变压器相间短路后备保护中负序阻抗继电器的应用研究

游 昊，李本瑜

（云南电力调度控制中心，云南 昆明 650011）

0 引 言

在变压器高压侧的阻抗保护，是相邻线路和变压器低压侧母线的后备保护，具有动作时限较短、动作范围稳定的特点，线路保护效果显著。阻抗继电器种类多样，常规的偏移圆特性阻抗继电器局限性较大，会受到Y,d接线干扰，无法客观反映真实阻抗，难以有效解决其中的故障问题。负序阻抗继电器可以较好地满足这一需求，有效规避负荷阻抗，避免误动问题出现。

1 偏移圆特性阻抗继电器

图1为系统图。在变压器相间短路后备保护中应用偏移圆特性阻抗继电器，其中Zt是变压器阻抗，Zl是NK线路的等效阻抗。对这一问题精简分析，仅仅从单侧电源角度进行考虑，忽视负荷电流；降压变压器用Y,d11接线表示；在变压器高压侧安装阻抗元件，选择0°接线方式，将电路和电压折算在变压器高压侧。

图1 系统图

变压器高压侧的偏移圆特性阻抗元件和低压侧NK线路相互配合，是变压器低压侧母线和NK线路的后备保护。NK线路保护范围末端为K，如果K与BC出现相间短路问题，可以通过对称分量法将A作为特殊相，变压器低压侧正、负序电流分量为 ，变压器低压侧的正、负序电压分量则为 。正、负序电流和电压分量之间的关系如下：

将d侧的电压和电流序分量纳入到Y侧范畴，计算保护安装处的电压和电流分量，测量阻抗如下：

绘制测量阻抗示意图，如图2所示，整定阻抗为Zset，取值为 1.3(ZL+Zt)。

从图2可以看到，如果变压器的d侧线出现相间短路问题，在Y侧安装的偏移圆特性阻抗继电器未能发挥原有作用，将无法正确测量故障点的真实阻抗[1]。

2 负序阻抗继电器

负序阻抗继电器相较于偏移圆特性阻抗继电器优势更突出，将负序电压和电流设为动作量，可以摒弃Y,d侧线路负荷影响，在正常负荷运行下规避误动问题。

图2 阻抗继电器测量阻抗

2.1 负序阻抗继电器整定方法

负序阻抗继电器在相间短路后背保护中，正序分量是制动的主要依据，负序分量是动作的主要依据。

a是负序阻抗判据，Krel是可靠系数。如果a＞0，代表负序阻抗继电器动作；反之，则为负序阻抗继电器不会动作。则代表高压引线的正、负序电流；分别代表着高压母线的正、负序电压；Zl代表线路阻抗。综合考量线路阻抗之间的偏差和可能对负序阻抗继电器的实际效果带来的不良影响，可以通过实验正确测量来获取精准可靠的数值[2]。

2.2 电压互感器断线闭锁下负序阻抗继电器的运行情况

如果电压互感器断线处于闭锁状态，负序阻抗继电器的运行可以分为动作量和负序分量。为了规避电压互感器误动问题，可以在原有基础上增设负序电流启动元件，形成启动逻辑。如果电压互感器处于断线状态，尽管存在依然为0。同样的，电流互感器处于断线状态，出现，但是 为0。所以，如果出现此类情况，负序阻抗继电器不会启动。

2.3 仿真验证

基于MATLAB/Simulink建立仿真分析模型，降压变压器Y,d11接线，仿真模型如图3所示。

图3 仿真模型图

图3 中，在变压器高压侧安装负序阻抗继电器，采集三相电压和电量数值，并对采集的数据进行计算和处理，得到负序阻抗判据值，与上述的判据相契合[3]。图3中的1、2、3、4处分别存在相间短路故障，I段是AB线路和Zset之间的距离，在AB线路末端整定，Krel为0.8，Zset为1241.13 Ω。具体数值如表1所示。

表1 负序阻抗继电器仿真结果

为了尽可能规避变压器相间短路故障问题，应该结合实际情况，遵循变压器保护原则，结合供电系统运行环境，编制合理的设计方案，以便提升变压器运行可靠性。在具体工作中，立足实际制定合理的变压器保护方案，充分掌握电路保护策略的实际特征，结合电路保护策略特征选择合理的方案。针对具体问题，应加强电路保护，寻求合理的技术和管理措施，在改善变压器运行条件基础上，尽可能避免出现变压器相间短路故障问题[4-6]。

针对变压器相间短路故障问题，可以在母线桥上设立绝缘热缩保护材料，加强变压器保护。一旦发现相间短路故障出现，可以及时对变压器作色谱分析。如果色谱分析异常，则需要立即停止变压器，并做进一步的检查和试验[7]。反之，如果色谱分析正常，需要间隔较短时间后再次进行检查和分析，编制合理的调查报告[8]。如果变压器出口附近线路发生短路故障，需要在保证开关正确的同时，及时切断故障，保证线路运行安全。相关工作人员可以定期组织变压器绕组变形测试，全面掌握变压器的运行情况，尽可能降低相间短路故障发生几率。

3 结 论

综上所述，在变压器相间短路后备保护中，通过负序阻抗继电器可以有效解决故障问题，规避负荷阻抗，避免出现误动问题。但是，此种方式却无法灵活应对三相短路，需要进一步改进和完善，建立完备的变压器后备保护。