快速切除220kV变压器死区故障的继电保护方案研究

孔令聘

摘  要：通过变压器电源侧后备保护动作，或者使用联跳变压器其他侧断路器相关方法，将220kV变压器某侧断路器以及变压器差动保护电流互感器（TA）存在的故障切除，通常情况下需要耗费大量时间;因为是一种出口故障，因此变压器损坏十分常见。快速切除220kV变压器死区故障继电保护技术是当下继电保护的一种新方法，得到了电力行业的广泛应用，该方法能够为电力系统的稳定运行提供保障，也能够有效预防死区出现故障等问题。基于此，本文对故障保护原理进行探讨，提出继电保护策略。

关键词：变压器死区  继电保护  快速切除  方案

中图分类号：TM77                             文献标识码：A                   文章编号：1674-098X（2020）12（c）-0008-03

Abstract： It usually takes a lot of time to clear the faults of the circuit breaker at one side of the 220 kV transformer and the current transformer （TA） of the differential protection of the transformer through the backup protection action at the power supply side of the transformer or by using the relevant methods of the circuit breaker on the other side of the transformer， which usually takes a lot of time; because it is an export fault， the fault of the current transformer （TA） of the transformer differential protection is removed， Therefore， transformer damage is very common. Fast removal of 220kV Transformer dead zone fault relay protection technology is a new method of relay protection， has been widely used in the power industry， this method can provide security for the stable operation of the power system， but also can effectively prevent dead zone failure and other problems. Based on this， this paper discusses the fault protection principle and puts forward the relay protection strategy.

Key Words： Dead zone of transformer; Relay protection; Fast removal; Scheme

220kV變压器死区故障在日常生活生产中较为常见，主要指变压器某侧断路器和变压器差动保护电流互感器（TA）之间出现的故障，是一种死区故障，同时也是保护的死角，也就是常见的死区故障。为了能够有效提高运行效果，制定和实施有效的变压器死区继电保护策略具有重要的意义，能够快速切除故障，为电力系统的稳定运行提供保障。

1  当下切除变压器死区故障过程中存在的不足

现如今变压器死区故障发生率越来越高，工作人员逐渐认识到死区故障对变压器形成的危害，变压器故障侧的后备保护联条变压去各侧断路器的方法得到了广泛应用，该方法效果明显，但是耗时较长[1]。

2  变压器死区故障特点

2.1 变压器各侧死区故障

对其展开理论分析，如果变压器具有较多的运行电压等级，且通过断路器间隔设施，有效连接外电路设备，例如常见的隔离开关、断路器、TA等，对变压器其中一侧以及断路器两侧展开分析，只有变压器一侧具有TA，母线侧不具备，通常情况下会发生多个变压器死区故障。如果具有两个运行电压等级，并且经过断路器间隔设施，有效连接电路设备，那么至少有两个变压器死区故障，如果断路器两旁均存在TA，那其回路没有死区故障[2]。如果具有3个运行电压等级，并且通过断路器间隔设备，有效连接外电路设备，那么具有3个变压器死区故障。如果一个运行电压等级中存在两个断路器间隔设施，这一侧具有两个变压器死区故障。该故障类型不但发生在变压器中压位置，同样还常常出现在低压侧和高压侧，甚至在低压侧分支也存在。

2.2 变压器死区故障特点

2.2.1 220kV和110kV侧死区故障特点

220kV侧死区故障特点相似。如果变压器110kV侧发生故障，因为故障并没发生在变压器差动保护范限重，但是存在于110kV母线差动保护中，因此110kV母线差动保护的故障段母线小、大差动保护启动跳开故障段母线的断路器，但是主电源在220kV一侧，仍具有短路电流，故障无法切除。该环节中，220kV变压器110kV侧TA具有相应的短路电流通过，导致110kV母线差动保护的大、小差动保护动作无法返回，在这一过程中，220kV变压器110kV侧后备保护动作同样没返回[3]。

对其他情况进行分析，110kV母线差动保护停用的过程中发生死区故障，220kV变压器110kV侧后备保护，110kV侧故障灵敏度较好，根据一定延时动作将220kV变压器110kV侧断路器跳开，但是主电源在220kV侧，仍提供短路电流，无法彻底消除故障。该环节中，220kV变压器110kV侧TA中存在短路电流，因此220kV变压器110kV侧后备保护动作返回困难。

220kV侧或者110kV侧中性点，在不接地环节，发生死区故障，主要原因在于该侧中性点间隙零序电流，或者零序电压保护工作跳变压器各侧断路器切除故障[4]。

2.2.2 低压侧死区故障特点

一般情况下，220kV变压器低压侧的电压等级能够划分为35kV和10kV，通常不在该侧母线设置差动保护，通过变压器低压侧后备保护，按照该母线故障进行相应调整，实现限时速断保护，将其当作是母线故障保护。

3  变压器死区故障几点保护方案

3.1 其他死区故障继电保护方案

3.1.1 线路断路器死区故障继电保护方案

如果线路断路器和TA之间存在问题，通常表现为线路断路器死区故障，该故障类型不受到纵联保护，不过被线路短路器连接母线差动保护，母线差动保护动作跳开：第一，纵联保护闭锁式电路，通过母线差动保护动作后，将该侧线路纵联保护启动，加快对侧线路纵联保护动作跳闸;第二，纵联保护允许式电路，通过母线差动保护动作后，将允许信号传输到侧线路纵联保护，加速纵联保护动作跳闸。

3.1.2 母联断路器死区故障继电保护方案

一般情况下，母联断路器和TA之间可能会发生问题，也被称作母联断路器死区故障，启动母线差动保护时，非故障的母线大、小差动保护，将其全部断路器跳开。母联断路器在分闸中，无法有效切除故障，母联断路器TA中仍然有短路电流，母线差动保护的大差动保护动作返回困难，通过相应延时退出母联断路器TA电流差动保护，也被称作封母联TA[5]。该环节中，做好小差动保护工作，故障转变为区内故障，故障位置母线的大、小差动保护启动跳开故障段母线所有断路器，将故障切除。

3.2 变压器死区故障继电保护方案

3.2.1 方案一

第一，变压器这一侧后备保护跳闸出口，继电器在动作转台下，或者其他保护跳闸出口，继电器也在动作状态下。

第二，变压器这一侧A、B、C三相电流均满足启动值，或者零序电流大于整定值[6]。

如果符合以上条件，通过必须的延时之后将变压器这一侧变压差动保护TA退出，也就是变压器这一侧电流不需要进行差动保护电流计算。如果以上其中一个条件无法满足，0s接入变压器这一侧变压器差动保护TA，也就是这一侧电流需要参与到差动保护电流计算。因为变压器差动保護不计算故障侧电流，也就是说变压器差动保护整体差流从本来的0或很小值转变为短路位置短路电流，导致其转变为区内故障，进而发生变压器差动保护动作，打开变压器总出口跳闸回路，将变压器其他断路器跳开，切除故障。

3.2.2 方案二

如果变压器一侧后备保护跳闸出口，继电器在动作状态下，或者其他保护跳闸出口，继电器在动作状态下;变压器一侧A相、B相和C相电流符合启动值，或者零序电流超过整定值。

如果符合以上条件，通过延时之后将变压器保护总出口跳闸回路开启，将变压器每一侧的断路器启动条块，进而实现快速切除死区故障的效果。如果无法满足相关条件，0s返回，不会将变压器保护跳闸总出口回路启动。

对上述两方案展开分析，对变压器这一侧A相、B相或者C相是否还具有电流进行分析，能够有效收集保护TA电流，电流的定值满足变压器最大负荷电流整定值，如果该侧断路器断开，死区相间故障的灵敏度整定符合要求。如果变压器这一侧使有效接地系统，零序电流或者负零序电流能够给根据变压器这一侧母线接地故障具备充足的灵敏度整定。如果变压器一侧的电压等级为35kV系统，或者以下系统，不接地或者消弧线圈接地系统较为常见，可以不使用变压器该侧零序电流作为判断依据。如果为电阻接系统，那么可以使用变压器该侧零序电流作为判断依据[7]。

3.2.3 方案三

如果220kV变压器一侧出现死区故障，这一侧母线差动保护动作，跳开变压器这一侧的断路器，这一侧断路器位于分闸位置，但是220kV变压器这一侧TA仍然存在一定的故障问题，有故障电流经过，分析母联断路器死区故障继电保护措施，制定“封TA”跳闸控制措施[8]。

变压器这一侧断路器在分闸;变压器这一侧A、B、C三相电流均大于整定值，或者零序电流超过整定值。

如果符合以上条件，通过延时后将变压器这一侧差动保护TA退出也就是在对变压器差动保护电流计算的过程中不考虑这一侧电流。如果不符合以上任一条件，0s接入变压器该侧差动保护TA，也就是对差动保护电流计算的过程中需要考虑这一侧电流。因为变压器差动保护将故障侧电流退出，对差动保护电流进行计算，导致综合差流从本来的0或极小值转变为短路点的短路电流，导致判断故障转化为区内故障，发生变压器差动保护动作，完全跳开变压器其他侧断路器，将故障切除[9]。

3.2.4 方案四

变压器一侧断路器在分闸位置;变压器一侧A相电流或B相电流或者C相电流大于整定值，或者零序电流大于整定值。

如果与以上条件均相符，通过延时后将变压器保护总出口跳闸回路启动，将其各侧断路器跳开，能够有效及时的切除这类变压器死区故障。如果不符合以上任一条件，0s返回，变压器保护总出口跳闸回路不启动。详细分析方案3和4，电流能够裁切机变压器这一侧差动保护TA电流，其相电流整定值大于变压器这一侧额定电流。

4  结语

本文对变压器死区故障特点进行全面分析，共提出上述几种变压器死区故障的继电保护方案，相较于方案一、三，方案二、四的操作更加简便，动作速度更快，优势明显，可将其作为首选方案。在具体应用过程中，还可以有效结合四种方案，优势互补，提高效果。

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