繼電保護技術在電力變壓器故障中的應用

何可寧

（廣東電網公司惠州供電局，廣東 惠州 516000）

概述

任何電力系統的運行都離不開變壓器設備，變壓器設備的安全穩定運行是整個電力系統的正常運行的前提和保證。但是，受到各種內外因素的影響，變壓器在運行過程中難免會發生故障，這個時候如果不及時采取有效措施予以制止和處理，將會導致不堪設想的后果，尤其是互感器和斷路器的故障，如果不及時控制和消除，將會嚴重的威脅整個電力系統的運行安全。下文中筆者將從繼電保護的角度出發，討論變壓器運作故障的解決措施。

1 變壓器電氣量保護的配置情況

對于變壓器的電氣量，我國的相關文件《繼電保護和安全自動裝置技術規程》中有著較為詳細的規定和闡述：即變壓器首先要配備相應的氣體和差動保護，在此基礎上為了抵御短路電流通過變壓器，還要輔以復合序電壓閉鎖的過流保護裝置，來配合差動形成變壓器餓跳閘保護。

1.1 差動保護

1.1.1 目前我國的變壓器系統中的差動保護一般都是由啟動元件、差動速斷保護元件以及諧波制動元件構成的，一些特殊的差動保護中還含有異常判定等輔助元件。

a、啟動元件就是指在變壓器出現運行故障時，對保護裝置發貨粗指令的系統元件，主要包括差流突變量啟動元件和差流越限啟動元件兩種。其工作的主要原理和狀態是，如果通過該元件的電流連續發生了三次突變，則系統自動啟動。

b、所謂差動電流速斷保護元件，就是在變壓器出現異常運行的狀況時，能夠按照系統指令對開關進行切斷的元件。

c、二次諧波制動元件的主要任務和作用是在變壓器的運行遇到電磁涌流時，防止系統誤動作導致的故障排查錯誤。

d、比率制動元件的靈敏度要遠遠高于以上元件，因為它的主要功能是在變壓器運行的過程中對外在故障所引起的差動保護進行制動，是一種保護元件的保護元件。

e、變壓器各側電流相位補償元件的基本作用是在變壓器的通過電流的電壓出現異常時，能夠通過TV檢測的結果對二次電流相位進行調整，以免引起母線連接側開關的誤動作。

1.1.2 波形對稱原理差動保護

基于波形對稱原理的差動保護與諧波制動原理基本相同，而二者的最主要區別就在于波形對稱原理差動保護是一種基于對稱算法形成的元件，所以其中含有十二次諧波制動。這種十二次諧波制動功能可以在變壓器的合閘時感應到勵磁涌流，因此可以及時的制止合閘動作，保障變壓器安全。

差動保護所針對的是二次電流回路中涉及到的所有元件和設備，所以，一旦差動保護內部發生故障，就會導致線路上的各種變壓器和回路開關的正常運行受到干擾。尤其是高、低壓開關，如果斷路器不及時斷開，就會導致嚴重的主變故障。

1.2 后備保護

主變壓器的運行特點決定了其阻抗較大，所以一旦主變壓器的低壓側出現故障，一般不會影響高壓側的正常運行。而高壓側的這種穩定性雖然可以有效的實現與電壓閉鎖的同等保護功能，但是并不利于對主變故障的異常運行做出及時反應，基于高壓側開關的這個特點，在主變運行過程中我們要做好后備保護措施，即采用高、低壓側復合序電壓并聯開放的方法，使開放閉鎖回路更加靈活。

1.2.1 變壓器的后備保護的最常見形式就數復合電壓閉鎖過流保護，上文中我們提到了將高壓和低壓側開關并聯起到的雙重保護作用，在此不予贅述。一般情況下，復合電壓閉鎖過流保護的結構主要包括交流回路采用90接線和本側TV斷線。

a、復合電壓元件電壓取自本側的TV或變壓器各側TV。

b、功率方向元件，電壓電流取自本側TV。

c、過流元件，電流取自本側TV。

1.2.2 零序過流保護，反應單項接地故障，也可作為變壓器的一種后備保護形式。在采用零序過流保護時，通常用交流90接線，電壓電流取自本側的TV和TV斷線時，本保護的方向元件退出。TV斷線若電壓恢復正常，本保護也隨之恢復正常。

1.2.3 間隙零序保護，反應變壓器間隙電壓和間隙擊穿的零序電流，零序電壓取自本側零序。

1.3 非電量保護

非電量保護完全獨立于電氣保護，僅反應變壓器本體開關量輸信號，驅動相應的出口繼電器和信號繼電器，為本體保護提供跳閘功能和信號指示。

2 主變保護故障的產生

2.1 變壓器操作中出現的故障

在實際工作中，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，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。

2.2 變壓器運行過程中出現的故障

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。

3 消除主變故障的繼電保護方法

3.1 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。

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。

3.2 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。

在三圈變壓器主變中壓后備保護中，設置又一與門電路，其動作邏輯為:當中壓側斷路器斷開，并且中壓側電流大干規定值時，按規定時間跳高、中壓側斷路器。

3.3 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，在此時應斷開以避免干擾。

在三圈變中，除了有兩圈變同樣的問題外，還需要考慮高、中壓側斷路器運行而低壓側斷路器熱備用的情況下，可能會發生中壓側線路短路引起高壓側保護過流啟動，在低壓側斷路器斷開位置下動作跳開高、中壓側斷路器的情況，因此需要注意動作時限的配合。對三圈變建議采用改變中壓側保護邏輯和接線的方法，以避免出現這種情況。

[1]吳宏斌，何云良.消除變壓器盲區故障的繼電保護方法[J].電力系統保護與控制.2010(01).

[2]艾爾肯·庫爾班.變壓器差動保護誤動分析及對策[J].黑龍江科技信息.2011(25).