變壓器相間短路后備保護(hù)中負(fù)序阻抗繼電器的應(yīng)用研究

游 昊，李本瑜

（云南電力調(diào)度控制中心，云南 昆明 650011）

0 引 言

在變壓器高壓側(cè)的阻抗保護(hù)，是相鄰線路和變壓器低壓側(cè)母線的后備保護(hù)，具有動(dòng)作時(shí)限較短、動(dòng)作范圍穩(wěn)定的特點(diǎn)，線路保護(hù)效果顯著。阻抗繼電器種類多樣，常規(guī)的偏移圓特性阻抗繼電器局限性較大，會(huì)受到Y(jié),d接線干擾，無(wú)法客觀反映真實(shí)阻抗，難以有效解決其中的故障問(wèn)題。負(fù)序阻抗繼電器可以較好地滿足這一需求，有效規(guī)避負(fù)荷阻抗，避免誤動(dòng)問(wèn)題出現(xiàn)。

1 偏移圓特性阻抗繼電器

圖1為系統(tǒng)圖。在變壓器相間短路后備保護(hù)中應(yīng)用偏移圓特性阻抗繼電器，其中Zt是變壓器阻抗，Zl是NK線路的等效阻抗。對(duì)這一問(wèn)題精簡(jiǎn)分析，僅僅從單側(cè)電源角度進(jìn)行考慮，忽視負(fù)荷電流；降壓變壓器用Y,d11接線表示；在變壓器高壓側(cè)安裝阻抗元件，選擇0°接線方式，將電路和電壓折算在變壓器高壓側(cè)。

圖1 系統(tǒng)圖

變壓器高壓側(cè)的偏移圓特性阻抗元件和低壓側(cè)NK線路相互配合，是變壓器低壓側(cè)母線和NK線路的后備保護(hù)。NK線路保護(hù)范圍末端為K，如果K與BC出現(xiàn)相間短路問(wèn)題，可以通過(guò)對(duì)稱分量法將A作為特殊相，變壓器低壓側(cè)正、負(fù)序電流分量為 ，變壓器低壓側(cè)的正、負(fù)序電壓分量則為 。正、負(fù)序電流和電壓分量之間的關(guān)系如下：

將d側(cè)的電壓和電流序分量納入到Y(jié)側(cè)范疇，計(jì)算保護(hù)安裝處的電壓和電流分量，測(cè)量阻抗如下：

繪制測(cè)量阻抗示意圖，如圖2所示，整定阻抗為Zset，取值為 1.3(ZL+Zt)。

從圖2可以看到，如果變壓器的d側(cè)線出現(xiàn)相間短路問(wèn)題，在Y側(cè)安裝的偏移圓特性阻抗繼電器未能發(fā)揮原有作用，將無(wú)法正確測(cè)量故障點(diǎn)的真實(shí)阻抗[1]。

2 負(fù)序阻抗繼電器

負(fù)序阻抗繼電器相較于偏移圓特性阻抗繼電器優(yōu)勢(shì)更突出，將負(fù)序電壓和電流設(shè)為動(dòng)作量，可以摒棄Y,d側(cè)線路負(fù)荷影響，在正常負(fù)荷運(yùn)行下規(guī)避誤動(dòng)問(wèn)題。

圖2 阻抗繼電器測(cè)量阻抗

2.1 負(fù)序阻抗繼電器整定方法

負(fù)序阻抗繼電器在相間短路后背保護(hù)中，正序分量是制動(dòng)的主要依據(jù)，負(fù)序分量是動(dòng)作的主要依據(jù)。

a是負(fù)序阻抗判據(jù)，Krel是可靠系數(shù)。如果a＞0，代表負(fù)序阻抗繼電器動(dòng)作；反之，則為負(fù)序阻抗繼電器不會(huì)動(dòng)作。則代表高壓引線的正、負(fù)序電流；分別代表著高壓母線的正、負(fù)序電壓；Zl代表線路阻抗。綜合考量線路阻抗之間的偏差和可能對(duì)負(fù)序阻抗繼電器的實(shí)際效果帶來(lái)的不良影響，可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)正確測(cè)量來(lái)獲取精準(zhǔn)可靠的數(shù)值[2]。

2.2 電壓互感器斷線閉鎖下負(fù)序阻抗繼電器的運(yùn)行情況

如果電壓互感器斷線處于閉鎖狀態(tài)，負(fù)序阻抗繼電器的運(yùn)行可以分為動(dòng)作量和負(fù)序分量。為了規(guī)避電壓互感器誤動(dòng)問(wèn)題，可以在原有基礎(chǔ)上增設(shè)負(fù)序電流啟動(dòng)元件，形成啟動(dòng)邏輯。如果電壓互感器處于斷線狀態(tài)，盡管存在依然為0。同樣的，電流互感器處于斷線狀態(tài)，出現(xiàn)，但是 為0。所以，如果出現(xiàn)此類情況，負(fù)序阻抗繼電器不會(huì)啟動(dòng)。

2.3 仿真驗(yàn)證

基于MATLAB/Simulink建立仿真分析模型，降壓變壓器Y,d11接線，仿真模型如圖3所示。

圖3 仿真模型圖

圖3 中，在變壓器高壓側(cè)安裝負(fù)序阻抗繼電器，采集三相電壓和電量數(shù)值，并對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和處理，得到負(fù)序阻抗判據(jù)值，與上述的判據(jù)相契合[3]。圖3中的1、2、3、4處分別存在相間短路故障，I段是AB線路和Zset之間的距離，在AB線路末端整定，Krel為0.8，Zset為1241.13 Ω。具體數(shù)值如表1所示。

表1 負(fù)序阻抗繼電器仿真結(jié)果

為了盡可能規(guī)避變壓器相間短路故障問(wèn)題，應(yīng)該結(jié)合實(shí)際情況，遵循變壓器保護(hù)原則，結(jié)合供電系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境，編制合理的設(shè)計(jì)方案，以便提升變壓器運(yùn)行可靠性。在具體工作中，立足實(shí)際制定合理的變壓器保護(hù)方案，充分掌握電路保護(hù)策略的實(shí)際特征，結(jié)合電路保護(hù)策略特征選擇合理的方案。針對(duì)具體問(wèn)題，應(yīng)加強(qiáng)電路保護(hù)，尋求合理的技術(shù)和管理措施，在改善變壓器運(yùn)行條件基礎(chǔ)上，盡可能避免出現(xiàn)變壓器相間短路故障問(wèn)題[4-6]。

針對(duì)變壓器相間短路故障問(wèn)題，可以在母線橋上設(shè)立絕緣熱縮保護(hù)材料，加強(qiáng)變壓器保護(hù)。一旦發(fā)現(xiàn)相間短路故障出現(xiàn)，可以及時(shí)對(duì)變壓器作色譜分析。如果色譜分析異常，則需要立即停止變壓器，并做進(jìn)一步的檢查和試驗(yàn)[7]。反之，如果色譜分析正常，需要間隔較短時(shí)間后再次進(jìn)行檢查和分析，編制合理的調(diào)查報(bào)告[8]。如果變壓器出口附近線路發(fā)生短路故障，需要在保證開關(guān)正確的同時(shí)，及時(shí)切斷故障，保證線路運(yùn)行安全。相關(guān)工作人員可以定期組織變壓器繞組變形測(cè)試，全面掌握變壓器的運(yùn)行情況，盡可能降低相間短路故障發(fā)生幾率。

3 結(jié) 論

綜上所述，在變壓器相間短路后備保護(hù)中，通過(guò)負(fù)序阻抗繼電器可以有效解決故障問(wèn)題，規(guī)避負(fù)荷阻抗，避免出現(xiàn)誤動(dòng)問(wèn)題。但是，此種方式卻無(wú)法靈活應(yīng)對(duì)三相短路，需要進(jìn)一步改進(jìn)和完善，建立完備的變壓器后備保護(hù)。