摘要：變壓器相間后備保護(hù)對(duì)低壓側(cè)相間短路故障靈敏度不足和動(dòng)作時(shí)限過(guò)長(zhǎng)，是外部故障造成變壓器損壞的主要原因，分析了反應(yīng)變壓器低壓側(cè)相間短路的保護(hù)方案，提出了改進(jìn)措施，這在變壓器微機(jī)保護(hù)中應(yīng)用簡(jiǎn)單易行，對(duì)保證系統(tǒng)和變壓器的安全穩(wěn)定運(yùn)行有積極的作用。
　　關(guān)鍵詞：變壓器；后備保護(hù)；靈敏性；測(cè)量阻抗
　　
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　　變壓器是電網(wǎng)中十分重要的元件之一，它的安全運(yùn)行直接關(guān)系到電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行和供電的可靠性。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)曾多次出現(xiàn)過(guò)三繞組變壓器因低壓側(cè)(d接線(xiàn))外部相間短路造成變壓器直接損壞的事故，甚至引發(fā)系統(tǒng)事故或大面積停電事故［1，2，3］。究其原因，一是變壓器相間后備保護(hù)動(dòng)作時(shí)限過(guò)長(zhǎng)或由于低壓側(cè)斷路器拒動(dòng)；二是變壓器高壓側(cè)后備保護(hù)對(duì)低壓側(cè)相間故障靈敏度不足。因此，在重視大型變壓器主保護(hù)的同時(shí)亦應(yīng)重視其后備保護(hù)，認(rèn)真研究它的合理配置與整定計(jì)算，確保大型變壓器自身的安全和系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。?
　　
　　1變壓器相間后備保護(hù)存在的問(wèn)題

　　變壓器高壓側(cè)相間后備保護(hù)主要作為變壓器內(nèi)部故障的后備保護(hù)及中、低壓側(cè)母線(xiàn)故障的后備保護(hù)。《繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)范》第2.3.5.2條規(guī)定在過(guò)電流保護(hù)不滿(mǎn)足靈敏度要求時(shí)，可用復(fù)合電壓?jiǎn)��?dòng)的過(guò)電流保護(hù)；第2.3.5.3條規(guī)定可用一個(gè)負(fù)序電流繼電器和一個(gè)單相低電壓?jiǎn)��?dòng)的過(guò)電流繼電器組成后備保護(hù)；第2.3.5.4條規(guī)定對(duì)于升壓變壓器和系統(tǒng)聯(lián)合變壓器，當(dāng)采用前述兩款的保護(hù)不能滿(mǎn)足靈敏性和選擇性要求時(shí)，可采用阻抗保護(hù)。這三種保護(hù)由于種種原因起不到低壓側(cè)相間短路后備保護(hù)的作用。?

　　1.1復(fù)合電壓?jiǎn)��?dòng)的過(guò)電流保護(hù)存在的問(wèn)題
　　一般220?kV及以上的降壓變壓器和聯(lián)絡(luò)變壓器的高壓側(cè)配置了復(fù)合電壓起動(dòng)的過(guò)電流保護(hù)，其電流定值大于變壓器的額定電流，低電壓定值不大于0.7?Ue。由于降壓變或聯(lián)絡(luò)變的低壓側(cè)漏抗相對(duì)較大，這樣就產(chǎn)生以下問(wèn)題［４］：
　　(1)在低壓側(cè)母線(xiàn)或出口附近三相故障時(shí)，高、中壓側(cè)殘壓較高，造成高壓側(cè)復(fù)合電壓?jiǎn)��?dòng)的過(guò)電流保護(hù)電壓元件靈敏度不夠。
　　(2)由于變壓器電抗較大，低壓側(cè)故障時(shí)，高壓側(cè)過(guò)流元件靈敏度不夠。
　　(3)高壓側(cè)相間保護(hù)的電流元件在低壓側(cè)故障切除后有可能不返回造成誤動(dòng)。
　　(4)中、低壓側(cè)過(guò)流保護(hù)與線(xiàn)路保護(hù)的后備段配合，動(dòng)作時(shí)限較長(zhǎng)。

　　1.2負(fù)序電流加單相式低電壓?jiǎn)��?dòng)的過(guò)電流保護(hù)存在的問(wèn)題

　　負(fù)序電流保護(hù)用于反應(yīng)不對(duì)稱(chēng)故障，單相式低電壓?jiǎn)��?dòng)的過(guò)電流保護(hù)用于反應(yīng)對(duì)稱(chēng)故障，如前所述由于變壓器低壓側(cè)漏抗相對(duì)較大，在低壓側(cè)母線(xiàn)或出口附近三相故障時(shí)，高、中壓側(cè)殘壓較高，電壓元件靈敏度不夠；負(fù)序電流元件整定計(jì)算復(fù)雜；動(dòng)作時(shí)限較長(zhǎng)。?

　　1.3相間阻抗保護(hù)存在的問(wèn)題

　　當(dāng)變壓器高、中壓側(cè)配置阻抗保護(hù)作相間短路后備時(shí)，其阻抗繼電器大多采用帶偏移特性的0°接線(xiàn)阻抗繼電器作為測(cè)量元件。若變壓器是Y，Y接線(xiàn)，兩側(cè)電壓和電流沒(méi)有相位轉(zhuǎn)換，阻抗繼電器能正確測(cè)量各種相間短路時(shí)的短路阻抗；若是Y，d接線(xiàn)，兩側(cè)有相位轉(zhuǎn)換，則阻抗繼電器不能正確測(cè)量短路阻抗［4，5］，造成保護(hù)對(duì)d側(cè)兩相短路無(wú)靈敏度可言。
　　上述三種變壓器相間后備保護(hù)均不能靈敏快速地反應(yīng)變壓器低壓側(cè)(d接線(xiàn))兩相短路，巨大的短路電流長(zhǎng)時(shí)間通過(guò)變壓器繞組，嚴(yán)重地影響變壓器的使用壽命，甚至直接造成變壓器損壞。因此，有必要增設(shè)專(zhuān)用于反應(yīng)變壓器低壓側(cè)母線(xiàn)及出線(xiàn)近處兩相短路故障的快速后備保護(hù)，以確保變壓器的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

　　3變壓器低壓側(cè)相間短路的保護(hù)方案及改進(jìn)
　　(1)應(yīng)用同名相全電壓全電流的阻抗繼電器反應(yīng)Y,d-11接線(xiàn)變壓器d側(cè)相間短路故障［6］。設(shè)d側(cè)bc兩相短路，故障點(diǎn)處：Ｙ側(cè)C相電流、電壓為：?
　　
　　(2)應(yīng)用負(fù)序分量距離繼電器反應(yīng)Y,d-11接線(xiàn)變壓器d側(cè)相間短路故障［5］。負(fù)序分量距離繼電器反應(yīng)補(bǔ)償電壓的序分量，其動(dòng)作特性只與故障類(lèi)型有關(guān)而與故障相別無(wú)關(guān)，與變壓器的接線(xiàn)組別也無(wú)關(guān)。補(bǔ)償電壓的各序分量為：?
　　
　　式中：Zset為整定阻抗，(正負(fù)序阻抗相等），
為保護(hù)安裝處的正負(fù)序電壓、電流。
　　負(fù)序距離繼電器的動(dòng)作條件為：?
　　
　　負(fù)序距離繼電器有以下優(yōu)點(diǎn)［3］：
　　(a)一個(gè)判據(jù)對(duì)各種相別的兩相短路故障都能正確測(cè)量；
　　(b)不反應(yīng)負(fù)荷阻抗，可以按靈敏度要求整定；
　　(c)在系統(tǒng)全相運(yùn)行振蕩時(shí)不會(huì)誤動(dòng)；
　　(d)便于實(shí)現(xiàn)電壓斷線(xiàn)閉鎖。
　　(3)應(yīng)用變壓器高、中壓側(cè)三相電流分布的特點(diǎn)反應(yīng)d側(cè)兩相短路［7］。眾所周知，Y，Y，d-11接線(xiàn)變壓器d側(cè)兩相短路時(shí)，由于不存在零序分量，高、中壓側(cè)的電流分布有以下特點(diǎn)：故障落后相故障分量電流最大，是其余兩相故障分量電流的兩倍，且相位相反；其余兩相故障分量電流大小相等且相位相同。在其它側(cè)兩相短路時(shí)，高、中壓側(cè)的電流分布均不具備以上特點(diǎn)。
　　根據(jù)這一特點(diǎn)可以設(shè)計(jì)一邏輯模塊，如圖1，作為變壓器d側(cè)兩相短路的判據(jù)元件，與負(fù)序電流元件和時(shí)間元件構(gòu)成后備保護(hù)。I2定值按躲線(xiàn)路有可能出現(xiàn)的最大不平衡負(fù)序電流整定；動(dòng)作時(shí)限與出線(xiàn)后備段保護(hù)配合。
　　(4)在變壓器低壓側(cè)增設(shè)一套限時(shí)電流速斷保護(hù)［６］，其電流元件按該側(cè)母線(xiàn)相間故障有1.3的靈敏度整定，動(dòng)作時(shí)限比出線(xiàn)第一段大一個(gè)△t(△t取0.3?s)，起到母線(xiàn)故障主保護(hù)的作用。
　　上述四種方案均能靈敏地反應(yīng)變壓器低壓側(cè)相間短路故障，對(duì)微機(jī)保護(hù)來(lái)講都能較容易地實(shí)現(xiàn)。但它們?nèi)愿饔刑攸c(diǎn)，第(1)、(2)兩種方案相對(duì)復(fù)雜一些，且當(dāng)動(dòng)作時(shí)限較短時(shí)需增設(shè)相應(yīng)的附加措施，確保在電壓互感器二次斷線(xiàn)和系統(tǒng)振蕩條件下不誤動(dòng)。第(3)種方案特點(diǎn)鮮明，易于實(shí)現(xiàn)，但動(dòng)作過(guò)長(zhǎng)，需提高速動(dòng)性。第(4)種方案簡(jiǎn)單易行，整定計(jì)算方便，但當(dāng)?shù)蛪簜?cè)斷路器拒動(dòng)時(shí)不能確保變壓器和系統(tǒng)的安全運(yùn)行，整定原則也需調(diào)整，以確保不會(huì)出現(xiàn)非選擇性動(dòng)作。
　　綜上所述，在變壓器微機(jī)保護(hù)中額外增設(shè)最簡(jiǎn)單易行的第(3)、(4)兩種保護(hù)方案，專(zhuān)用于反應(yīng)變壓器低壓側(cè)相鄰元件兩相短路，不需要額外的硬件支持，程序簡(jiǎn)短。只需將第(3)種保護(hù)方案I?２的整定原則改為與出線(xiàn)第二段保護(hù)配合，即I?２的定值大于出線(xiàn)第二段保護(hù)動(dòng)作電流的50%(需考慮分支系數(shù)的影響)，并確保在變壓器低壓側(cè)母線(xiàn)上發(fā)生相同短路時(shí)有1.3的靈敏度。因兩相不接地短路時(shí)負(fù)序電流是三相短路電流的50%；動(dòng)作時(shí)限比出線(xiàn)第二段保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限大一個(gè)△t，保護(hù)動(dòng)作于跳變壓器三側(cè)斷路器，必要時(shí)可以縮短出線(xiàn)第二段保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限(取0.3??s?)，以保證全系統(tǒng)及變壓器的安全穩(wěn)定運(yùn)行為最終目標(biāo)。第(4)種保護(hù)方案的整定原則改為與出線(xiàn)第一段保護(hù)配合，并確保在變壓器低壓側(cè)母線(xiàn)上發(fā)生相間短路時(shí)有1.3的靈敏度。
　　
　　
　　
　　按上述方案改進(jìn)后，當(dāng)在出線(xiàn)第一段保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生相間短路時(shí)，由出線(xiàn)第一段保護(hù)動(dòng)作切除故障，第(4)種方案不會(huì)無(wú)選擇動(dòng)作；當(dāng)在出線(xiàn)第一段保護(hù)范圍外發(fā)生相間短路時(shí)，由出線(xiàn)第二段保護(hù)動(dòng)作切除故障，第(3)種方案不會(huì)無(wú)選擇動(dòng)作；當(dāng)在低壓側(cè)母線(xiàn)上發(fā)生相間短路時(shí)，由(4)種方案快速動(dòng)作切除故障；當(dāng)變壓器低壓側(cè)斷路器拒動(dòng)時(shí)，由第(3)種方案動(dòng)作于跳變壓器三側(cè)斷路器，以確保變壓器本身的安全。因此，增加上述兩種保護(hù)方案后不會(huì)帶來(lái)其它不良后果。?

　　3結(jié)論
　　在變壓器微機(jī)保護(hù)中額外增加上述兩種快速后備保護(hù)，專(zhuān)用于反應(yīng)三繞組變壓器低壓側(cè)(d接線(xiàn))兩相短路故障，簡(jiǎn)單易行，不需要額外的硬件支持，程序簡(jiǎn)短，不會(huì)增加保護(hù)的復(fù)雜性，也不會(huì)帶來(lái)其它的不良后果。此方案是可行的，有利于保護(hù)系統(tǒng)和變壓器本身的安全穩(wěn)定運(yùn)行，適用于中、低壓側(cè)解列(或單獨(dú))運(yùn)行的三繞組變壓器。