高阻抗變壓器后備保護問題的探討

劉啟林++劉暢

摘 要：為提高電網運行的安全可靠性，文章對高阻抗變壓器后備保護問題進行了深入探討，具有一定的實用價值。

關鍵詞：高阻抗；變壓器；后備保護問題

引言

最近幾年來，我國開始全面推行超高壓電網和特高壓電網，這對電網容量提出了更高的要求。就目前電網發展現狀而言，時常會因為大型變壓器低壓側的后備保護靈敏度欠缺以及反應時間較慢等原因引起變壓器的損壞。為了有效應對此現象，國內外專家學者都將目光聚焦在了高阻抗變壓器的后備保護問題上，本文也將對此進行深入分析。

1 高阻抗變壓器保護系統

圖1反映了220kV變電站變壓器最常見的一次接線方式。通常情況下，為了盡可能降低因為低壓側發生故障所產生的短路電流，對于普通變壓器一般會在其低壓位置配置有限流電抗器。然而盡管如此，若是在限流電抗器與變壓器低壓繞組之間產生了問題，則也容易引起很大的短路電流，這會造成變壓器繞組受到短路電流的直接沖擊。就圖1中1#主變進行分析，如果在電抗器與低壓側CT3之間出現了故障，并且，一般情況下位于高壓側的過流保護的靈敏度無法滿足實際需求，那么就必須設置后備保護。通常情況下會選取專用電抗器作為復壓過流保護，其中，保護電流由限流電抗器前的CT4決定，而電壓則由低壓側的母線電壓決定。

較普通三繞組變壓器而言，高阻抗變壓器具有更高的變壓器高-低繞組的短路阻抗，即使電路的低壓側有故障出現也不會形成很大的短路電流，更不會因為電流沖擊造成變壓器的損壞。所以，從節約空間與降低成本的角度考慮，完全可以將為限制短路電流而單獨設置的限流電抗器撤銷掉，從而縮小變電站的占地面積，同時減少變電站建設所需要的費用。

另外，對于高阻抗變壓器，除了與普通變壓器一樣安裝后備保護以外，其低壓側故障靈敏度的提高還能夠通過低壓側復壓與電流保護來實現。同樣就圖1中1#主變進行分析，高阻抗變壓器的使用可以使得，在變壓器低壓側外部故障低壓側CT3嚴重飽和的時候變壓器也會因為保護作用而不被破壞。圖1中保護的過流元件低壓側的電流由高壓側CT1與中壓側CT2電流的矢量相加決定，結合圖1研究可以得到，即便是在電路低壓側區內發生了故障或者是在電路低壓側外部出現故障使得低壓側CT3嚴重飽和的情況下，低壓側的電流依舊可以通過高壓側CT1與中壓側CT2的電流計算得到。而對于低壓側復壓和電流保護的復壓元件而言，其電壓值主要取決于低壓側母線的電壓。

2 復壓和電流保護原理

過流元件與復合電壓元件共同構成了復壓與電流保護。但是，對于過流元件還需要注意的是，應當充分考慮到變壓器空投或是發生區外故障切除時所產生的勵磁涌流問題以及高壓側與中壓側的CT斷線問題。對于過流元件還需要注意的是，應當充分考慮到在低壓側電壓壓板發生退出現象時或者是在低壓側發生PT斷線時對保護所造成的影響。圖2給出了低壓側復壓和電流保護的邏輯框圖。

2.1 過流元件

變壓器高壓側及中壓側的CT二次均選擇星形接線的方式，以指向變壓器的方向作為電流的正方向。其中，二次電流可以直接接入保護裝置。因為當電壓等級為110kV及以上時，一般是大電流接地系統。在該系統出現接地故障現象，并且變壓器中性點又與地相接的時候，在變壓器的中性點就會有零序電流流出。這種情況下，在進行低壓側電流計算的時候應當首先將高壓側與中壓側電流中的零序電流消除掉，否則計算得到電流不能反映實際電流的情況，甚至有可能使得復壓和電流在區外接地發生故障時產生誤動。

2.2 復合電壓元件

由于電路低壓側的復壓與電流保護過流定值按躲低壓側額定電流進行整定，并且其定值通常較低。在啟動低壓側電動機的時候很容易引起過流元件的誤動作，所以有必要增加復合電壓元件通過閉鎖進行保護。需要說明的是，復合電壓元件的構成包括了負序電壓與低電壓兩大部分，其中，負序電壓主要是用于反映系統的不對稱故障，而低電壓則主要用于反映系統的對稱故障。

2.3 勵磁涌流問題

對于大型變壓器而言，在其電路中產生的勵磁涌流通常衰減速度偏慢。因此，當變壓器空投或者是在其區外發生故障切除的時候，勵磁涌流問題極容易引起低壓側復壓與電流保護的誤動作。基于以上原因，有必要利用勵磁涌流閉鎖進行保護。其中，勵磁涌流可以由電流中的二次諧波含量進行判斷和識別。

2.4 高壓側和中壓側的CT斷線問題

如果高壓側或是中壓側在重負荷的情況下出現了CT斷線現象，那么按照高壓側電流與中壓側電流計算得到的和電流極有可能超出低壓側復壓和電流的保護定值。所以，非常有必要將高壓側和中壓側CT斷線所造成的影響納入考慮范圍，以保證在高壓側或是中壓側出現CT斷線現象時可以進行閉鎖保護。

3 高阻抗變壓器后備保護優化方案

為了提高整個設備運行的可靠性與安全性，可以通過配置雙重化主、后備保護的方法形成主保護護衛備用。并且，還可以對變壓器主保護進行加強設計，在主保護上適當安裝差動速斷保護、瓦斯保護、比例差動保護、工頻變化量比例差動保護以及零序比例差動保護等。除此之外，為了避免出現外部短路時間過長以及短路電流燒毀變壓器的現象，還應當對過流保護與阻抗保護作變壓器內部故障的后備保護作用進行淡化處理，使其成為中、低壓側母線以及饋線的后備保護。

4 結束語

在電路系統中有效、合理使用高阻抗變壓器的過程中必須注意復壓過流保護和阻抗保護，以保證整個電路的運行安全。

參考文獻

[1]王維儉.主設備后備阻抗保護反應繞組短路的靈敏度分析[J].電力自動化備，2003，23（9）：1-4.

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