SEL-387在220 kV主变保护中的应用分析

刘 春

(国网重庆市电力公司检修分公司，重庆 400039)

SEL-387在220 kV主变保护中的应用分析

刘 春

(国网重庆市电力公司检修分公司，重庆 400039)

在电力系统中变压器是一种重要的设备，尤其是主变压器，由于主变压器容量较大，电力系统对其工作可靠性要求很高，所以应十分重视主变保护。现介绍了SEL-387差动保护装置，并就其在220 kV主变保护中的应用进行了分析。

SEL-387；主变；保护；应用

0 引言

在电力系统中，对主变压器的主保护方式一般包括瓦斯保护和差动保护等，后备保护方式包括过电流保护、过负荷保护、母线差动保护等。差动保护是当下流行的主变保护方式，差动保护装置一般由芯片、中间继电器、电流/电压互感器和开关电源组成。SEL-387就是一种差动保护装置。

1 变压器的差动保护

变压器的差动保护是按照基尔霍夫电流定理进行工作的，在变压器正常运行时，变压器的流入电流和流出电流相等，差动保护不起作用，但是当变压器内部发生故障时，故障位置就会有短路电流，差动保护感受到不平衡电流，从而做出动作对变压器进行保护。

与一般的线路差动保护不同，变压器差动保护受到很多因素的影响，因此我们在设计变压器差动保护时要考虑以下因素：

(1) 变压器并不是一个普通的电器而是一个四端元件，在变压器内部存在着励磁阻抗，而且在空载投运后变压器内的励磁电流会超过正常运行电流的5倍，这对变压器的差动保护有很大的影响。

(2) 大多数变压器都是采用YD11的接线方式，这会使变压器两侧电流形成30°的相位差，这一相位差会产生不平衡电流，影响变压器的差动保护。

(3) 在电力系统中一般通过调整分接头来调整电网电压，但是改变分接头会改变变压器的变比，这是因为差动保护只能按照一个特定的变比整定计算，以消除不平衡电流的影响。但是当差动保护动作后，分接头被重新调整，又会出现新的不平衡电流。

(4) 一般情况下，变压器每侧的电流互感器型号各不相同，从而会在差动回路中产生不平衡电流。

(5) 变压器在发生外部故障时，电流互感器会在大电流的情况下处于饱和状态，这样很容易产生差流使保护误动。

2 SEL-387装置

SEL-387即电流差动和过流继电器，它是由美国公司生产的，包括4个电流差动保护元件和4个过流保护元件。由于SEL-387差动保护灵活、可靠性高、适应性强，因而在电力行业得到广泛应用。

SEL-387可以实现差动计算、相位补偿、零序差动保护、谐波计算等功能。在普通的差动保护中，三相电流互感器的实际变比与计算变比不同从而产生不平衡电流，影响主变保护，过去采用的平衡线圈或者中间变流器的方法都不能有效消除不平衡电流，但是SEL-387可以有效消除电流互感器产生的不平衡电流，完成差动保护。

通常情况下，变压器采用YD11的接线方式，这样变压器高、低压侧的电流就会存在相位差，SEL-387利用软件计算方式实现相位补偿。该方法不但能够测量到变压器两侧电流的实际幅值和相位，而且可以简化差动保护装置的设计和安装程序。另外，SEL-387还可以通过比较极化电流和工作电流，对故障发生位置作出准确的判断，同时还可有效防止由变压器空载时励磁涌流所引起的差动保护的误动作。

3 SEL-387在220 kV主变保护中的应用

由于SEL-387是进口的差动保护装置，因此其原理与国内一般的差动保护装置有很大差别。SEL-387在220 kV主变保护中的应用应注意以下问题：

3.1 要考虑到装置的比率制动原理

SEL-387装置采用的是比率制动原理，在变压器外部出现短路故障时，SEL-387装置会产生可靠的制动电流，当变压器出现内部故障时该装置又能有效避免不平衡电流的影响。在主变压器内部故障时，比率制动的制动量很小而动作量较大，因而SEL-387装置能够可靠动作，而在变压器外部故障时其不会动作。

3.2 变压器电流相位差的补偿

由于变压器高、低压侧存在30°的相位差，因此会使高、低压侧的二次电流有150°的相位差，SEL-387通过软件计算的方法解决了相位补偿问题。在软件计算中，SEL-387将某一侧的三相电流按逆时针方向旋转n×30°(n为0～12的整数)，鉴于此，我们在设计安装变压器时可以不用考虑变压器各侧的连接方式，而将各侧的三相电流互感器都连接成Y型。

3.3 三相电流互感器饱和制动

变压器外部故障所产生的短路电流很可能导致变压器两侧三相电流互感器严重饱和，从而在高、低压侧形成较大差流。为了正确区分是变压器内部故障还是外部故障，SEL-387采用了外部故障三相电流饱和制动的措施，根据对暂态不平衡电流产生过程的分析我们知道，在变压器一次侧短路时，二次侧的暂态不平衡电流会比稳定时不平衡电流大5倍，这样很容易引起保护装置的误动作。但是外部故障的差动电流与内部故障的差动电流有一个明显的区别，就是在外部故障时，由于励磁回路的电感，励磁电流不会在短路一发生就立即上升，而是要滞后几个周期，因此我们可以利用这一点辨别是外部故障还是内部故障。

在变压器外部故障短路时，不平衡电流产生的差流还很小，经过几个周期后，差流才能达到动作电流的界限，如果短路的瞬间不平衡电流产生的差流与制动电流都位于附加制动区域内，不平衡电流差流虽然达到了动作界限，保护装置也不会动作；当差流与制动电流离开附加制动区域后，不平衡电流产生的差流已经下降到动作界限之下，这就有效地控制了三相电流互感器的饱和状况。

3.4 二次谐波制动保护

一般情况下，在变压器空载投入时会产生大量的涌流，这会造成保护装置的误动。为了避免这种情况，SEL-387可以利用计算机软件计算涌流，同时计算二次谐波与基波电流的比，以此来制动比率差动元件，防止保护误动。

SEL-387计算二次谐波的方法：利用快速傅里叶变换得到每个周期的64个采样点。该方法最高可以计算15次谐波。

3.5 SEL-387的后备保护

SEL-387除了具有良好的差动保护能力外，还可以进行后备保护，这样就对主变压器形成了双重保护，因而被电力行业广泛采用。SEL-387的后备保护一般有过负荷保护和复合电压过电流保护，具体如下：

(1) 主变压器长时间的过负荷工作会使变压器绝缘材料加速老化，造成变压器损坏。SEL-387装置设置了负荷电流的界限值，并且发出信号，然后由工作人员根据实际情况决定是否关闭主变压器。

(2) 在变压器外部加装电压继电器，并且确定负电压、低电压的界限值，同时将继电器与SEL-387装置进行串联，这样在短路故障时，电压的变化会产生过电流，SEL-387检测到过流从而保护动作。

4 结语

现阶段，电力行业普遍采用SEL-387主变保护装置，因此本文对其进行了详细介绍，系统分析了差动保护的原理以及影响差动保护的原因。SEL-387装置在220 kV主变压器的保护中发挥了很大的作用，不但能够有效完成差动保护，而且能够对变压器进行过流后备保护，这大大提高了主变保护的可靠性。由于SEL-387与传统主变保护装置相比有更好的灵敏度、精度和可靠性，能够解决传统主变保护装置无法解决的问题，同时SEL-387设计简单、安装容易、性能稳定，因此其在主变压器的保护工作中有着良好的应用前景。

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[3]张军.微机型继电器SEL387用于三绕组三相变压器差动保护[J].电世界，2007(12)

[4]冯爱元.差动保护SEL387装置联结补偿设置的分析与探讨[J].天津电力技术，2010(2)

2014-04-08

刘春(1963—)，男，重庆人，技师，工程师，研究方向：变压器维修。