变压器后备保护拒动原因分析与改进措施

王玉喜 李乐萍 王付奎 岳新（聊城供电公司，山东聊城 252000）



变压器后备保护拒动原因分析与改进措施

王玉喜 李乐萍 王付奎 岳新
（聊城供电公司，山东聊城 252000）

【摘要】当变压器发生外部相间短路时，通常会造成变压器的过电流。此时，变压器装设的相间短路后备设施会产生过电流对其进行保护。但是需要复合电压原件具有相当好的灵敏度以及适合设备情况的电压值。如果保护装置或者切断电路装置出现拒动现象，后备保护的功能失效，就会产生严重后果，本研究对变压器相间短路后备保护拒动事故发生的原因进行分析，并对改进措施进行讨论。目的是防止事故的发生，以及员工提高事故应对能力。

【关键词】变压器 保护拒动 原因分析

变压器是电网正常运行中必不可少的部分，其运行稳定将直接关系到电力系统是否安全稳定。因此，保证变压器的正常运行是电力人员的首要任务。由于变压器自身具有相关的保护装置，其后备保护对电路的安全至关重要。本研究通过多变压器的保护装置中的后备保护进行探讨，以增强电力人员变压器后备保护知识的了解，为实际工作中进行故障处理提供依据。

1 变压器的后备保护原理

变压器按照其所具有的保护装置所起的作用，主要可以分为主要保护装置、后备保护装置以及辅助保护装置。当变压器发生故障时，可以迅速切除故障。通常所说的电流速断保护和瓦斯保护均属于此类保护。但是主保护并不能保护所有的元件。而后备保护是保护元件的后备保护，在主保护发生故障时，主保护与后备保护同时启动。而当主保护已经切除故障点之后。短路电流就会消失，此时后备保护就会停止。

因此，在发生事故时，变压器的后备保护功能，既可以作为变压器本体差动的后备，也可对变压器由于外部短路引起的过电流起进行保护。在外部相间短路时，常采用复压过流保护；而发生对外接地短路时，常采用零序电流保护或电压保护。但是当相邻线路的远端发生故障时，如果故障线路自身的保护装置或断路器发生拒动，而该侧主变后备保护元件的灵敏度不足，致使故障无法切除。导致变压器长期通过较大的故障电流而不能切除故障，引起事故范围扩大，因此带来严重的后果。

2 变压器后备保护拒动原因分析

现阶段，很多变电站的采用的是三绕组形式的变压器后备保护。在日常工作中最常见的是三相电路。此种变压器的特点是，当其中一侧断路器跳开之后，在其他方向的两侧线路仍然在运行中。因此变压器后备保护拒动的最常见的原因是复压过流保护对本侧三相短路远后备的灵敏度不足。通常在事故发生时，正常情况下三绕组变压器应该选择跳开距离事故较近的断路器，以充分保障另外两侧可以继续正常运行，一定程度上尽可能地减小故障的影响范围。因此，当变压器内出现故障的时候，作为变压器的后备保护，安装于变压器两侧或者三侧的保护装置应该迅速跳开其所有三侧的断路器，从而使变压器能够停止工作，使后备保护的功能得以实现。通常情况下，变压器主保护的后备是位于主电源侧的复压过流保护，而其他各侧复压过流保护主要作为本侧相邻元件保护的后备而存在。因此，我们需要在三绕组变压器的单侧电源上安装一个时间元件，使各侧的保护之间可以相互配合，在主侧发生故障时其他部位可以及时反映。因此，许多多侧电源的三绕组变压器将方向元件安装在各电源侧，以保证各侧的保护之间可以相互配合，防止事故的发生。

图1显示的是某110 kV 变电站的电气部分的主接线图，由图可知，1号主变压器部分的35 kV和10 kV侧全部处于负荷运行的状态。而2号主变压器停电检修。3图中303断路器过电流的第Ⅱ段保护动作出口，由于断路器机构卡死和跳闸的线圈烧坏，致使断路器未能及时跳开。之后，1号主变高压侧后备保护动作跳开主变三侧断路器，故障被切除。

由此我们可以得出，1号主变后备保护是复压过流保护，而且主变三侧的复合电压原件采用的是并联的形式。当图中的303断路器拒动时，其主变高压后备保护跳闸。进一步分析，我们打响变压器的故障点主要在变压器的压侧出现末端部位。由于三相短路，致使压侧的电压出现异常，电压过低使压侧的符合电压原件未能及时启动，致使后备保护发生故障。而当高压侧的复合电压元件投退控制字被误整定为“退出”状态，高压侧后备保护的过电流保护就失去了电压的闭锁控制，使得故障能够及时被切除，避免了故障的进一步发展。

因此，当变压器的本侧线路发生事故时，如果出现故障线路自身的保护装置出现问题或断路器发生拒动，又存在主变压器该侧的复压过流保护灵敏度不足时，就会导致变压器在较长时间内通过较大的故障电流，却不能自动切除电力故障，使停电的范围不断扩大，导致严重的电力事故。

3 一些技术改进建议

通过对相关事故进行深入的分析，我们对低电压原件、负序电压原件和过电流原件进行分析和统计运算。我们电压器后备拒动的原因主要有以下三个。首先低电压原件的灵敏系数偏低。其次，负序电压原件灵敏系数也不能达到技术上的需求，不能在事故发生当时及时闭锁过电流保护，致使变压器的后备保护拒动。同时，过电流电压元件的灵敏系数的灵敏度也存在缺陷，导致后备保护拒动失效。但是，一般情况下低电压元件、过电流元件以及负序电压元件的保护范围和系统等值与变压器元件的阻抗和灵敏系数有关。而变压器后备保护的灵敏系数值是很难改变的。因此，复压过流保护元件的保护范围是受系统等值阻抗值影响而变化的。

3.1 基于补偿电压的正序分量的变压器后备保护的运用

相关研究指出，系统运行方式与变压器额定容量是影响变压器复压过流保护范围的主要因素。因此，研究者提出为保证变压器的后备保护功能，使之能够在系统运行方式和变压器的额定容量发生变化时，进行适当调整对相邻线路进行保护。技术人员可以事先通过计算补偿电压正序分量的幅值和其极性对故障点位置予以初判，根据实际涉及的线路长度对保护动作进行设定，调节其保护范围。试验证明，在三相短路故障发生时，此种方法可以通过对电压正序分量进行补偿以判断线路是否有故障发生，灵敏度高。而当两相故障发生时，也可以通过判断变压器中补偿电压正序分量与非故障相电压幅值之间的关系判断线路的故障，尽可能对线路全长予以保护，灵敏度也较为高。此外，由于线路首端故障与时变压器相邻母线发生相间短路故障情况下的电压和电流特性大致相同。

3.2 复合电压闭锁的运用

由于变压器在正常运行的过程中需要具备有一定的过负荷运行的能力，才能保证变压器不发生故障。但是由于实际情况下，由于变压器类型及变压器制造各异，变压器在运行过程中的负载能力也不同。如果只是单一的将变压器过电流的保护自己设置为固定值的话，对于变压器的灵敏度来说，会大大降低其灵敏程度。此时，过电流现象也极易发生。因此，在变压器过流保护中应该运用符合电压闭锁，降低过电流原件的整体值。在此情况下，变压器相关原件的灵敏度大大增加，且变压器的额定符合电流运行过程中也不会发生误动，变压器后备保护拒动现象的发生率也大大降低。

3.3 低电压保护元件

但是在对变压器过流保护进行符合电压闭锁之后发现，虽然过流原件的灵敏度得到了提高，但是符合电压原价的灵敏度并未得到提高。此时，变压器后备保护整体的灵敏度问题仍然十分显著。一些特殊情况下，虽然变压器是纯过流保护，未存在任何电压闭锁动作，但是，当复压过流保护的低电压元件拒动时，仍然可以发生变压器的后备保护拒动。因此，我们建议将原有的复压电流段予以保留，同时增加一段纯过流保护。

4 具体改进措施

4.1 单位管理工作上

变压器具备自我后备保护的功能，但是后备保护功能有时会因为元件灵敏度不高以及调试电压值不适合实际情况等原因而发生故障，导致电力事故发生，后果严重。因此，电力行业在管理上要进行创新。各级部门要充分考虑到自身工作区域内的实际情况，对变电器装备合理配置，定期检测变电器并及时记录，及时调整。在工作人员的管理上，各级部门要注意对人才的引进与培养。注意对现有职工进行定期的技术培训。

4.2 设备和技术方面

对于变电器，电力部门应该定期组织检测。在设备或者线路改变时，及时对相关参数予以调整，保证变压器的电压、电阻以及元件的灵敏度在正常范围内。首先，由于电压正序分量进行补偿可以判断线路是否有故障发生，因此技术人员可先进性监测。而另一方面，复合电压闭锁可增加变压器相关原件的灵敏性，因此，在变压器中应该安装符合电压闭锁装置。同时，由于低电压元件拒动时，在不带电压闭锁的纯过电流保护段，仍然可以产生正确的动作。在保留现有复压过电流段的基础上，还可以增加一段不带电压闭锁的纯过电流进行保护。

综上所述，变电器的后备保护对于电力系统的正常运行来说作用巨大。技术人员要了解后备保护拒动的原因，并对变电器及时进行技术上的改进，确保电力安全，防止事故发生。

参考文献：

［1］李坚，刁建伟.变压器后备保护拒动原因分析［J］.通讯世界，2015 （15）：176-177.

［2］李涛.变压器后备保护拒动原因分析及对策探讨［J］.山东工业技术，2015（4）：191-191.