SEL-387在220 kV主變保護中的應用分析

劉 春

(國網重慶市電力公司檢修分公司，重慶 400039)

SEL-387在220 kV主變保護中的應用分析

劉 春

(國網重慶市電力公司檢修分公司，重慶 400039)

在電力系統中變壓器是一種重要的設備，尤其是主變壓器，由于主變壓器容量較大，電力系統對其工作可靠性要求很高，所以應十分重視主變保護。現介紹了SEL-387差動保護裝置，并就其在220 kV主變保護中的應用進行了分析。

SEL-387；主變；保護；應用

0 引言

在電力系統中，對主變壓器的主保護方式一般包括瓦斯保護和差動保護等，后備保護方式包括過電流保護、過負荷保護、母線差動保護等。差動保護是當下流行的主變保護方式，差動保護裝置一般由芯片、中間繼電器、電流/電壓互感器和開關電源組成。SEL-387就是一種差動保護裝置。

1 變壓器的差動保護

變壓器的差動保護是按照基爾霍夫電流定理進行工作的，在變壓器正常運行時，變壓器的流入電流和流出電流相等，差動保護不起作用，但是當變壓器內部發生故障時，故障位置就會有短路電流，差動保護感受到不平衡電流，從而做出動作對變壓器進行保護。

與一般的線路差動保護不同，變壓器差動保護受到很多因素的影響，因此我們在設計變壓器差動保護時要考慮以下因素：

(1) 變壓器并不是一個普通的電器而是一個四端元件，在變壓器內部存在著勵磁阻抗，而且在空載投運后變壓器內的勵磁電流會超過正常運行電流的5倍，這對變壓器的差動保護有很大的影響。

(2) 大多數變壓器都是采用YD11的接線方式，這會使變壓器兩側電流形成30°的相位差，這一相位差會產生不平衡電流，影響變壓器的差動保護。

(3) 在電力系統中一般通過調整分接頭來調整電網電壓，但是改變分接頭會改變變壓器的變比，這是因為差動保護只能按照一個特定的變比整定計算，以消除不平衡電流的影響。但是當差動保護動作后，分接頭被重新調整，又會出現新的不平衡電流。

(4) 一般情況下，變壓器每側的電流互感器型號各不相同，從而會在差動回路中產生不平衡電流。

(5) 變壓器在發生外部故障時，電流互感器會在大電流的情況下處于飽和狀態，這樣很容易產生差流使保護誤動。

2 SEL-387裝置

SEL-387即電流差動和過流繼電器，它是由美國公司生產的，包括4個電流差動保護元件和4個過流保護元件。由于SEL-387差動保護靈活、可靠性高、適應性強，因而在電力行業得到廣泛應用。

SEL-387可以實現差動計算、相位補償、零序差動保護、諧波計算等功能。在普通的差動保護中，三相電流互感器的實際變比與計算變比不同從而產生不平衡電流，影響主變保護，過去采用的平衡線圈或者中間變流器的方法都不能有效消除不平衡電流，但是SEL-387可以有效消除電流互感器產生的不平衡電流，完成差動保護。

通常情況下，變壓器采用YD11的接線方式，這樣變壓器高、低壓側的電流就會存在相位差，SEL-387利用軟件計算方式實現相位補償。該方法不但能夠測量到變壓器兩側電流的實際幅值和相位，而且可以簡化差動保護裝置的設計和安裝程序。另外，SEL-387還可以通過比較極化電流和工作電流，對故障發生位置作出準確的判斷，同時還可有效防止由變壓器空載時勵磁涌流所引起的差動保護的誤動作。

3 SEL-387在220 kV主變保護中的應用

由于SEL-387是進口的差動保護裝置，因此其原理與國內一般的差動保護裝置有很大差別。SEL-387在220 kV主變保護中的應用應注意以下問題：

3.1 要考慮到裝置的比率制動原理

SEL-387裝置采用的是比率制動原理，在變壓器外部出現短路故障時，SEL-387裝置會產生可靠的制動電流，當變壓器出現內部故障時該裝置又能有效避免不平衡電流的影響。在主變壓器內部故障時，比率制動的制動量很小而動作量較大，因而SEL-387裝置能夠可靠動作，而在變壓器外部故障時其不會動作。

3.2 變壓器電流相位差的補償

由于變壓器高、低壓側存在30°的相位差，因此會使高、低壓側的二次電流有150°的相位差，SEL-387通過軟件計算的方法解決了相位補償問題。在軟件計算中，SEL-387將某一側的三相電流按逆時針方向旋轉n×30°(n為0～12的整數)，鑒于此，我們在設計安裝變壓器時可以不用考慮變壓器各側的連接方式，而將各側的三相電流互感器都連接成Y型。

3.3 三相電流互感器飽和制動

變壓器外部故障所產生的短路電流很可能導致變壓器兩側三相電流互感器嚴重飽和，從而在高、低壓側形成較大差流。為了正確區分是變壓器內部故障還是外部故障，SEL-387采用了外部故障三相電流飽和制動的措施，根據對暫態不平衡電流產生過程的分析我們知道，在變壓器一次側短路時，二次側的暫態不平衡電流會比穩定時不平衡電流大5倍，這樣很容易引起保護裝置的誤動作。但是外部故障的差動電流與內部故障的差動電流有一個明顯的區別，就是在外部故障時，由于勵磁回路的電感，勵磁電流不會在短路一發生就立即上升，而是要滯后幾個周期，因此我們可以利用這一點辨別是外部故障還是內部故障。

在變壓器外部故障短路時，不平衡電流產生的差流還很小，經過幾個周期后，差流才能達到動作電流的界限，如果短路的瞬間不平衡電流產生的差流與制動電流都位于附加制動區域內，不平衡電流差流雖然達到了動作界限，保護裝置也不會動作；當差流與制動電流離開附加制動區域后，不平衡電流產生的差流已經下降到動作界限之下，這就有效地控制了三相電流互感器的飽和狀況。

3.4 二次諧波制動保護

一般情況下，在變壓器空載投入時會產生大量的涌流，這會造成保護裝置的誤動。為了避免這種情況，SEL-387可以利用計算機軟件計算涌流，同時計算二次諧波與基波電流的比，以此來制動比率差動元件，防止保護誤動。

SEL-387計算二次諧波的方法：利用快速傅里葉變換得到每個周期的64個采樣點。該方法最高可以計算15次諧波。

3.5 SEL-387的后備保護

SEL-387除了具有良好的差動保護能力外，還可以進行后備保護，這樣就對主變壓器形成了雙重保護，因而被電力行業廣泛采用。SEL-387的后備保護一般有過負荷保護和復合電壓過電流保護，具體如下：

(1) 主變壓器長時間的過負荷工作會使變壓器絕緣材料加速老化，造成變壓器損壞。SEL-387裝置設置了負荷電流的界限值，并且發出信號，然后由工作人員根據實際情況決定是否關閉主變壓器。

(2) 在變壓器外部加裝電壓繼電器，并且確定負電壓、低電壓的界限值，同時將繼電器與SEL-387裝置進行串聯，這樣在短路故障時，電壓的變化會產生過電流，SEL-387檢測到過流從而保護動作。

4 結語

現階段，電力行業普遍采用SEL-387主變保護裝置，因此本文對其進行了詳細介紹，系統分析了差動保護的原理以及影響差動保護的原因。SEL-387裝置在220 kV主變壓器的保護中發揮了很大的作用，不但能夠有效完成差動保護，而且能夠對變壓器進行過流后備保護，這大大提高了主變保護的可靠性。由于SEL-387與傳統主變保護裝置相比有更好的靈敏度、精度和可靠性，能夠解決傳統主變保護裝置無法解決的問題，同時SEL-387設計簡單、安裝容易、性能穩定，因此其在主變壓器的保護工作中有著良好的應用前景。

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[3]張軍.微機型繼電器SEL387用于三繞組三相變壓器差動保護[J].電世界，2007(12)

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2014-04-08

劉春(1963—)，男，重慶人，技師，工程師，研究方向：變壓器維修。