快速切除220kV變壓器死區故障的繼電保護方案研究

孔令聘

摘? 要：通過變壓器電源側后備保護動作，或者使用聯跳變壓器其他側斷路器相關方法，將220kV變壓器某側斷路器以及變壓器差動保護電流互感器（TA）存在的故障切除，通常情況下需要耗費大量時間;因為是一種出口故障，因此變壓器損壞十分常見。快速切除220kV變壓器死區故障繼電保護技術是當下繼電保護的一種新方法，得到了電力行業的廣泛應用，該方法能夠為電力系統的穩定運行提供保障，也能夠有效預防死區出現故障等問題。基于此，本文對故障保護原理進行探討，提出繼電保護策略。

關鍵詞：變壓器死區? 繼電保護? 快速切除? 方案

中圖分類號：TM77? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2020）12（c）-0008-03

Abstract： It usually takes a lot of time to clear the faults of the circuit breaker at one side of the 220 kV transformer and the current transformer （TA） of the differential protection of the transformer through the backup protection action at the power supply side of the transformer or by using the relevant methods of the circuit breaker on the other side of the transformer， which usually takes a lot of time; because it is an export fault， the fault of the current transformer （TA） of the transformer differential protection is removed， Therefore， transformer damage is very common. Fast removal of 220kV Transformer dead zone fault relay protection technology is a new method of relay protection， has been widely used in the power industry， this method can provide security for the stable operation of the power system， but also can effectively prevent dead zone failure and other problems. Based on this， this paper discusses the fault protection principle and puts forward the relay protection strategy.

Key Words： Dead zone of transformer; Relay protection; Fast removal; Scheme

220kV變壓器死區故障在日常生活生產中較為常見，主要指變壓器某側斷路器和變壓器差動保護電流互感器（TA）之間出現的故障，是一種死區故障，同時也是保護的死角，也就是常見的死區故障。為了能夠有效提高運行效果，制定和實施有效的變壓器死區繼電保護策略具有重要的意義，能夠快速切除故障，為電力系統的穩定運行提供保障。

1? 當下切除變壓器死區故障過程中存在的不足

現如今變壓器死區故障發生率越來越高，工作人員逐漸認識到死區故障對變壓器形成的危害，變壓器故障側的后備保護聯條變壓去各側斷路器的方法得到了廣泛應用，該方法效果明顯，但是耗時較長[1]。

2? 變壓器死區故障特點

2.1 變壓器各側死區故障

對其展開理論分析，如果變壓器具有較多的運行電壓等級，且通過斷路器間隔設施，有效連接外電路設備，例如常見的隔離開關、斷路器、TA等，對變壓器其中一側以及斷路器兩側展開分析，只有變壓器一側具有TA，母線側不具備，通常情況下會發生多個變壓器死區故障。如果具有兩個運行電壓等級，并且經過斷路器間隔設施，有效連接電路設備，那么至少有兩個變壓器死區故障，如果斷路器兩旁均存在TA，那其回路沒有死區故障[2]。如果具有3個運行電壓等級，并且通過斷路器間隔設備，有效連接外電路設備，那么具有3個變壓器死區故障。如果一個運行電壓等級中存在兩個斷路器間隔設施，這一側具有兩個變壓器死區故障。該故障類型不但發生在變壓器中壓位置，同樣還常常出現在低壓側和高壓側，甚至在低壓側分支也存在。

2.2 變壓器死區故障特點

2.2.1 220kV和110kV側死區故障特點

220kV側死區故障特點相似。如果變壓器110kV側發生故障，因為故障并沒發生在變壓器差動保護范限重，但是存在于110kV母線差動保護中，因此110kV母線差動保護的故障段母線小、大差動保護啟動跳開故障段母線的斷路器，但是主電源在220kV一側，仍具有短路電流，故障無法切除。該環節中，220kV變壓器110kV側TA具有相應的短路電流通過，導致110kV母線差動保護的大、小差動保護動作無法返回，在這一過程中，220kV變壓器110kV側后備保護動作同樣沒返回[3]。

對其他情況進行分析，110kV母線差動保護停用的過程中發生死區故障，220kV變壓器110kV側后備保護，110kV側故障靈敏度較好，根據一定延時動作將220kV變壓器110kV側斷路器跳開，但是主電源在220kV側，仍提供短路電流，無法徹底消除故障。該環節中，220kV變壓器110kV側TA中存在短路電流，因此220kV變壓器110kV側后備保護動作返回困難。

220kV側或者110kV側中性點，在不接地環節，發生死區故障，主要原因在于該側中性點間隙零序電流，或者零序電壓保護工作跳變壓器各側斷路器切除故障[4]。

2.2.2 低壓側死區故障特點

一般情況下，220kV變壓器低壓側的電壓等級能夠劃分為35kV和10kV，通常不在該側母線設置差動保護，通過變壓器低壓側后備保護，按照該母線故障進行相應調整，實現限時速斷保護，將其當作是母線故障保護。

3? 變壓器死區故障幾點保護方案

3.1 其他死區故障繼電保護方案

3.1.1 線路斷路器死區故障繼電保護方案

如果線路斷路器和TA之間存在問題，通常表現為線路斷路器死區故障，該故障類型不受到縱聯保護，不過被線路短路器連接母線差動保護，母線差動保護動作跳開：第一，縱聯保護閉鎖式電路，通過母線差動保護動作后，將該側線路縱聯保護啟動，加快對側線路縱聯保護動作跳閘;第二，縱聯保護允許式電路，通過母線差動保護動作后，將允許信號傳輸到側線路縱聯保護，加速縱聯保護動作跳閘。

3.1.2 母聯斷路器死區故障繼電保護方案

一般情況下，母聯斷路器和TA之間可能會發生問題，也被稱作母聯斷路器死區故障，啟動母線差動保護時，非故障的母線大、小差動保護，將其全部斷路器跳開。母聯斷路器在分閘中，無法有效切除故障，母聯斷路器TA中仍然有短路電流，母線差動保護的大差動保護動作返回困難，通過相應延時退出母聯斷路器TA電流差動保護，也被稱作封母聯TA[5]。該環節中，做好小差動保護工作，故障轉變為區內故障，故障位置母線的大、小差動保護啟動跳開故障段母線所有斷路器，將故障切除。

3.2 變壓器死區故障繼電保護方案

3.2.1 方案一

第一，變壓器這一側后備保護跳閘出口，繼電器在動作轉臺下，或者其他保護跳閘出口，繼電器也在動作狀態下。

第二，變壓器這一側A、B、C三相電流均滿足啟動值，或者零序電流大于整定值[6]。

如果符合以上條件，通過必須的延時之后將變壓器這一側變壓差動保護TA退出，也就是變壓器這一側電流不需要進行差動保護電流計算。如果以上其中一個條件無法滿足，0s接入變壓器這一側變壓器差動保護TA，也就是這一側電流需要參與到差動保護電流計算。因為變壓器差動保護不計算故障側電流，也就是說變壓器差動保護整體差流從本來的0或很小值轉變為短路位置短路電流，導致其轉變為區內故障，進而發生變壓器差動保護動作，打開變壓器總出口跳閘回路，將變壓器其他斷路器跳開，切除故障。

3.2.2 方案二

如果變壓器一側后備保護跳閘出口，繼電器在動作狀態下，或者其他保護跳閘出口，繼電器在動作狀態下;變壓器一側A相、B相和C相電流符合啟動值，或者零序電流超過整定值。

如果符合以上條件，通過延時之后將變壓器保護總出口跳閘回路開啟，將變壓器每一側的斷路器啟動條塊，進而實現快速切除死區故障的效果。如果無法滿足相關條件，0s返回，不會將變壓器保護跳閘總出口回路啟動。

對上述兩方案展開分析，對變壓器這一側A相、B相或者C相是否還具有電流進行分析，能夠有效收集保護TA電流，電流的定值滿足變壓器最大負荷電流整定值，如果該側斷路器斷開，死區相間故障的靈敏度整定符合要求。如果變壓器這一側使有效接地系統，零序電流或者負零序電流能夠給根據變壓器這一側母線接地故障具備充足的靈敏度整定。如果變壓器一側的電壓等級為35kV系統，或者以下系統，不接地或者消弧線圈接地系統較為常見，可以不使用變壓器該側零序電流作為判斷依據。如果為電阻接系統，那么可以使用變壓器該側零序電流作為判斷依據[7]。

3.2.3 方案三

如果220kV變壓器一側出現死區故障，這一側母線差動保護動作，跳開變壓器這一側的斷路器，這一側斷路器位于分閘位置，但是220kV變壓器這一側TA仍然存在一定的故障問題，有故障電流經過，分析母聯斷路器死區故障繼電保護措施，制定“封TA”跳閘控制措施[8]。

變壓器這一側斷路器在分閘;變壓器這一側A、B、C三相電流均大于整定值，或者零序電流超過整定值。

如果符合以上條件，通過延時后將變壓器這一側差動保護TA退出也就是在對變壓器差動保護電流計算的過程中不考慮這一側電流。如果不符合以上任一條件，0s接入變壓器該側差動保護TA，也就是對差動保護電流計算的過程中需要考慮這一側電流。因為變壓器差動保護將故障側電流退出，對差動保護電流進行計算，導致綜合差流從本來的0或極小值轉變為短路點的短路電流，導致判斷故障轉化為區內故障，發生變壓器差動保護動作，完全跳開變壓器其他側斷路器，將故障切除[9]。

3.2.4 方案四

變壓器一側斷路器在分閘位置;變壓器一側A相電流或B相電流或者C相電流大于整定值，或者零序電流大于整定值。

如果與以上條件均相符，通過延時后將變壓器保護總出口跳閘回路啟動，將其各側斷路器跳開，能夠有效及時的切除這類變壓器死區故障。如果不符合以上任一條件，0s返回，變壓器保護總出口跳閘回路不啟動。詳細分析方案3和4，電流能夠裁切機變壓器這一側差動保護TA電流，其相電流整定值大于變壓器這一側額定電流。

4? 結語

本文對變壓器死區故障特點進行全面分析，共提出上述幾種變壓器死區故障的繼電保護方案，相較于方案一、三，方案二、四的操作更加簡便，動作速度更快，優勢明顯，可將其作為首選方案。在具體應用過程中，還可以有效結合四種方案，優勢互補，提高效果。

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