变压器就地后备保护及站域后备保护研究姜灵芝

姜灵芝

摘要：针对变压器传统后备保护整定配合困难、动作延迟长、灵敏性难以保证等困难，提出了变压器就地后备保护配置及整定新方法。新方法为变压器各侧配置具有正、反方向动作特性的距离保护，阻抗定值均按照实现各自功能的灵敏性要求整定，选择性则通过固定的时间定值配合实现，从而降低了变压器就地后备保护整定的复杂性。针对上述配置与整定方法可能存在速动性不足的问题，进一步构建站域后备保护系统，综合利用本站范围内的开关量信息，完成故障元件判断及断路器跳闸决策，加速站内故障切除。典型故障下的保护动作情况分析表明，站域后备保护系统能有效地与变压器就地后备保护相配合，做到快速、有选择性地切除故障元件，并具有良好的容错能力。

关键词：变压器后备保护；距离保护；站域后备保护；整定计算；开关量

1引言

传统变压器后备保护只获取本侧故障信息，无法快速准确地识别故障位置，只能通过复杂的保护配置及整定配合来尽可能满足选择性和灵敏性要求。220kV及以下电压等级的变压器通常配置多段多延时的过流保护（包括带复压闭锁或者低电压闭锁）、零序电流保护作为相间、接地故障的后备保护，并根据站内主接线及变压器各侧电源的运行方式，按照选择性配合要求为每段保护计算定值并校验灵敏度。在某些运行工况下，复杂的整定计算依然无法化解后备保护选择性和灵敏性之间的矛盾，这给电力系统安全稳定运行带来潜在威胁。

智能变电站通信组网技术的发展，使得基于站内多源信息共享的集中式站域后备保护研究被提出。目前站域保护的目标、作用、信息源、配置等还在探索中。在保护原理方面，现有研究大部分采用了电流差动原理或纵联方向比较原理，通过获取站域范围内的采样值信息或者故障方向信息，逐步缩小或排除故障范围，最终定位故障元件，实现变电站内部故障的后备保护作用。这类方法存在如下不足：与变电站内主设备（变压器、母线）主保护在原理上一致，即使在获取电气量的方式上存在差异，在面对原理性缺陷时依然难以起到后备保护作用。此外，由于站域保护的功能实现依赖于通信网络，而通信网络存在失效的可能，因此仍然需要不依赖于通信网络的就地后备保护系统，由此应该考虑站域保护与就地后备保护间的关系。若只是单纯地给当前的保护系统增加一层保护，会使继电保护系统更加复杂，有可能反而降低继电保护系统的可靠性。

本文针对变压器就地后备保护整定困难，以及在特殊情况下选择性、灵敏性、速动性难以保证等问题，提出变压器就地保护配置和整定新方法，并相应地构建具有容错能力的站域后备保护系统，两者密切结合构成变电站后备保护新方案。新方案加强了保护选择性、速动性、灵敏性之间的协调，同时降低就地后备保护的整定难度。

2高阻抗变压器保护系统

一般情况下，多在变压器的低压侧进行限流电抗器设置，以此对低压侧故障短路电流起到限制作用。但从实际运用效果看，限流电抗器和变压器的低压绕组之间出现故障时，仍有较大短路电流冲击着变压器绕组；且当电抗器与低压侧出现故障后，变压器高压侧过流保护灵敏度会降低，为提高设备运行可靠性，必须要设置专用电抗器复压过流保护作为后备保护，对电流取限流电抗器进行保护。此变压器与普通变压器相比较，前者高-低绕组短路的阻抗更大，一旦低压侧发生故障，不会出现大短路电流冲击变压器。可以在很大程度上，减少低压侧所设置限流电抗器的数量，且不需要通过其限流电抗器限制短路电流，与传统设计方式相比所需成本更低。

针对高阻抗变压器，除了给予普通变压器的后备保护之外，还能进行低压侧复压及电流保护，切实提高低压侧故障的灵敏性。低压侧外部故障使得其严重保护，亦能继续保护变压器。选取高压侧电流，对过流元件进行保护，在此基础上，加上中压侧电流矢量便能获得低压侧电流，如此一来，即使低压侧的外部故障及低压侧故障严重饱和，也可经高压侧及中压侧电流，计算得出低压侧电流。

3高阻抗变压器低压侧侧复压与电流保护整定

3.1动作电流

复压及电流保护动作电流大多依照躲变压器的低压侧额定电流来整定。

在公式中，U表示最小线电压，U2.op代表负序电压的整定值，而Uop代表低电压的整定值。

4.4高、中压侧CT断线

在高压侧及中压侧较重负荷下出现CT断线，可按照高压侧及中压侧电流对和电流进行计算，此时计算结果较低压侧复压及电流保护定值大。故分析时，应综合考虑到高压侧及中压侧的CT断线影响，当一侧出现CT断线时给予闭锁保护。

4.5PT断线影响

低压侧复压及电流保护，若不对低压侧设置分支，当低压侧PT断线或电压压板退出时，变为过流保护；若低压侧设置分支，当一个PT断线或电压压板退出时，由另一分支电压进行启动保护；当两个PT断线或电压压板退出时，变为过流保护。

5高阻抗变压器后备保护优化方案

可以配置双重化主、后备保护，实现主保护护卫备用，来提高故障保护动作可靠性。同时，还要加强变压器主保护设计，为主保护安装差动速断保护、比例差动保护、零序比例差动保护、工频变化量比例差动保护以及瓦斯保护。其中，差动速断保护能够保证在短路电流达到4～10倍稳定电流时快速出口。比例差动保护能够良好适应各种故障，确保快速且可靠动作。瓦斯保护无论是对于轻微故障还是严重故障，均有比较高的灵敏度。在变压器出现相间短路故障后，存在多个主保护装置及时动作，来提高设备保护的可靠性，且能够降低后备保护装置的复杂程度。同时，还应淡化过流保护与阻抗保护作变压器内部故障后备保护的作用，将其转换为中压侧与低压侧母线以及馈线后备保护，以免外部短路时间过长，流过短路电流将变压器烧毁。

6结束语

高阻抗变压器现在已经被广泛地应用到电网中，对其后备保护问题进行分析，需要结合保护装置特点，对变压器相间短路后备保护整定计算，确定短路故障后后备保护灵敏度，然后采取措施进行优化，保证设备运行可靠性。后备保护凭借其较高灵敏性，在保障变压器可靠、安全运行方面发挥极其重要的价值，需要提高对此方面的重视，确定常见问题，有针对性的进行技术优化。

参考文献：

[1]马静，史宇欣，马伟，邱扬，王增平.基于电流保护融信因子的站域后备保护[J].电力系统保护与控制，2015，（04）：1-9.

[2]刘益青，高厚磊，李乃永，王成友，闫红华.适用于站域后备保护的智能变电站站间信息传输方案[J].电力系统保护与控制，2015，（02）：96-102.

[3]马静，史宇欣，马伟，王增平.基于有限交叠多分区的站域后备保护方案[J].电力自动化设备，2015，（01）：101-106.

[4]王悦，王函韵，陈实，黄志华.基于智能变电站的变压器后备保护智能跳闸策略[J].电工技术，2013，（12）：28-30+37.

[5]高厚磊，刘益青，苏建军，崔得民，刘建，向珉江.智能变电站新型站域后备保护研究[J].电力系统保护与控制，2013，（02）：32-38.

[6]王来军，文明浩，李丰，马云龙，鄢阳.GOOSE方式变压器后备保护探讨[J].电力系统自动化，2011，（02）：84-88.