分析变压器复压过流保护的电压选取

武玉珠，李轶林

(1.内蒙古电力科学研究院 内蒙古自治区电力系统智能化电网仿真企业重点实验室；2.内蒙古超高压供电局，内蒙古 呼和浩特 010000)

无论在发电厂还是变电站，变压器都是核心设备之一，为了保护变压器及相邻设备的安全，保护的配置都是相当复杂的，除了主保护差动保护和瓦斯保护外，变压器复合电压启动过流保护作为后备保护的一种也发挥着重要作用。它既是变压器内部故障时主保护的后备保护，起到限制外部短路故障引起变压器线圈电流过大的作用，又可以作为相邻元件(母线或线路)保护拒动时的后备保护。单纯的主变过流保护的定值需要整定的较高，这样灵敏度降低，其后备保护作用范围也相应缩小了，达不到需要的保护效果。因此，引进负序电压和低电压构成复压闭锁过流保护，即在电流判据外再增加一个由低电压和负序电压组成的复合电压闭锁条件，只有电流判据和复合电压判据同时满足的情况下，保护才能启动。这样不仅降低了过电流保护的整定值，提高了灵敏度，而且扩大了其后备保护的作用范围。

1 变压器复压闭锁过电流保护原理

复合电压闭锁过电流保护，由复合电压元件、过流元件、时间元件构成，复合电压元件包含负序电压继电器和低电压继电器。即由负序电压判据和低电压判据两个条件组成复合电压的动作判据，两个判据为或门。其中，负序电压用于反应电网侧发生的不对称性故障，低电压则是用于反应电网侧发生的对称性故障。过流元件为3个电流继电器，接入电流为变压器本侧电流互感器二次三相电流。复压闭锁过流保护常规接线是，取负序电压继电器经负序滤过器接于相间电压上，将低电压继电器经过负序电压继电器的常闭接点接于线电压上，低电压继电器接点则一侧接正电源，另一侧通过启动中间继电器，去启动时间继电器从而接通跳闸回路。

该保护的优点主要是：利用复合电压闭锁功能，可以避免由于投切集电线路一台或多台箱变时产生的大电流造成的保护误动，提高了保护的选择性；由于增加了电压复合判据，从而减小了电流的动作值，提高了保护的灵敏性。

2 变压器复压闭锁过电流保护配置

2.1 单侧电源变压器复压过流保护配置

单侧电源的双绕组变压器，常规配置是将复压闭锁过电流保护装在其高压侧，它既可以作为主变高压侧后备保护，又可以作为低压侧母线及母线上所带各支路的后备保护。动作时第一时限跳低压侧母线分段断路器(或母联断路器)，第二时限跳变压器高、低压两侧断路器。

对于三绕组变压器来说，通常由于保护动作跳开一侧断路器后，另两侧断路器还能继续运行，保证另两侧供电。因此，三绕组变压器在配置相间故障后备保护时，要综合考虑选择性和灵敏性问题。在作为相邻元件的后备保护时，优先考虑选择性，只跳开靠近故障点一侧的断路器，以保证另外两侧断路器还能继续运行，尽可能缩小停运范围；而在作为变压器内部故障的后备保护时，优先考虑灵敏性，应跳开三侧断路器，使变压器整体退出运行，以保证设备安全或降低变压器损毁程度。

根据以上原则，单侧电源的三绕组变压器可以只在高压侧装设复合电压闭锁过流保护，它既可以作为中、低压侧母线及支路的总后备又可以作为变压器本体的后备保护。有的设两段动作时限，其中第一时限跳开变压器高压侧母线分段断路器(或母联断路器)，第二时限跳开变压器各侧的断路器。有的只设一段动作时限，动作时经延时直接跳开变压器三侧断路器。如果只设一段动作时限，那么，此时限必须大于中、低压侧其他后备保护的动作时限，以保证在中、低压侧发生故障时，可以由其他后备保护顺利切除故障，缩小停运范围。

单侧电源的三绕组变压器也有在中、低压侧也装设复压过流保护的情况，此时中、低压侧复压过流保护分别作相应中低压本侧母线和线路的后备保护，也各取本侧电压作为判据。中压侧复合电压闭锁过流保护一般设二段式，第一段经第一时限跳开中压侧分段断路器，经第二时限跳开中压侧断路器；第二段一般只有一个动作时限，经延时直接跳开变压器各侧的断路器。低压侧复合电压闭锁过流保护同样为二段式，第一段第一时限跳开本侧分段断路器，第二时限跳开本侧的断路器；第二段延时跳开变压器各侧的断路器。

2.2 两侧或三侧电源变压器复压过流保护配置

两侧或三侧均有电源的三绕组变压器的后备保护相对复杂一些，主电源侧保护除了作为本侧后备还兼作变压器主保护的后备保护。此处的主电源侧是指升压变压器的低压侧、降压变压器的高压侧和联络变压器的大电源侧。主电源侧后备为了满足选择性要求，一般要增加功率方向元件，构成带有方向的后备保护，其动作方向可以是指向本侧母线。另外一带方向侧和低压侧后备保护，分别作母线和线路的后备保护。一般也同时在另外某一侧保护增设方向元件，这样能大大提高保护整体的选择性。下面以图中的一种情况为例来说明其必要性。

如图1所示，在III侧母线短路时，会有短路电流流过II侧保护元件，如果没有方向元件II侧保护会误动作。因此需要在II侧保护增加方向元件，方向指向母线II。同理，从图中可看出I侧也需要方向元件，方向指向母线I。一般保护动作时限也要设置两个，保护动作时经第一时限跳开本侧母线分段断路器(或母联断路器)，经第二时限跳开变压器本侧断路器。如果第一时限跳闸后故障切除，中低压侧可能各有一段母线没有失压，还保持运行状态，能够缩小停电范围。另外，还有一种配置是高中压侧均不带有方向，既可以作本侧母线和线路的后备保护，又可以作变压器及另两侧的后备保护，动作时跳开三侧断路器，保护的选择性较差，现在采用的较少。

图1 两侧或三侧电源变压器复压过流保护配置

3 高压侧复压过流保护电压选取

变压器复压闭锁过电流保护作为变压器相间故障重要的后备保护，同时通常还作为变压器的进出线此类故障的后备保护，它在变电站中的重要作用是毋庸置疑的，因此其合理配置和正确动作都很关键。因为低电压等级变电站中主变保护设置相对简单，检修和维护也容易有疏漏，变压器复压闭锁过电流保护在低电压等级变电站中的作用尤为突出。若遇差动保护或低压侧后备保护拒动的情况下，高后备能否迅速、可靠地动作，将直接影响到变压器及其附属设备的运行安全。因此，高压侧复压过流保护的具体配置和电压选取细节是很值得探讨的。

变压器复压启动过流保护误动的原因很多，本文不讨论人为误操作或定值整定不当等其他因素，只考虑一种情况，如某段的母线保护电压空开偷跳，致使一些主变保护失压，达到低电压定值，如此时过流条件也满足，那么就满足了主变复压过流保护的启动条件，会引发主变复压过流保护的误动事故。这种误动情况一般发生在只取单侧复压作为闭锁条件时，因此需要探讨复压选取问题。

在上文中提到的两种只在高压侧装设复压过流保护的情况下，保护电压选取问题就很重要。如果高压侧保护只取本侧电压闭锁，假设变压器容量较小，即短路阻抗相对较大，此时当变压器本体至低压侧电流互感器之间发生非金属性经一定阻抗短路的故障时，由于高压侧母线残压较高，高压侧复压闭锁条件可能无法开放，若此时变压器差动保护恰巧处于退出或非正常状态，将会导致故障无法及时切除，而扩大事故范围甚至烧毁设备。因此，高压侧复合电压考虑不能只取本侧电压闭锁，应该将本侧复压和对侧(中、低压)复压同时接入，开放条件为或门。即高后备采高、低两侧电压并联来闭锁，此时高压侧电压未达到低定值，复合电压判据不能开放，但由于故障在低压侧，低压侧复合电压判据能够可靠开放，即满足复合电压判据或门条件，使高后备保护顺利动作切除故障。还有一种情况，当变压器低压侧相间故障经保护动作切除后，低压侧母线电压互感器也同时被切除失去电压，此时至少低电压判据被满足，致使复合电压判据开放，也就是说此时高压侧复压闭锁实际上已被解除，那么在变压器中压侧复合电压恢复过程中，如果恰巧遇到中压侧有大的电动机负荷启动的情况下，由于电动机启动时电流过大，流过高压侧后备保护的负荷电流就可能超过其过流定值，导致复压过流保护误动跳闸，中压侧负荷被误切。针对此问题，高压侧虽并联中压侧复压作为判据，但由于是或门关系，就还需要综合考虑跳低压侧和跳中压侧的跳闸时限配合问题。

根据GB/T 14285-2006《继电保护和安全自动装置技术规程》4.3.6.4规定，“如变压器低电压侧无专用母线保护，变压器高压侧相间短路后备保护，对低压侧母线相间短路灵敏度不够时，为提高切除低压侧母线故障的可靠性，可在变压器低压侧配置两套相间短路后备保护，该两套后备保护接至不同的电流互感器”。采用两套完全独立的过流保护，作为低压母线的主保护及后备保护，并以两段不同的时限分别作用于跳开变压器低压侧断路器和跳开变压器高压侧断路器(或变压器各侧断路器)，也是一种有效的解决办法。