高阻抗變壓器后備保護探討

劉 航

（錦州供電公司，遼寧 錦州 121000）

高阻抗變壓器后備保護探討

劉 航

（錦州供電公司，遼寧 錦州 121000）

電網建設水平的提高，使其覆蓋規模更大，相應的容量也在增加，電路短路電流水平也有一定程度的提高，針對此類特點，可以選擇用高阻抗變壓器代替以往常規三繞組變壓器，可以有效抑制電網短路電流。但是在實際應用中發現，變壓器高、中壓測配置復壓過流保護與阻抗保護，如果其動作靈敏度不能夠完全滿足變壓器低壓側相間短路故障要求，這樣便會直接影響到變壓器運行效率。文章對高阻抗變壓器后備保護技術要點進行了簡要分析，提出了對應處理措施。

高阻抗變壓器；后備保護；阻抗保護

對于高壓大容量變壓器來說，其常用阻抗保護為相間短路后備保護，如果變壓器內部出現相間短路問題，會造成阻抗保護靈敏度降低，削弱設備保護效果。現在常用的高阻抗變壓器，其主要由三個單相變壓器組成，相互間保持一定間距，內部基本上很少會出現相間短路問題，多發生在外部引線。這樣為提高設備保護效果，可以應用受勵磁涌流影響小阻抗縱聯保護原理，作為縱差洞保護后備，將外部引線上相間短路問題快速可靠切除，提高快速保護冗余度。

1　高阻抗變壓器保護系統

一般情況下，多在變壓器的低壓側進行限流電抗器設置，以此對低壓側故障短路電流起到限制作用。但從實際運用效果看，限流電抗器和變壓器的低壓繞組之間出現故障時，仍有較大短路電流沖擊著變壓器繞組；且當電抗器與低壓側出現故障后，變壓器高壓側過流保護靈敏度會降低，為提高設備運行可靠性，必須要設置專用電抗器復壓過流保護作為后備保護，對電流取限流電抗器進行保護［1］。此變壓器與普通變壓器相比較，前者高-低繞組短路的阻抗更大，一旦低壓側發生故障，不會出現大短路電流沖擊變壓器。可以在很大程度上，減少低壓側所設置限流電抗器的數量，且不需要通過其限流電抗器限制短路電流，與傳統設計方式相比所需成本更低。

針對高阻抗變壓器，除了給予普通變壓器的后備保護之外，還能進行低壓側復壓及電流保護，切實提高低壓側故障的靈敏性。低壓側外部故障使得其嚴重保護，亦能繼續保護變壓器。選取高壓側電流，對過流元件進行保護，在此基礎上，加上中壓側電流矢量便能獲得低壓側電流，如此一來，即使低壓側的外部故障及低壓側故障嚴重飽和，也可經高壓側及中壓側電流，計算得出低壓側電流［2］。

2　高阻抗變壓器低壓側側復壓與電流保護整定

2.1動作電流

復壓及電流保護動作電流大多依照躲變壓器的低壓側額定電流來整定。

其中，Krel表示可靠系數，取值范圍1.2～1.3；Iel表示低壓側額定負荷電流；Kr表示返回系數，取值范圍0.85～0.95；na表示低壓側電流互感器變化。

2.2延時時間

復壓及電流保護延時時間的整定，需根據低壓側的最長出現保護動作時間作出分析。若復壓及電流的保護電流無法避過中壓側區外故障最大不平衡電流，整定時就需考慮到中壓側過流保護動作時間。在復合電壓元件相間低電壓及復序相電壓整定上，均需要嚴格按照專業標準來進行，保證每個細節的規范性。

3　高阻抗變壓器復壓與電流保護

3.1保護原理

高阻抗變壓器復壓及電流保護，主要包括兩部分，即過流元件、復合電壓元件。針對過流元件，應充分考慮到變壓器空投及切除區外故障勵磁涌流、高壓側及中壓側CT斷線等問題；而針對復合電壓元件，需考慮到低壓側電壓壓板退出及PT斷線影響保護作用等問題。

3.2過流元件

高壓側及中壓側CT二次都采用了星形接線，直接將二次電流接進保護裝置。在電流方向中，正方向為指向變壓的方向。以下為低壓側復壓及電流保護過流元件計算公式：

在公式中，Kh、K1和Km分別代表了主變高壓側、低壓側和中壓側的平衡系數；而、則分別代表主變高壓側、中壓側經過星角變換之后的電流。

通常來說，110kV及其以上級別系統多是電流接地形式，一旦系統出現接地故障，中性點接地，則中性點會流出零序電流，在該情況下計算低壓側及電流，并非實際低壓側電流，需要將零序電流影響進行消除，以防區外故障時復壓及電流誤動。這樣就決定了低壓側電流的計算，需要先將高壓側與中壓側電流內零序電流消除。其中，主保護與后備保護結合的高阻抗變壓器，差動保護中高、中壓側電流會經過星角變化消除所存零序電流影響，可以直接應用主變高、中壓側星角變換后的電流進行計算［3］。

3.3復合電壓元件

在進行低壓側復壓及電流保護整定時，多依照躲定壓測的額定電流，由于過流定制偏低，當低壓側的電動機自行啟動時，極易使過流元件發生誤動作，故應對保護需要增設的元件進行閉鎖。該元件由兩部分組成，即低壓電、負序電壓，前者主要反映了系統的對稱故障，而后者反映不對稱故障。條件一：U2＞U2.op；條件二：U＜Uop，滿足任一條件均能引起元件動作。

在公式中，U表示最小線電壓，U2.op代表負序電壓的整定值，而Uop代表低電壓的整定值。

3.4高、中壓側CT斷線

在高壓側及中壓側較重負荷下出現CT斷線，可按照高壓側及中壓側電流對和電流進行計算，此時計算結果較低壓側復壓及電流保護定值大。故分析時，應綜合考慮到高壓側及中壓側的CT斷線影響，當一側出現CT斷線時給予閉鎖保護。

3.5PT斷線影響

低壓側復壓及電流保護，若不對低壓側設置分支，當低壓側PT斷線或電壓壓板退出時，變為過流保護；若低壓側設置分支，當一個PT斷線或電壓壓板退出時，由另一分支電壓進行啟動保護；當兩個PT斷線或電壓壓板退出時，變為過流保護。

4　高阻抗變壓器后備保護優化方案

可以配置雙重化主、后備保護，實現主保護護衛備用，來提高故障保護動作可靠性。同時，還要加強變壓器主保護設計，為主保護安裝差動速斷保護、比例差動保護、零序比例差動保護、工頻變化量比例差動保護以及瓦斯保護［4］。其中，差動速斷保護能夠保證在短路電流達到4～10倍穩定電流時快速出口。比例差動保護能夠良好適應各種故障，確保快速且可靠動作。瓦斯保護無論是對于輕微故障還是嚴重故障，均有比較高的靈敏度。在變壓器出現相間短路故障后，存在多個主保護裝置及時動作，來提高設備保護的可靠性，且能夠降低后備保護裝置的復雜程度。同時，還應淡化過流保護與阻抗保護作變壓器內部故障后備保護的作用，將其轉換為中壓側與低壓側母線以及饋線后備保護，以免外部短路時間過長，流過短路電流將變壓器燒毀。

5　結束語

高阻抗變壓器現在已經被廣泛地應用到電網中，對其后備保護問題進行分析，需要結合保護裝置特點，對變壓器相間短路后備保護整定計算，確定短路故障后后備保護靈敏度，然后采取措施進行優化，保證設備運行可靠性。后備保護憑借其較高靈敏性，在保障變壓器可靠、安全運行方面發揮極其重要的價值，需要提高對此方面的重視，確定常見問題，有針對性的進行技術優化。

［1］黃曙，鄧茂軍，張鵬遠.高阻抗變壓器后備保護的研究［J］.電力系統保護與控制，2010，（22）：166-169.

［2］賀元康，姜山，鄭州，等.高阻抗變壓器相間短路后備保護靈敏度的提高［J］.電力系統保護與控制，2010，（3）：67-71.

［3］賀元康，鄭州.對高阻抗變壓器后備保護問題的思考［J］.廣西電力，2009，（3）：41-44.

［4］賀元康，張敏，鄭州，等.提高高阻抗變壓器相間短路后備保護靈敏度的方案［J］.電氣應用，2010，（17）：58-62.

TM426

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1671-3818（2016）09-0037-02

劉航（1981-），男，遼寧錦州人，研究方向：繼電保護。