快速切除220kV变压器死区故障的继电保护方案

快速切除220kV变压器死区故障的继电保护方案

包卫娟

金华送变电工程有限公司浙江金华321000

摘要：对于220kV变压器死区故障问题来说，可以通过变压器电源侧后备保护动作等措施处理，然而由于此种处理方式的切除时间比较长。变压器出口故障极易损坏变压器。此次研究主要是分析快速切除220kV变压器死区故障的继电保护方案，首先介绍了故障特征和继电保护动作特征，并且通过母线差动保护原理提出不同的保护方案，希望能够对相关人员起到参考性价值。

关键词：快速切除；220kV变压器；死区故障；继电保护方案

220kV变压器侧电流互感器与断路器之间出现短路故障，但是故障发生位置处于变压器差动保护范围内，尽管该侧母线差动保护跳开变压器侧断路器，然而还是存在故障问题，因此需要借助变压器电源侧后备保护将故障切除，该后备保护动作时间比较长，因此容易损坏变压器。所以需要应用快速切除继电保护方案处理故障问题。

1、变压器中压侧死区故障

如图1所示，某220kV变电所在新建3号主变压器时，在完成变压器策断路器吊装工作之后，在断路器上方的隔离操作平台中，操作人员对钢丝绳进行吊装时由于存在弹性，将钢丝绳掉落至下方运行的2号主变压器C相导线上，导致该导线出现接地短路故障。110kV母线差动保护动作跳开至110kV侧断路器上，因为主电源在220kV侧，所以没有清除故障，在瞬间转为BC相接地短路故障，尽管主变电器侧零序Ⅰ段保护动作出口，但是此时断路器2QF跳开，之后由零序Ⅲ段保护将故障切除，此时变压器侧线圈已经出现变形损坏情况。

图1电网局部一次系统

2、变压器死区故障特征

2.1不同侧死区故障

变压器几个运行电压等级在通过断路器间隔设备与外部电路设备连接时，若变压器某侧断路器两端只有变压器侧存在TA，在母线侧无TA，这样就表明存在若干个变压器死区故障位置。对于220kV变压器来说，死区故障不仅存在于变压器中压侧，也存在于高压侧和低压侧。

2.2变压器死区故障特征

（1）220kV与110kV侧特征：如果变压器110kV侧出现死区故障，因为故障处于变压器差动范围外，但母线差动保护位于母线内。所以110kV母线差动保护中故障段母线小差动保护与大差动保护会启动跳开故障区域的断路器。然而由于主电源位于220kV侧，因此还是会向故障点提供短路电流，未切除故障。此时，变压器110kV侧TA的短路电流比较大，所以母线差动保护的大小差动保护未返回。

（2）低压侧死区故障：由于在220kV变压器中具有10kV或者35kV的低压侧电压等级，因此对于低压侧母线不设置独立的母线差动保护，由后备保护实施整定的限时速断保护。如果变压器低压侧出现死区故障时，会启动变压器后备保护，并且根据延时动作将220kV变压器侧断路器跳开，然而由于主电源位于220kV侧，因此会向故障点提供短路电流，未切除故障。

3、变压器死区故障继电保护方案

3.1方案一

变压器某侧出现死区故障，故障特征表现在母线差动保护未返回，220kV变压器侧TA有故障电流通过。在对该故障特征进行分析能够看出，在处理期间可以应用变压器侧死区故障封锁TA跳闸控制措施。第一，变压器侧后背保护跳闸出口，继电器为动作状态；第二，变压器侧A相电流满足启动值，零序电流超过整定值。

在满足上述两个条件之后，利用延时后退出变压器侧差动保护TA。在以上两个条件中有一个条件不满足时接入电压器侧差动保护TA。因为差动保护可以将故障侧电流退出变压器差动保护电流计算，这样能够确保差动保护对故障内外故障进行判断，促使差动保护动作，并将变压器总出口跳闸回路启动，对该故障进行切除处理。

3.2方案二

在变压器某侧出现死区故障，且故障特征与方案一相同，可以按照光纤分相电力差动保护将线路故障断路器死区故障方案进行切除。第一，变压器侧后背保护跳闸出口，继电器为动作状态；第二，变压器侧A相电流满足启动值，零序电流超过整定值。

在满足以上两个条件时，需要经过延时后将变压器保护总出口跳闸回路启动，并且将变压器的各侧断路器跳开，这样能够对该种死区故障进行快速切除。如果以上两个条件中有一个条件不满足时，则会0s返回，无法启动变压器保护跳闸总出口回路。

针对方案一和二来说，对变压器某侧相电流情况进行判断时，可以对变压器侧差动保护TA电流进行采集，按照可以躲过变压器侧最大负荷电流整定电流定值，如果变压器侧属于有效接地系统，则可以按照变压器侧母线接地故障的灵敏度对负序电流定值进行整定。如果变压器某侧电压等级为35kV，此系统不属于接地系统，因此可以不采用零序电流判断依据，反之则可以应用零序电流作为判断依据。

3.3方案三

在变压器某侧出现死区故障时，该侧母线差动保护动作，将该侧断路器跳开，此时断路器已经处于分闸位置，然而该侧TA还是存在故障电流，因此可以采用以下措施控制跳闸情况：其一，变压器侧断路器属于分闸位置；其二，变压器侧相电流大于整定值。

在满足以上两个条件之后，在经过延时后会退出变压器差动保护TA。如果以上两个条件中有一个条件不满足时，0s接入变压器侧差动保护TA。因为差动保护会将故障侧电流退出差动保护电流计算，这样就导致差动保护变为区内故障判断，使差动保护动作，进一步导致变压器其余侧断路器跳开，将该故障切除。

3.4方案四

如果变压器某侧出现死区故障，故障特征与方案三相同，因此可以采用“联跳”跳闸控制方案：其一，变压器侧断路器属于分闸位置；其二，变压器侧相电流大于整定值。

在满足以上两个条件之后，在经过延时后会启动变压器保护总出口跳闸回路，在将变压器不同侧断路器跳开之后，能够对该死区故障进行切除。如果以上两个条件中有一个条件不满足时，0s返回，不会起到保护总出口跳闸回路。

对于方案三和方案四来说，不同相电流均能够采集差动保护TA电流脏中，相电流整定值能够大于变压器额定电流。如果变压器侧属于有效接地故障时，零序电流整定值能够按照接地故障的灵敏度实施整定处理。变压器某侧电压等级小于35kV时，系统不属于接地系统，因此可以不采用零序电流判断依据，反之则可以应用零序电流作为判断依据。

4、结束语

综上所述，此次研究主要是对电网220kV变压器所实际出现的死区故障进行分析，在对故障发生特征进行分析时提出了四种不同的继电保护方案，在电网运行能够广泛应用以上四种保护方案。相比于方案一和方案三来说，方案二和方案四具有简单的动作逻辑，能够在较短时间内迅速动作，因此可以优先使用在死区故障保护中。需要注意的是，在应用期间可以将方案一和方案三或者方案二和方案四联合使用，形成优势互补。

参考文献：

[1]金瑞，鲍斌，时伯年.变压器差动保护的三种比率制动方式及其系数整定的研究[J].电力系统保护与控制，2018，46（19）：81-87.

[2]陈国平，王玉玲，王德林，等.基于站域信息缩短3/2接线失灵（死区）故障切除时间的策略[J/OL].电力系统自动化：1-6[2018-11-05].

[3]刘元琦，吴小忠，尹项根，等.计及死区故障的3/2接线变电站的Petri网故障诊断方法[J].电力系统保护与控制，2017，45（20）：28-37.

[4]樊占峰，刘益青，高厚磊，等.利用站域信息的智能变电站变压器后备保护方案[J].电力系统自动化，2017，41（19）：140-146.

[5]韩萍.快速切除220kV变压器死区故障的继电保护方案的研究[J].电子测试，2016（20）：127+113.