快速切除220kV變壓器死區(qū)故障的繼電保護(hù)方案研究

孔令聘

摘? 要：通過變壓器電源側(cè)后備保護(hù)動(dòng)作，或者使用聯(lián)跳變壓器其他側(cè)斷路器相關(guān)方法，將220kV變壓器某側(cè)斷路器以及變壓器差動(dòng)保護(hù)電流互感器（TA）存在的故障切除，通常情況下需要耗費(fèi)大量時(shí)間;因?yàn)槭且环N出口故障，因此變壓器損壞十分常見?？焖偾谐?20kV變壓器死區(qū)故障繼電保護(hù)技術(shù)是當(dāng)下繼電保護(hù)的一種新方法，得到了電力行業(yè)的廣泛應(yīng)用，該方法能夠?yàn)殡娏ο到y(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供保障，也能夠有效預(yù)防死區(qū)出現(xiàn)故障等問題?；诖耍疚膶?duì)故障保護(hù)原理進(jìn)行探討，提出繼電保護(hù)策略。

關(guān)鍵詞：變壓器死區(qū)? 繼電保護(hù)? 快速切除? 方案

中圖分類號(hào)：TM77? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-098X（2020）12（c）-0008-03

Abstract： It usually takes a lot of time to clear the faults of the circuit breaker at one side of the 220 kV transformer and the current transformer （TA） of the differential protection of the transformer through the backup protection action at the power supply side of the transformer or by using the relevant methods of the circuit breaker on the other side of the transformer， which usually takes a lot of time; because it is an export fault， the fault of the current transformer （TA） of the transformer differential protection is removed， Therefore， transformer damage is very common. Fast removal of 220kV Transformer dead zone fault relay protection technology is a new method of relay protection， has been widely used in the power industry， this method can provide security for the stable operation of the power system， but also can effectively prevent dead zone failure and other problems. Based on this， this paper discusses the fault protection principle and puts forward the relay protection strategy.

Key Words： Dead zone of transformer; Relay protection; Fast removal; Scheme

220kV變壓器死區(qū)故障在日常生活生產(chǎn)中較為常見，主要指變壓器某側(cè)斷路器和變壓器差動(dòng)保護(hù)電流互感器（TA）之間出現(xiàn)的故障，是一種死區(qū)故障，同時(shí)也是保護(hù)的死角，也就是常見的死區(qū)故障。為了能夠有效提高運(yùn)行效果，制定和實(shí)施有效的變壓器死區(qū)繼電保護(hù)策略具有重要的意義，能夠快速切除故障，為電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供保障。

1? 當(dāng)下切除變壓器死區(qū)故障過程中存在的不足

現(xiàn)如今變壓器死區(qū)故障發(fā)生率越來越高，工作人員逐漸認(rèn)識(shí)到死區(qū)故障對(duì)變壓器形成的危害，變壓器故障側(cè)的后備保護(hù)聯(lián)條變壓去各側(cè)斷路器的方法得到了廣泛應(yīng)用，該方法效果明顯，但是耗時(shí)較長(zhǎng)[1]。

2? 變壓器死區(qū)故障特點(diǎn)

2.1 變壓器各側(cè)死區(qū)故障

對(duì)其展開理論分析，如果變壓器具有較多的運(yùn)行電壓等級(jí)，且通過斷路器間隔設(shè)施，有效連接外電路設(shè)備，例如常見的隔離開關(guān)、斷路器、TA等，對(duì)變壓器其中一側(cè)以及斷路器兩側(cè)展開分析，只有變壓器一側(cè)具有TA，母線側(cè)不具備，通常情況下會(huì)發(fā)生多個(gè)變壓器死區(qū)故障。如果具有兩個(gè)運(yùn)行電壓等級(jí)，并且經(jīng)過斷路器間隔設(shè)施，有效連接電路設(shè)備，那么至少有兩個(gè)變壓器死區(qū)故障，如果斷路器兩旁均存在TA，那其回路沒有死區(qū)故障[2]。如果具有3個(gè)運(yùn)行電壓等級(jí)，并且通過斷路器間隔設(shè)備，有效連接外電路設(shè)備，那么具有3個(gè)變壓器死區(qū)故障。如果一個(gè)運(yùn)行電壓等級(jí)中存在兩個(gè)斷路器間隔設(shè)施，這一側(cè)具有兩個(gè)變壓器死區(qū)故障。該故障類型不但發(fā)生在變壓器中壓位置，同樣還常常出現(xiàn)在低壓側(cè)和高壓側(cè)，甚至在低壓側(cè)分支也存在。

2.2 變壓器死區(qū)故障特點(diǎn)

2.2.1 220kV和110kV側(cè)死區(qū)故障特點(diǎn)

220kV側(cè)死區(qū)故障特點(diǎn)相似。如果變壓器110kV側(cè)發(fā)生故障，因?yàn)楣收喜]發(fā)生在變壓器差動(dòng)保護(hù)范限重，但是存在于110kV母線差動(dòng)保護(hù)中，因此110kV母線差動(dòng)保護(hù)的故障段母線小、大差動(dòng)保護(hù)啟動(dòng)跳開故障段母線的斷路器，但是主電源在220kV一側(cè)，仍具有短路電流，故障無法切除。該環(huán)節(jié)中，220kV變壓器110kV側(cè)TA具有相應(yīng)的短路電流通過，導(dǎo)致110kV母線差動(dòng)保護(hù)的大、小差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作無法返回，在這一過程中，220kV變壓器110kV側(cè)后備保護(hù)動(dòng)作同樣沒返回[3]。

對(duì)其他情況進(jìn)行分析，110kV母線差動(dòng)保護(hù)停用的過程中發(fā)生死區(qū)故障，220kV變壓器110kV側(cè)后備保護(hù)，110kV側(cè)故障靈敏度較好，根據(jù)一定延時(shí)動(dòng)作將220kV變壓器110kV側(cè)斷路器跳開，但是主電源在220kV側(cè)，仍提供短路電流，無法徹底消除故障。該環(huán)節(jié)中，220kV變壓器110kV側(cè)TA中存在短路電流，因此220kV變壓器110kV側(cè)后備保護(hù)動(dòng)作返回困難。

220kV側(cè)或者110kV側(cè)中性點(diǎn)，在不接地環(huán)節(jié)，發(fā)生死區(qū)故障，主要原因在于該側(cè)中性點(diǎn)間隙零序電流，或者零序電壓保護(hù)工作跳變壓器各側(cè)斷路器切除故障[4]。

2.2.2 低壓側(cè)死區(qū)故障特點(diǎn)

一般情況下，220kV變壓器低壓側(cè)的電壓等級(jí)能夠劃分為35kV和10kV，通常不在該側(cè)母線設(shè)置差動(dòng)保護(hù)，通過變壓器低壓側(cè)后備保護(hù)，按照該母線故障進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)限時(shí)速斷保護(hù)，將其當(dāng)作是母線故障保護(hù)。

3? 變壓器死區(qū)故障幾點(diǎn)保護(hù)方案

3.1 其他死區(qū)故障繼電保護(hù)方案

3.1.1 線路斷路器死區(qū)故障繼電保護(hù)方案

如果線路斷路器和TA之間存在問題，通常表現(xiàn)為線路斷路器死區(qū)故障，該故障類型不受到縱聯(lián)保護(hù)，不過被線路短路器連接母線差動(dòng)保護(hù)，母線差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作跳開：第一，縱聯(lián)保護(hù)閉鎖式電路，通過母線差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作后，將該側(cè)線路縱聯(lián)保護(hù)啟動(dòng)，加快對(duì)側(cè)線路縱聯(lián)保護(hù)動(dòng)作跳閘;第二，縱聯(lián)保護(hù)允許式電路，通過母線差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作后，將允許信號(hào)傳輸?shù)絺?cè)線路縱聯(lián)保護(hù)，加速縱聯(lián)保護(hù)動(dòng)作跳閘。

3.1.2 母聯(lián)斷路器死區(qū)故障繼電保護(hù)方案

一般情況下，母聯(lián)斷路器和TA之間可能會(huì)發(fā)生問題，也被稱作母聯(lián)斷路器死區(qū)故障，啟動(dòng)母線差動(dòng)保護(hù)時(shí)，非故障的母線大、小差動(dòng)保護(hù)，將其全部斷路器跳開。母聯(lián)斷路器在分閘中，無法有效切除故障，母聯(lián)斷路器TA中仍然有短路電流，母線差動(dòng)保護(hù)的大差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作返回困難，通過相應(yīng)延時(shí)退出母聯(lián)斷路器TA電流差動(dòng)保護(hù)，也被稱作封母聯(lián)TA[5]。該環(huán)節(jié)中，做好小差動(dòng)保護(hù)工作，故障轉(zhuǎn)變?yōu)閰^(qū)內(nèi)故障，故障位置母線的大、小差動(dòng)保護(hù)啟動(dòng)跳開故障段母線所有斷路器，將故障切除。

3.2 變壓器死區(qū)故障繼電保護(hù)方案

3.2.1 方案一

第一，變壓器這一側(cè)后備保護(hù)跳閘出口，繼電器在動(dòng)作轉(zhuǎn)臺(tái)下，或者其他保護(hù)跳閘出口，繼電器也在動(dòng)作狀態(tài)下。

第二，變壓器這一側(cè)A、B、C三相電流均滿足啟動(dòng)值，或者零序電流大于整定值[6]。

如果符合以上條件，通過必須的延時(shí)之后將變壓器這一側(cè)變壓差動(dòng)保護(hù)TA退出，也就是變壓器這一側(cè)電流不需要進(jìn)行差動(dòng)保護(hù)電流計(jì)算。如果以上其中一個(gè)條件無法滿足，0s接入變壓器這一側(cè)變壓器差動(dòng)保護(hù)TA，也就是這一側(cè)電流需要參與到差動(dòng)保護(hù)電流計(jì)算。因?yàn)樽儔浩鞑顒?dòng)保護(hù)不計(jì)算故障側(cè)電流，也就是說變壓器差動(dòng)保護(hù)整體差流從本來的0或很小值轉(zhuǎn)變?yōu)槎搪肺恢枚搪冯娏鳎瑢?dǎo)致其轉(zhuǎn)變?yōu)閰^(qū)內(nèi)故障，進(jìn)而發(fā)生變壓器差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，打開變壓器總出口跳閘回路，將變壓器其他斷路器跳開，切除故障。

3.2.2 方案二

如果變壓器一側(cè)后備保護(hù)跳閘出口，繼電器在動(dòng)作狀態(tài)下，或者其他保護(hù)跳閘出口，繼電器在動(dòng)作狀態(tài)下;變壓器一側(cè)A相、B相和C相電流符合啟動(dòng)值，或者零序電流超過整定值。

如果符合以上條件，通過延時(shí)之后將變壓器保護(hù)總出口跳閘回路開啟，將變壓器每一側(cè)的斷路器啟動(dòng)條塊，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)快速切除死區(qū)故障的效果。如果無法滿足相關(guān)條件，0s返回，不會(huì)將變壓器保護(hù)跳閘總出口回路啟動(dòng)。

對(duì)上述兩方案展開分析，對(duì)變壓器這一側(cè)A相、B相或者C相是否還具有電流進(jìn)行分析，能夠有效收集保護(hù)TA電流，電流的定值滿足變壓器最大負(fù)荷電流整定值，如果該側(cè)斷路器斷開，死區(qū)相間故障的靈敏度整定符合要求。如果變壓器這一側(cè)使有效接地系統(tǒng)，零序電流或者負(fù)零序電流能夠給根據(jù)變壓器這一側(cè)母線接地故障具備充足的靈敏度整定。如果變壓器一側(cè)的電壓等級(jí)為35kV系統(tǒng)，或者以下系統(tǒng)，不接地或者消弧線圈接地系統(tǒng)較為常見，可以不使用變壓器該側(cè)零序電流作為判斷依據(jù)。如果為電阻接系統(tǒng)，那么可以使用變壓器該側(cè)零序電流作為判斷依據(jù)[7]。

3.2.3 方案三

如果220kV變壓器一側(cè)出現(xiàn)死區(qū)故障，這一側(cè)母線差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，跳開變壓器這一側(cè)的斷路器，這一側(cè)斷路器位于分閘位置，但是220kV變壓器這一側(cè)TA仍然存在一定的故障問題，有故障電流經(jīng)過，分析母聯(lián)斷路器死區(qū)故障繼電保護(hù)措施，制定“封TA”跳閘控制措施[8]。

變壓器這一側(cè)斷路器在分閘;變壓器這一側(cè)A、B、C三相電流均大于整定值，或者零序電流超過整定值。

如果符合以上條件，通過延時(shí)后將變壓器這一側(cè)差動(dòng)保護(hù)TA退出也就是在對(duì)變壓器差動(dòng)保護(hù)電流計(jì)算的過程中不考慮這一側(cè)電流。如果不符合以上任一條件，0s接入變壓器該側(cè)差動(dòng)保護(hù)TA，也就是對(duì)差動(dòng)保護(hù)電流計(jì)算的過程中需要考慮這一側(cè)電流。因?yàn)樽儔浩鞑顒?dòng)保護(hù)將故障側(cè)電流退出，對(duì)差動(dòng)保護(hù)電流進(jìn)行計(jì)算，導(dǎo)致綜合差流從本來的0或極小值轉(zhuǎn)變?yōu)槎搪伏c(diǎn)的短路電流，導(dǎo)致判斷故障轉(zhuǎn)化為區(qū)內(nèi)故障，發(fā)生變壓器差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，完全跳開變壓器其他側(cè)斷路器，將故障切除[9]。

3.2.4 方案四

變壓器一側(cè)斷路器在分閘位置;變壓器一側(cè)A相電流或B相電流或者C相電流大于整定值，或者零序電流大于整定值。

如果與以上條件均相符，通過延時(shí)后將變壓器保護(hù)總出口跳閘回路啟動(dòng)，將其各側(cè)斷路器跳開，能夠有效及時(shí)的切除這類變壓器死區(qū)故障。如果不符合以上任一條件，0s返回，變壓器保護(hù)總出口跳閘回路不啟動(dòng)。詳細(xì)分析方案3和4，電流能夠裁切機(jī)變壓器這一側(cè)差動(dòng)保護(hù)TA電流，其相電流整定值大于變壓器這一側(cè)額定電流。

4? 結(jié)語

本文對(duì)變壓器死區(qū)故障特點(diǎn)進(jìn)行全面分析，共提出上述幾種變壓器死區(qū)故障的繼電保護(hù)方案，相較于方案一、三，方案二、四的操作更加簡(jiǎn)便，動(dòng)作速度更快，優(yōu)勢(shì)明顯，可將其作為首選方案。在具體應(yīng)用過程中，還可以有效結(jié)合四種方案，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，提高效果。

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