論電力變壓器后備保護配合研究

楊林濤，尹莉欣

(國網山西省電力公司，太原 030001)

論電力變壓器后備保護配合研究

楊林濤，尹莉欣

(國網山西省電力公司，太原 030001)

電力變壓器是供電網絡中不可缺少的重要設備,聯絡著輸電線路與配電網絡，在發電、輸電、配電環節中起著提高電壓以便于遠距離輸送以及降低電壓給負荷供電的關鍵作用。其可靠、穩定性、安全性和穩定性直接決定著整個電網的安全性和穩定性。 因此需要根據變壓器的容量，電壓等級、負荷性質等因素選擇適合的保護配置，在分析變壓器后備保護不能可靠動的原因的基礎上，提出了后備保護所應改善的方向,并提出了其在后備保護中的整定方案。

后備保護；三段式；靈敏度；復壓閉鎖

自“十一五”以來，我國電力需求增長迅速，電力供應日趨緊張，來自全國電網的高速建設和政府對固定資產的投入直接拉動了對輸變電市場的投入，電力變壓器也在各行各業中體現了其重要性，如電壓變換、阻抗變換、隔離、穩壓等。為了保證其運行可靠性，保護裝置的配置就顯得尤為重要，但在大型電力變壓器中低壓側母線中,容易出現斷路器拒動的情況, 此時就需要合理配備變壓器后備保護，使得變壓器出線上出現的問題不會影響到主變的正常運行。在當前變壓器的保護裝置運用中當其內部發生短路故障或出現空越性故障時，變壓器兩側同極性端的二次測量會發生變化，從而產生差流，當差流達到額定值時，引起開關動作，切除故障設備。達到保證主變壓器不受損害。再以三段式過流保護做其后備，與其可靠配合。隨著保護裝置的不斷升級，主動保護的靈敏度得到很大的提升, 做為后備保護的整定影應就有必要繼續加以改進,加強靈敏度配合, 只有過流和延時作為動作判據是遠遠不能適應實際要求的。

1 現階段應用中后備保護實現狀態

現階段中、低壓變壓器普遍采用的后備保護通常為瓦屋斯保護與主變差動保護。對外部故障引起的過電流也可起到保護作用，而根據電力用戶的具體情況，當客戶用電負荷較大，接近額定電流時，采用普通三段式保護，不能可靠保證其靈敏度，在此情況下，其后備保護通常采用復電保護，由零序電流加負序電流做為選擇條件。這種條件均滿足的情況下可較為準確的選擇故障情況，而對于單相接地故障引起的中性點偏移而引起的不平衡電流則可以做為零序保護動作的判斷條件，此條件選擇廣泛應用于中性點直接接地系統中。但當前仍存在靈敏度過低、動作時間過長和由于低壓側保護拒動造成高壓側、中壓側保護動作而引起全站失壓等問題。致使保護裝置的選擇范圍變得遲鈍，不能及時、有效的切除故電設備，會對電網構架帶來較大損害，應盡量避免。圖1為保護裝置配置圖。

圖1 保護裝置配置圖

2 變壓器的后備保護應當具備的功能

電力變壓器的后備保護配置應在各側硬件獨立設置，當變壓器內部或外部發生故障時，回路上的保護在未能及時斷開斷路器時，經過延時準確斷開后備保護，盡可能減小停電范圍是后備需要達到時的基本要求，其必須具備以下條件：

(1)過流保護：通常采用三段式，在中、高壓系統中需采用復壓閉鎖保證其靈敏性。如系統需要可選擇方向性，通常只在一、二段可選擇方向性,而三段不需方向性。

(2)在中、低壓系統中，一般采用中性點直接接地系統，發生單相接地時，零序電流的產生可做為有效的故障判定條件，此時加入三段式零序電流保護就顯得很有必要，通常以只在一段、二段中選擇方向性。

(3)在中壓系統中，有時變壓器采用中性點經間隙接地方式中,此種方式可有效限制短路電流，保當發生相間短路，短路電流足夠大則放電間隙被擊穿,間隙間的二次加路中也會感應出零序電流，此電流也可做為保護裝置動作的有效判據，作用于開關跳閘。當零序電流超過整定值作用于保護裝置動作,延時跳閘。

(4)過負荷、啟動風扇、閉鎖調壓功能：三項功能以三相電流中最大值計算，當超過整定值時，過負荷作用于裝置告警；啟動風扇和閉鎖調壓功能作用于高壓側。

3 現有高低壓后備保護配合存在的問題

(1) 以現有最常用的Y/Y/△-12-11 或Y/△-11 的變壓器來分析， 對于變壓器低壓側兩相短路故障，如CA 兩相短路，忽略負荷電流，Ifb=0，Ifa+Ifc=0，Ufa=Ufc；用標么值表示時高、低兩側的電流關系為Ifa1=Ifa1j30Ifa2=Ifa2j30；

用相量圖表示低壓AC相短路時高壓三相電流關系則如圖2所示。

圖2 低壓AC相短路時高壓三相電流關系

可見變壓器高壓側A相電流與B、C 相電流相位相反，幅值較大。所以，變壓器發生出口側接地故障或相間擊穿故障時，低后備保護定值的整定按照過流值處理，但高后備保護定值只有按照單相過流整定。變壓器的低壓側CA相發生故障時，低壓側的A相電流與正序分量幅值關系Ifa=Ifa1，由圖2可見，高壓側的A電流與低壓短路電流關系為：Ifa=2Ifa1；

可以看出變壓器低壓側CA 相故障時，高壓側A 相電流約為低壓側1.15 倍。也就是說如果視高低壓側的靈敏度系數相同，但整定后，其高壓側的靈敏度仍較高大概為低壓側的按1.15倍。 在同樣的短路電流情況下，雖然分定級差，保證高壓側的保護裝置有一定的延時，但從動作電流上仍然會使高壓側的保護裝置的整定值先引起保護裝置動作，低壓側后備保護不動作，引起整臺主變失電的嚴重后果。

故本文認為變壓器的電源側過流保護的定值應與負荷側的電流保護定值配合整定，配合系數應取1.15以上。如低于該系數會因為高、低壓側后備保護失去了配合關系而使高壓側保護先于低壓側保護動作。

(2)在變壓器后備保護中，依據《3～110 kV電網繼電保護裝置運行整定規程》DL/T 584—2007第4.2.9.2條規定：單側電源三個電壓等級的變壓器電源側的復合電壓閉鎖過電流保護作為保護變壓器安全的最后一級跳閘保護，同時兼作無電源側母線和出線故障的后備保護。所以復壓過流保護為后備中主要保護，但經多年年運行經驗中得知，隨著變壓器額定容量的增加，負荷性質也越來越復雜，從而使得低電壓元件、負序電壓元件的判斷性降低，保護裝置的靈敏性也隨之下降。發生短路故障時，各元件不能準確判斷故障性質，各種負荷電流相互抵銷，過電流保護被閉鎖，導致后備保護拒動或誤動，所以負荷性質的復雜性使低電壓元件、負序電壓元件失靈才是導致發生短路故障時保護裝置誤動和拒動的元兇。兩相短路時，雖然負序電壓元件則有較長的保護范圍但過電流元件的保護范圍比較短，當該負荷中具有較長的相鄰線路時，過電流無法準確判斷故障原因，使保護裝置靈敏度下降，此時過電流元件的遲鈍性是靈敏度降低的主要原因。

根據以上所述，變壓器負荷側以負序電壓和低電壓作為后備保護的主保護，在負荷線路較長時并不能有效可靠動作，故在投入復壓閉鎖過流保護時應慎重考慮，不需全部投入，以免因后備保護拒動而導致高壓側保護動作引起的主變失電。

4 結語

隨著微機型保護在電力系統中的廣泛應用，在大力提升電力變壓器主保護的靈敏度的同時，后備保護的重要性也逐步得到共同的重視，從而更好的提升可靠性，保障選擇性。本文通過分析電力變壓器保護應用的現有狀況，在認識到后備保護作為最終電氣保護所必須的功能不能可靠動作的原因基礎上，最終得出改進的方向，對變壓器高、低壓側過流保護的整定系數進行改良，以便合理配合。對復壓閉鎖過流保護裝置應用中由于低電壓元件、負序電壓元件和過電流元件的限制條件進行了剖析，加入自身的思考，分析出復壓過流保護受變壓器容影響而變化，在今后的使用中在此方面加以改良，以保證變壓器可靠運行。

[1] 朱曉琛,楊成鋼,李景祿等.配電網故障及其控制措施研究[J].長沙電力學院學報(自然科學版),2004,19(2):36-39.

ZHU Xiaochen, YANG Chenggang, LI Jinglu, et al. Research on faults and control measures in distribution networks[J].Journal of Changsha University of Electric Power (Natural Science Edition),2004,19(2):36-39.

[2]賀家李，宋從矩．電力系統繼電保護原理增訂版[M]．北京：中國電力出版社，2004.

[3]潘貞存，王葵，杜世雙，等．中低壓母線加裝專用繼電保護的必要性和幾種方案的探討[J]．電網技術，2002，26(9)：75-77.

PAN Zhenchun, WANG Kui, DU Shishuang, et al. On necessity of appending special busbar protection device to original busbar protection in distribution network and several implementing projects[J]. Power System Technology, 2002,26(9):75-77.

[4]張山，陳維江，李成榕，等．變電站10 kV 進線保護段研究[J]．電網技術，2007，31(1)：71-74.

ZHANG Shan, CHEN Weijiang, LI Chengrong, et al Study on 10 kV lead-in line protection section in substations[J]. Power System Technology,2007,31(1):71-74.

[5]張靜波，王新彤，肖志國．預防變壓器外部短路沖擊損壞事故的措施[J]．電網技術，2008，32(24)：101-104.

ZHANG Jingbo, WANG Xintong, XIAO Zhiguo. Measures of protecting transformer from outer short-circuit shock[J]. Power System Technology,2008,32(24):101-104.

[6] 魏莉，彭建寧．變壓器、配網線路后備保護配置、整定方面的改進措施[J]．繼電器，2007.

WEI Li, PENG Jianning.Improvement of configuration and setting for back up protection of transformer and distribution line[J]. Relay,2007,35(17):83-85.

(本文編輯：嚴 加)

Study on the Power Transformer Backup Protection

YANG Lintao，YIN Lixin

(State Grid Shanxi Electric Power Corporation, Taiyuan 030001,China)

Power transformer is an indispensable equipment in the power supply network. It connects with the distribution networks and the transmission lines, and plays a key role in power generation, transmission and distribution in order to increase the voltage for long-distance transmission and reduce supply voltage to the load. Its reliability, stability, and security directly determine the overall security and stability of the grid. Therefore, it is required to select appropriate protection configuration according to the transformer capacity, voltage level and load factors. This paper, based on the analysis of multiple reasons on why transformer backup protection cannot reliably operate, points out a direction to improve backup protection and proposes a tuning plan in the backup protection.

transformer backup protection; three-section type; sensitivity; pressure lock

10.11973/dlyny201702026

楊林濤(1974—)，男，碩士，從事電網繼電保護工作。

TM772

A

2095-1256(2017)02-0208-03

2017-02-17