减少220 kV主变压器故障冲击技术措施

周启义,陈孝安,宋会平

摘 要：由于220 kV主变压器中压侧所配的过流保护需要与下级110 kV主变压器保护相配合，导致主变高、中压侧过流保护动作时间整定过长。在110 kV系统发生短路故障时，如果相关保护、开关不能正确动作，则主变压器将承受大电流、长时间的冲击，极有可能损伤变压器。

关键词：变压器；故障冲击；双套配置；线路保护

中图分类号：TM407 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）21-0012-02

1 主变现状

荆州供区的保护时间级差经过多年调整，220 kV主变高压侧复压过流保护的动作时间已由原来的7 s左右降至3.5 s。虽然动作时间降低了，但还是无法满足主变压器热稳定的需求，需要我们进一步缩短保护动作时间，或采取其他技术措施。

保护时间级差由0.5 s调整为0.3 s后（还有调整空间），220 kV主变高压侧复压过流保护的动作时间缩短了近50%. 这是因为我们确定了保主设备的整定原则，严格限制了串供线路的数量，适当牺牲了多级串供线路的选择性（依靠重合闸补救），从而最大限度地缩短了变压器后备保护的动作时间。

在调整了级差后，变压器低压侧过流保护的动作时间可控制在1 s以内，一般为0.4 s跳分段，0.7 s跳本侧。中压侧保护的配合较多，导致整定较长，零序保护一般在2 s以下，过流保护一般在3.5 s左右。因此，要在现有条件下进一步降低保护动作时间非常困难，中压侧的保护配合是变压器后备保护动作时间过长的根本原因，是制约保护整定时间降低的瓶颈，要解决这一问题，就必须从中压侧入手。

2 变压器故障冲击分析

正常情况下，无论哪个部位发生短路故障，变电站中配置的保护都能快速动作并切除故障，因此，变压器不会长时间受到较大短路电流的冲击。

如图1所示，变电站保护用电流互感器二次绕组的选择原则一般为确保线路保护、母差保护和主变。

图1 变电站保护用电流互感器二次绕组的选择原则

从图1中可以看出，差动保护的动作范围最大化，具备无缝连接，不存在保护死区。当K1点故障时，主变差动保护能快速切除故障；当K2点故障时，110 kV母差保护能快速切除故障；当K3点故障时，线路保护能快速切除故障。因此，在正常情况下，变压器不会长时间受到较大短路电流的冲击。

但是，当变电站出口发生短路故障时，如果线路保护、母差保护或开关失灵拒动，则故障只能依靠变压器后备保护切除。由于后备保护的整定时间较长，导致变压器长时间受到较大电流的冲击，极有可能损坏设备。因此，防范此类故障非常重要。

3 防冲击技术措施

根据变压受冲击的原因，可采取的对策为提高保护动作的可靠性、增加开关失灵保护和缩短变压器后备保护的动作时间。利用上述3种措施，变压器受到冲击的概率将大大减少，变压器运行的安全性也能大大提高。

3.1 提高保护动作的可靠性

提高保护的可靠性有2种途径：①加强运行维护，确保所配保护健康运行，故障时能可靠动作；②所配保护双重化，有冗余功能，这样即使有1套保护存在问题，也不会影响短路时对故障的快速切除。

目前，220 kV主变保护均已采用双重化配置，比如图1中K1点的故障一般可有效、快速切除。因此，对于变压器而言，只需要解决K2点和K3点的问题。如果能有效解决K2点和K3点的问题，则可降低后备保护动作时间过长对变压器的影响。

目前，因双套配置成本较高，110 kV保护均采用单套配置。要想升级为双套配置，就需要增加保护，且现有的电流、电压互感器和开关等均不能满足要求，需要更换，否则无法实现真正意义上的双重化。因此，110 kV保护双重化几乎不可行，要想解决K2点和K3点的问题，只有依靠变压器中压侧的后备保护。

3.2 增加110 kV失灵保护

要想排除短路故障，就必须确保保护和开关均能可靠、正确动作。如果保护可正确动作而开关拒动，则必须快速切除与该开关连接的母线上的其他开关，这样才能有效隔离故障，这也是失灵保护的功能。

目前，220 kV变电站没有配置110 kV失灵保护。实际上，配置110 kV失灵保护在技术上是可行的，成本较低，工作量也较小，它是保护变压器免受冲击的有效技术措施，可解决开关失灵的问题。

3.3 缩短变压器后备保护的动作时间

目前，220 kV变压器配置的后备保护均是过流保护，因受定值整定级差配合的影响，要想缩短110 kV后备保护的动作时间几乎不可能，必须寻找其他途径。110 kV线路保护普遍配置的是距离保护，而距离保护只与距离有关，与短路电流关系不大，且不需要与下级变压器的后备保护相配合。因此，如果在现有变压器保护中增加阻抗保护功能（在变压器中不称为距离保护），则有可能缩短变压器后备保护的动作时间。

4 具体实施方案

4.1 增加110 kV失灵保护

目前，在母差保护中集成失灵保护功能的技术已非常成熟，已在220 kV标准设计中被普遍采用。原先单独配置的母差保护只需要升级程序（部分需要更换插件）、配置相关接线、增加启动压板和开入各间隔保护跳闸接点，就可以实现失灵保护功能。目前各厂家均已完成升级改造，不存在技术问题。

4.2 变压器增加阻抗保护

由于已运行的变压器保护的硬件资源有限，导致无法过多地增加其功能，但也不能降低改造后设备运行的可靠性。经综合考虑，仅在变压器中压侧增加相间阻抗保护功能是较好的方案，可有效解决相间短路时复压过流保护动作时间过长的问题。阻抗保护可以与出线距离保护的Ⅱ段（或Ⅰ段）相配合，时间可整定在2 s以内。当接地短路时，主变中压侧的零序过流保护会快速切除故障，因为零序保护不需要与下级110 kV变压器保护相配合，其动作时间一般少于2 s。加装的无论是阻抗保护，还是零序保护，它们都属于双套配置，动作可靠性非常高。因此，变压器受到长时间故障冲击的可能性大大降低，进而有效保证变压器的安全。

多年来，荆州公司更改的主变保护都已具备阻抗保护功能，升级改造了不具备该功能的、有标准版本的和运行时间较短的保护装置，暂缓执行运行时间较长或需要重新编写的程序，没有因为改造而降低了保护的安全性和可靠性。

5 结束语

通过在220 kV变电站加装110 kV失灵保护和阻抗保护，有效解决了220 kV主变后备保护动作时间过长的问题，可将220 kV变压器可能受到的3.5 s故障冲击缩短至2 s以内，从而保证主变压器的安全运行。

〔编辑：张思楠〕

Reduce the Impact of 220 kV Main Transformer Fault Technical Measures

Zhou Qiyi， Chen Xiaoan， Song Huiping

Abstract： As the 220 kV voltage sides of the transformer primary overcurrent protection needs and subordinates with the 110 kV main transformer protection mate， resulting in primary becomes high， the pressure side overcurrent protection operation time setting is too long. When the 110 kV system short-circuit fault， if relevant protection switch does not work properly， the main transformer to withstand high current， prolonged shock， most likely damage the transformer.

Key words： transformer； failure impact； double set of configuration； line protection

摘 要：由于220 kV主变压器中压侧所配的过流保护需要与下级110 kV主变压器保护相配合，导致主变高、中压侧过流保护动作时间整定过长。在110 kV系统发生短路故障时，如果相关保护、开关不能正确动作，则主变压器将承受大电流、长时间的冲击，极有可能损伤变压器。

关键词：变压器；故障冲击；双套配置；线路保护

中图分类号：TM407 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）21-0012-02

1 主变现状

荆州供区的保护时间级差经过多年调整，220 kV主变高压侧复压过流保护的动作时间已由原来的7 s左右降至3.5 s。虽然动作时间降低了，但还是无法满足主变压器热稳定的需求，需要我们进一步缩短保护动作时间，或采取其他技术措施。

保护时间级差由0.5 s调整为0.3 s后（还有调整空间），220 kV主变高压侧复压过流保护的动作时间缩短了近50%. 这是因为我们确定了保主设备的整定原则，严格限制了串供线路的数量，适当牺牲了多级串供线路的选择性（依靠重合闸补救），从而最大限度地缩短了变压器后备保护的动作时间。

在调整了级差后，变压器低压侧过流保护的动作时间可控制在1 s以内，一般为0.4 s跳分段，0.7 s跳本侧。中压侧保护的配合较多，导致整定较长，零序保护一般在2 s以下，过流保护一般在3.5 s左右。因此，要在现有条件下进一步降低保护动作时间非常困难，中压侧的保护配合是变压器后备保护动作时间过长的根本原因，是制约保护整定时间降低的瓶颈，要解决这一问题，就必须从中压侧入手。

2 变压器故障冲击分析

正常情况下，无论哪个部位发生短路故障，变电站中配置的保护都能快速动作并切除故障，因此，变压器不会长时间受到较大短路电流的冲击。

如图1所示，变电站保护用电流互感器二次绕组的选择原则一般为确保线路保护、母差保护和主变。

图1 变电站保护用电流互感器二次绕组的选择原则

从图1中可以看出，差动保护的动作范围最大化，具备无缝连接，不存在保护死区。当K1点故障时，主变差动保护能快速切除故障；当K2点故障时，110 kV母差保护能快速切除故障；当K3点故障时，线路保护能快速切除故障。因此，在正常情况下，变压器不会长时间受到较大短路电流的冲击。

但是，当变电站出口发生短路故障时，如果线路保护、母差保护或开关失灵拒动，则故障只能依靠变压器后备保护切除。由于后备保护的整定时间较长，导致变压器长时间受到较大电流的冲击，极有可能损坏设备。因此，防范此类故障非常重要。

3 防冲击技术措施

根据变压受冲击的原因，可采取的对策为提高保护动作的可靠性、增加开关失灵保护和缩短变压器后备保护的动作时间。利用上述3种措施，变压器受到冲击的概率将大大减少，变压器运行的安全性也能大大提高。

3.1 提高保护动作的可靠性

提高保护的可靠性有2种途径：①加强运行维护，确保所配保护健康运行，故障时能可靠动作；②所配保护双重化，有冗余功能，这样即使有1套保护存在问题，也不会影响短路时对故障的快速切除。

目前，220 kV主变保护均已采用双重化配置，比如图1中K1点的故障一般可有效、快速切除。因此，对于变压器而言，只需要解决K2点和K3点的问题。如果能有效解决K2点和K3点的问题，则可降低后备保护动作时间过长对变压器的影响。

目前，因双套配置成本较高，110 kV保护均采用单套配置。要想升级为双套配置，就需要增加保护，且现有的电流、电压互感器和开关等均不能满足要求，需要更换，否则无法实现真正意义上的双重化。因此，110 kV保护双重化几乎不可行，要想解决K2点和K3点的问题，只有依靠变压器中压侧的后备保护。

3.2 增加110 kV失灵保护

要想排除短路故障，就必须确保保护和开关均能可靠、正确动作。如果保护可正确动作而开关拒动，则必须快速切除与该开关连接的母线上的其他开关，这样才能有效隔离故障，这也是失灵保护的功能。

目前，220 kV变电站没有配置110 kV失灵保护。实际上，配置110 kV失灵保护在技术上是可行的，成本较低，工作量也较小，它是保护变压器免受冲击的有效技术措施，可解决开关失灵的问题。

3.3 缩短变压器后备保护的动作时间

目前，220 kV变压器配置的后备保护均是过流保护，因受定值整定级差配合的影响，要想缩短110 kV后备保护的动作时间几乎不可能，必须寻找其他途径。110 kV线路保护普遍配置的是距离保护，而距离保护只与距离有关，与短路电流关系不大，且不需要与下级变压器的后备保护相配合。因此，如果在现有变压器保护中增加阻抗保护功能（在变压器中不称为距离保护），则有可能缩短变压器后备保护的动作时间。

4 具体实施方案

4.1 增加110 kV失灵保护

目前，在母差保护中集成失灵保护功能的技术已非常成熟，已在220 kV标准设计中被普遍采用。原先单独配置的母差保护只需要升级程序（部分需要更换插件）、配置相关接线、增加启动压板和开入各间隔保护跳闸接点，就可以实现失灵保护功能。目前各厂家均已完成升级改造，不存在技术问题。

4.2 变压器增加阻抗保护

由于已运行的变压器保护的硬件资源有限，导致无法过多地增加其功能，但也不能降低改造后设备运行的可靠性。经综合考虑，仅在变压器中压侧增加相间阻抗保护功能是较好的方案，可有效解决相间短路时复压过流保护动作时间过长的问题。阻抗保护可以与出线距离保护的Ⅱ段（或Ⅰ段）相配合，时间可整定在2 s以内。当接地短路时，主变中压侧的零序过流保护会快速切除故障，因为零序保护不需要与下级110 kV变压器保护相配合，其动作时间一般少于2 s。加装的无论是阻抗保护，还是零序保护，它们都属于双套配置，动作可靠性非常高。因此，变压器受到长时间故障冲击的可能性大大降低，进而有效保证变压器的安全。

多年来，荆州公司更改的主变保护都已具备阻抗保护功能，升级改造了不具备该功能的、有标准版本的和运行时间较短的保护装置，暂缓执行运行时间较长或需要重新编写的程序，没有因为改造而降低了保护的安全性和可靠性。

5 结束语

通过在220 kV变电站加装110 kV失灵保护和阻抗保护，有效解决了220 kV主变后备保护动作时间过长的问题，可将220 kV变压器可能受到的3.5 s故障冲击缩短至2 s以内，从而保证主变压器的安全运行。

〔编辑：张思楠〕

Reduce the Impact of 220 kV Main Transformer Fault Technical Measures

Zhou Qiyi， Chen Xiaoan， Song Huiping

Abstract： As the 220 kV voltage sides of the transformer primary overcurrent protection needs and subordinates with the 110 kV main transformer protection mate， resulting in primary becomes high， the pressure side overcurrent protection operation time setting is too long. When the 110 kV system short-circuit fault， if relevant protection switch does not work properly， the main transformer to withstand high current， prolonged shock， most likely damage the transformer.

Key words： transformer； failure impact； double set of configuration； line protection

摘 要：由于220 kV主变压器中压侧所配的过流保护需要与下级110 kV主变压器保护相配合，导致主变高、中压侧过流保护动作时间整定过长。在110 kV系统发生短路故障时，如果相关保护、开关不能正确动作，则主变压器将承受大电流、长时间的冲击，极有可能损伤变压器。

关键词：变压器；故障冲击；双套配置；线路保护

中图分类号：TM407 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）21-0012-02

1 主变现状

荆州供区的保护时间级差经过多年调整，220 kV主变高压侧复压过流保护的动作时间已由原来的7 s左右降至3.5 s。虽然动作时间降低了，但还是无法满足主变压器热稳定的需求，需要我们进一步缩短保护动作时间，或采取其他技术措施。

保护时间级差由0.5 s调整为0.3 s后（还有调整空间），220 kV主变高压侧复压过流保护的动作时间缩短了近50%. 这是因为我们确定了保主设备的整定原则，严格限制了串供线路的数量，适当牺牲了多级串供线路的选择性（依靠重合闸补救），从而最大限度地缩短了变压器后备保护的动作时间。

在调整了级差后，变压器低压侧过流保护的动作时间可控制在1 s以内，一般为0.4 s跳分段，0.7 s跳本侧。中压侧保护的配合较多，导致整定较长，零序保护一般在2 s以下，过流保护一般在3.5 s左右。因此，要在现有条件下进一步降低保护动作时间非常困难，中压侧的保护配合是变压器后备保护动作时间过长的根本原因，是制约保护整定时间降低的瓶颈，要解决这一问题，就必须从中压侧入手。

2 变压器故障冲击分析

正常情况下，无论哪个部位发生短路故障，变电站中配置的保护都能快速动作并切除故障，因此，变压器不会长时间受到较大短路电流的冲击。

如图1所示，变电站保护用电流互感器二次绕组的选择原则一般为确保线路保护、母差保护和主变。

图1 变电站保护用电流互感器二次绕组的选择原则

从图1中可以看出，差动保护的动作范围最大化，具备无缝连接，不存在保护死区。当K1点故障时，主变差动保护能快速切除故障；当K2点故障时，110 kV母差保护能快速切除故障；当K3点故障时，线路保护能快速切除故障。因此，在正常情况下，变压器不会长时间受到较大短路电流的冲击。

但是，当变电站出口发生短路故障时，如果线路保护、母差保护或开关失灵拒动，则故障只能依靠变压器后备保护切除。由于后备保护的整定时间较长，导致变压器长时间受到较大电流的冲击，极有可能损坏设备。因此，防范此类故障非常重要。

3 防冲击技术措施

根据变压受冲击的原因，可采取的对策为提高保护动作的可靠性、增加开关失灵保护和缩短变压器后备保护的动作时间。利用上述3种措施，变压器受到冲击的概率将大大减少，变压器运行的安全性也能大大提高。

3.1 提高保护动作的可靠性

提高保护的可靠性有2种途径：①加强运行维护，确保所配保护健康运行，故障时能可靠动作；②所配保护双重化，有冗余功能，这样即使有1套保护存在问题，也不会影响短路时对故障的快速切除。

目前，220 kV主变保护均已采用双重化配置，比如图1中K1点的故障一般可有效、快速切除。因此，对于变压器而言，只需要解决K2点和K3点的问题。如果能有效解决K2点和K3点的问题，则可降低后备保护动作时间过长对变压器的影响。

目前，因双套配置成本较高，110 kV保护均采用单套配置。要想升级为双套配置，就需要增加保护，且现有的电流、电压互感器和开关等均不能满足要求，需要更换，否则无法实现真正意义上的双重化。因此，110 kV保护双重化几乎不可行，要想解决K2点和K3点的问题，只有依靠变压器中压侧的后备保护。

3.2 增加110 kV失灵保护

要想排除短路故障，就必须确保保护和开关均能可靠、正确动作。如果保护可正确动作而开关拒动，则必须快速切除与该开关连接的母线上的其他开关，这样才能有效隔离故障，这也是失灵保护的功能。

目前，220 kV变电站没有配置110 kV失灵保护。实际上，配置110 kV失灵保护在技术上是可行的，成本较低，工作量也较小，它是保护变压器免受冲击的有效技术措施，可解决开关失灵的问题。

3.3 缩短变压器后备保护的动作时间

目前，220 kV变压器配置的后备保护均是过流保护，因受定值整定级差配合的影响，要想缩短110 kV后备保护的动作时间几乎不可能，必须寻找其他途径。110 kV线路保护普遍配置的是距离保护，而距离保护只与距离有关，与短路电流关系不大，且不需要与下级变压器的后备保护相配合。因此，如果在现有变压器保护中增加阻抗保护功能（在变压器中不称为距离保护），则有可能缩短变压器后备保护的动作时间。

4 具体实施方案

4.1 增加110 kV失灵保护

目前，在母差保护中集成失灵保护功能的技术已非常成熟，已在220 kV标准设计中被普遍采用。原先单独配置的母差保护只需要升级程序（部分需要更换插件）、配置相关接线、增加启动压板和开入各间隔保护跳闸接点，就可以实现失灵保护功能。目前各厂家均已完成升级改造，不存在技术问题。

4.2 变压器增加阻抗保护

由于已运行的变压器保护的硬件资源有限，导致无法过多地增加其功能，但也不能降低改造后设备运行的可靠性。经综合考虑，仅在变压器中压侧增加相间阻抗保护功能是较好的方案，可有效解决相间短路时复压过流保护动作时间过长的问题。阻抗保护可以与出线距离保护的Ⅱ段（或Ⅰ段）相配合，时间可整定在2 s以内。当接地短路时，主变中压侧的零序过流保护会快速切除故障，因为零序保护不需要与下级110 kV变压器保护相配合，其动作时间一般少于2 s。加装的无论是阻抗保护，还是零序保护，它们都属于双套配置，动作可靠性非常高。因此，变压器受到长时间故障冲击的可能性大大降低，进而有效保证变压器的安全。

多年来，荆州公司更改的主变保护都已具备阻抗保护功能，升级改造了不具备该功能的、有标准版本的和运行时间较短的保护装置，暂缓执行运行时间较长或需要重新编写的程序，没有因为改造而降低了保护的安全性和可靠性。

5 结束语

通过在220 kV变电站加装110 kV失灵保护和阻抗保护，有效解决了220 kV主变后备保护动作时间过长的问题，可将220 kV变压器可能受到的3.5 s故障冲击缩短至2 s以内，从而保证主变压器的安全运行。

〔编辑：张思楠〕

Reduce the Impact of 220 kV Main Transformer Fault Technical Measures

Zhou Qiyi， Chen Xiaoan， Song Huiping

Abstract： As the 220 kV voltage sides of the transformer primary overcurrent protection needs and subordinates with the 110 kV main transformer protection mate， resulting in primary becomes high， the pressure side overcurrent protection operation time setting is too long. When the 110 kV system short-circuit fault， if relevant protection switch does not work properly， the main transformer to withstand high current， prolonged shock， most likely damage the transformer.

Key words： transformer； failure impact； double set of configuration； line protection