快速切除220kV變壓器死區故障的繼電保護技術實踐研究

王洪濤

摘 要：在現階段電力死區故障處理過程中，快速切除220kV變壓器死區故障是電力控制的新模式，其可以在保證死區故障合理預防的同時，為后續電力系統穩定運行提供依據。文章以某側斷路器死區故障為例，闡述了快速切除220kV變壓器死區故障所有故障點及故障因素，對220kV變壓器在其故障切除中的應用進行了簡單的分析。以期為快速切除220kV變壓器死區故障繼電保護技術的合理應用提供有效的借鑒。

關鍵詞：220kV；變壓器；死區故障；繼電保護技術

中圖分類號：TM772 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）33-0149-02

Abstract： In the current stage of power dead-time fault processing， rapid removal of 220kV transformer dead-zone fault is a new mode of power control， which can ensure the reasonable prevention of dead-time fault and provide the basis for the follow-up power system stable operation. Taking one side circuit breaker dead zone fault as an example， this paper expounds all fault points and fault factors of fast removing 220kV transformer dead zone fault， and simply analyzes the application of 220kV transformer in its fault removal， in order to quickly remove the dead zone fault of 220kV transformer relay protection technology and thus to provide an effective reference for the rational application.

Keywords： 220kV； transformer； dead-zone fault； relay protection technology

前言

220kV變壓器的繼電保護方案主要是在運行設備發生短路故障，將故障屏蔽在電網運行范圍外的一種繼電保護方法。220kV變壓器繼電保護模式的設計，雖然在一定程度上提升了短路故障處理效率，但是不可避免的在保護范圍上出現了死區。這種情況下，短路故障問題就無法有效處理。因此，對快速切斷220kV變壓器死區故障繼電保護方案進行適當探究具有至關重要的意義。

1 220kV變壓器中壓側死區故障概述

如上圖所示，2017年05月15日，某電網發生一起220kV變壓器中壓側死區故障。整體事故發生的根本原因為在3號主變壓器安裝過程中，在其吊裝變壓器110kV側斷路器工作結束后，相關工作人員在斷路器上方隔離開關操作位置，進行吊裝鋼絲繩的收集。而由于作業人員沒有考慮鋼絲繩彈性的變化，將鋼絲繩從隔離開關位置向下滑落的過程中，最終降落到1號主變壓器110kV側斷路器位置（圖上所示短路位置），最終導致與斷路器相連接的導線出現接地短路情況。隨之接地短路故障引起110kV母線差動保護動作，切斷1號變壓器110kV側斷路器2QF[1]。而由于此電網系統主電源為220kV側，導致短路故障沒有切除，在0.8s之后轉為AB相間短路；此故障在1號變壓器差動保護范圍外，只能由對側變電站220kV線路零序II段保護在1.45s內動作切斷斷路器4QF來切除故障。

上述故障發生后由變壓器高壓側后備保護、上級電源線路后備保護動作切除，整體保護動作在1.5s內，最終導致該電網出現2臺220kV變壓器損壞。

2 220kV變壓器死區故障繼電保護技術實施措施

2.1 220kV變壓器死區故障繼電保護技術實施要點

由上述事故可知，在上述變壓器故障發生之后，出現了變壓器110kV側死區故障。雖然110kV母差保護正確動作跳開變壓器110kV側斷路器2QF，且變壓器110kV側后備保護也正確動作并作用于110kV側斷路器2QF；由于220kV側主電源仍然供應短路電流，變壓器110kV側仍然有較大的短路電流流經，最終造成變壓器110kV側短路故障切除時間過長，主設備損壞的情況。

2.2 220kV變壓器死區故障保護方案設置

在母線差動保護中，若母聯斷路器與TA之間出現故障，則母線差動保護中非故障母線小差保護、大差保護啟動，進而使母線上全部斷路器斷開；此種情況即為母線死區故障。這種情況下，由于母聯斷路器在分閘位置并不能保證相應母線故障的有效切除[3]。即母線差動保護大差保護未有效返回，經150ms延時將母聯斷路器TA電流封鎖，不參與非故障母線的差流計算。上述變壓器死區故障與母線死區故障類似。因此依據220kV變壓器各側死區故障特征及繼電保護動作特征，在實際處理過程中，若220kV變壓器某側出現死區故障，則可以設置基于母線死區故障保護原理的繼電保護措施。即變壓器某側死區故障封鎖該側TA二次電流跳閘控制措施。具體死區故障保護方案邏輯視圖如下：

如上圖所示，在220kV變壓器某側死區故障封TA跳閘控制方案運行過程中，首先220kV變壓器故障側啟動后備保護跳閘出口，故障側斷路器及變壓器故障側母線差動保護動作；然后變壓器故障側某相達到啟動值，同時負序電流在差動保護整定值以上。在變壓器某側故障條件全部具備之后，通過一定延時時間，將變壓器故障側TA二次電流封鎖；使220kV變壓器故障側電流不參與變壓器差動保護電流計算。因此在變壓器死區故障發生0s時，220kV變壓器故障側電流參與差動保護的差流計算，隨后220kV變壓器差動保護將故障側電流延時后退出變壓器差動保護差流計算，即220kV變壓器差動保護差流由以往的0轉化為故障點極大短路電流。而這種情況下，220kV變壓器區外故障就轉化為區內故障。對于220kV變壓器區內故障而言，可通過變壓器差動保護動作啟動變壓器總出口跳閘回路，并跳開220kV變壓器其他與故障點相鄰的斷路器，保證相應故障的有效切除。

2.3 應對220kV變壓器死區故障具體實施辦法

以220kV變壓器中壓側死區故障為例。一方面若變壓器中壓側斷路器2QF與電流互感器TA間出現短路故障，則在220kV變壓器配置的中壓側母線差動保護范圍內出現故障點，且相應故障點在220kV變壓器縱聯差動保護范圍外。這種情況下，220kV變壓器中壓側母線差動保護動作，隨之切除接于故障點母線上的斷路器及變壓器中壓側斷路器2QF。另一方面，若變壓器高壓側或低壓側存在短路電流，則由于變壓器中壓側斷路器2QF位于分閘情況，若該故障點在變壓器斷路器2QF、電流互感器間，或者故障相負序電流、零序電流均超出以往負序電流、零序電流整定值，則220kV變壓器第I套差動保護、第II套差動保護跳閘出口。

依據上述已知條件，可判定該故障為220kV變壓器某側死區故障，與變壓器差動保護動作啟動條件相符。這時可利用繼電保護裝置，保證變壓器某側死區故障的及時判定，便于相應故障的有效及時切除。

3 結束語

綜上所述，基于變壓器與斷路器、電流互感器的連接方式，在220kV變壓器運行過程中不可避免的會出現死區故障。而針對220kV側變壓器死區故障問題，常規的電力繼電保護措施并不能發揮良好的作用。因此為了保證電網設備始終在穩定運行狀態，電力工作人員可以從220kV變壓器110kV側死區故障的特點入手，參考母線死區故障的設計方案，增加變壓器差動保護對死區故障的判別，保證220kV變壓器死區故障的及時切除。

參考文獻：

[1]湯大海，陳永明，曹斌，等.快速切除220kV變壓器死區故障的繼電保護方案[J].電力系統自動化，2014（4）.

[2]楊凡，李偉，尹項根，等.一種3/2接線死區故障隔離與誤切元件快速恢復方法[J].電力系統保護與控制，2016（20）.

[3]韓萍.快速切除220kV變壓器死區故障的繼電保護方案的研究[J].電子測試，2016（20）.