電流起動定值；Kb1：比率差動制動系數整定值；Ie：變壓器額定電流。

穩態比率差動是用來區分差電流是由于外部故障還是內部故障引起。保護動作方程如下：

式中：I1、I2、···Im變壓器各側電流；

Icdqd：差動電流起動定值；

Izd：制動電流；

Idz：差動電流；

Kb1：比率制動系數整定值（0.2≤Kb1≤0.75），裝置中依次按每相判別，滿足條件時穩態比率差動動作。

（1）裝置利用三相差動電流的波形作為識別勵磁涌流的判據，內部故障時，差電流為工頻正弦波，當勵磁涌流時，存在大量諧波分量，波形間斷不對稱。通過以下方程判別：

I2nd>K2xb×I1nd

I3nd>K3xb×I1nd

其中，I2nd、I3nd：差動電流中的二、三次諧波；I1nd：差動電流基波；K2xb、K3xb：制動系數整定值。K2xb取 0.15，K3xb取 0.2。當滿足條件時，勵磁涌流閉鎖差動保護。

（2）按照變壓器差動保護接線要求，要實現差動保護，必須適當選擇變壓器各側電流互感器的變比，使其比值等于變壓器的變比。

式中：Nl1：高壓側電流互感器的變比；

Nl2：低壓側電流互感器的變比；

NB為變壓器的變比。

要注意電流互感器的二次接線，TA極性必須準確，一般規定變壓器各側的TA是以各側的母線為正，這樣，正常負荷時及變壓器外部故障時，進入差動回路的電流相互抵消為零，保護不動作，而變壓器內部故障時，進入差動回路的短路電流相疊加，保護可靠動作。

要注意由TA飽和引起保護誤動，當故障發生在區外時，短路電流引起的TA飽和會產生很大的虛假差動電流，在各側的TA飽和情況不同時更為嚴重。如果由此產生的量值落在了比率差動保護的動作范圍區內，如不采取措施保護就會誤動，針對這種情況，裝置內應設有一個TA飽和判據，裝置利用以下方程判別：

式中：IΦ3、IΦ2：某相電流中的三、二次諧波；

IΦ1：對應相電流基波；

KΦ3xb、KΦ2xb：系數整定值。

當滿足條件時，則認為差動電流為電流互感器飽和引起，閉鎖穩態比率差動保護。

為避免在變壓器內部故障時因電流互感器飽和引起二、三次諧波誤閉鎖差動保護，裝置設有一高比例和高起動值的差動保護，當外部故障時，電流互感器飽和閉鎖差動，而內部故障時保護能正確動作。

當電流互感器二次回路開路并報警在差動起動后，滿足以下任意條件則開放差動保護：①任一側任一相工頻變化量電壓元件起動；②任一側負序相電壓大于6 V；③起動后任一側任一相電流比起動前增加；④起動后最大相電流大于1.1Ie，通過“TA斷線閉鎖差動”軟壓板即控制字整定為0，或1，或2來實現。

變壓器在過激磁時勵磁電流將猛增，為防止這種情況下保護誤動作，根據以下方程判別：

式中：I5th、I1st：差動電流中的5次諧波和基波；

K5xb：過激磁倍數。當大于1.4倍基波電流時，差動保護開放。

1.2 工頻變化量比率差動

保護動作邏輯框圖見圖2。

圖2 工頻變化量比率差動邏輯框圖

工頻變化量比率差動保護利用工頻故障分量構成，不受負荷電流影響，抗TA飽和能力強，靈敏度高。

2 保護定值整定計算

2.1 穩態比率差動（主保護）

式中：Se：變壓器最大額定容量；

U1e：變壓器計算側額定電壓。

式中：I1e：變壓器一次側額定電流；

nLH：相應側的電流互感器變比。

式中：I2e：變壓器二次側額定電流；

I2e-min、I2e-max：變壓器各側二次額定電流中最小值、最大值。

可見，差動各側平衡系數調整范圍最大可到16倍。

差動電流起動定值（保護最小動作電流值）Icdqd整定。

Icdqd應大于變壓器額定負載正常運行時的最大不平衡電流，即：

式中：Ie：變壓器二次側額定電流，可靠系數Krel取1.3～1.5；

Ker：CT的比誤差；

ΔU：變壓器調壓誤差；

Δm：CT變比不匹配誤差，一般取 Icdqd=（0.2～0.5）Ie。

2.2 復合電壓閉鎖方向過流（后備保護）

復合電壓起動的過電流保護電流繼電器動作電流Iop=Krel×Ie/Kr

其中，可靠系數Krel取1.2，返回系數Kr取0.95，Ie為變壓器二次側額定電流。

復合電壓起動過流保護的低電壓繼電器動作電壓Uop，當低電壓繼電器由變壓器低壓側PT供電時，Uop=Umin/Krel×1/Kr，其中Krel取1.1～1.2，Kr取1.05，Umin為變壓器正常運行可能出現的最低電壓。當低電壓繼電器由變壓器高壓側PT供電時，Uop=0.7Ue，其中Ue為二次側額定線電壓。

復合電壓起動過流保護的負序電壓繼電器的動作電壓Uop可取（0.06～0.08)UΦe，其中，UΦe為二次側額定相電壓。

3 結束語

近10年來繼電保護裝置已從電磁型、晶體管型、集成電路型徹底更換到了微機保護時代。微機保護的廣泛應用大大提高了電網運行的安全性和經濟效益，它革新了傳統保護裝備的面貌，集主、后備保護功能為一身，運行良好；自檢功能、異常報警、強電磁兼容性提高了裝置安全工況；具備遠方通訊功能，滿足自動化要求；調試方便規范，故障事件錄波與保護硬件相互獨立，互不影響。隨著計算機、通訊技術的快速發展，微機保護將會越來越現代化。