【知识卡】主变其他保护 / 四六文摘

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主变其他保护

主变保护除了纵差保护之外，还有过电流保护、零流保护、中性点间隙保护、零压保护、阻抗保护、过励磁保护等，我们将这些保护统称为主变其他保护。

Part 1：复合电压闭锁的过电流保护

过电流保护是变压器及相邻元件的后备保护，可检测变压器外部相间短路与变压器内部绕组相间短路故障。变压器高压侧过电流保护延时跳开各侧开关，低压侧、中压侧过电流保护延时跳开本开关。

过电流保护由功率方向元件、复压闭锁元件与过电流元件构成。功率方向元件的作用是保证反向故障时保护不误动。以CSC-326与PST-1200U为代表的保护装置，一般设定复压过流保护高压侧一段与中压侧1、2时限带方向，低压侧与其他时限不带方向。复压闭锁元件，又称复合电压闭锁元件，可确保保护动作的选择性，元件配置在变压器两侧或三侧有电源的三绕组变压器上。过电流保护同名相过电流元件和功率方向元件先构“与”逻辑，再与复压闭锁元件构成“与”逻辑后经延时出口跳闸。

一些国外传统保护，如SEL-387、RET-316，因没有复压闭锁功能，故需额外增加复合电压继电器，给这些保护过电流元件增加复压闭锁开入。因此，在保护校验时，需要对复合电压继电器单独校验。常用的复合电压继电器，如MRU，可进行相电压低压或负序电压过压检验，当电压满足条件时面板会显示“TRIP”，同时跳闸红灯亮起。MRU相电压低压校验，先通入三相对称额定电压，跌一相电压直至继电器动作；负序过压校验，从零开始，反序通入ABC三相电压，并同时升高三相电压直至继电器动作。

图1 SEL387进口保护装置面板图

此外，对于标准双套保护，高压侧复压过流保护变压器本体，换言之变压器高压侧复压闭锁功能取变压器各侧电压，任一侧电压满足动作条件则复压闭锁开放动作。低压侧复压过流保护低压侧母线，故低压侧复压闭锁仅取对应低压侧电压。

功率方向元件

功率方向元件取保护侧电压、电流，根据90°接线与正序电压极化量原理，构成方向判断逻辑。

图2 功率方向元件动作特性图（90°接线）

正是因为有功率方向元件的限制，过流保护才不会在反向故障时误动。某220kV变电站某主变，曾因低压侧小电源负荷过大而发出报警，此时负荷电流已超过过电流的电流整定值，然而因功率元件检测为反向，所以保护未能动作。

复压闭锁元件

复压闭锁元件动作判据为

负序电压元件对不对称短路有很高灵敏度，且不受星-角转换影响，低电压元件则可以保护三相短路故障。

过电流元件

Part 2：零流保护、中性点间隙保护

零流保护

零流保护，又称零序电流保护，装设于中性点直接接地的变压器，是变压器和相邻元件接地短路故障的后备保护。整个零序电流保护由零序过流元件与零序方向元件“与”逻辑构成。

需要说明的是，只有低压侧绕组等值漏抗不为零且高压侧与中压侧中性点均接地的三绕组变压器及自耦变压器才需要零序方向元件。变压器低压侧通过接地变接地，故由接地变零流实现零流保护。零序方向元件根据保护安装处的零序电流与零序电压相角差判断故障是否发生在保护范围内。需要注意的是，变压器零流保护方向不固定，可选择“指向变压器”或“指向母线”，具体指向由控制字实现。

零流保护跳闸方式视情况而定。公司内500kV变压器不启用零流保护；220kV电压等级变压器高中压侧为二段式零流保护，一段带方向跳本侧开关，二段不带方向跳各侧开关，低压侧为零流保护跳本侧开关，接地变为俩二段式零流保护，一段采用自产零流跳低压侧开关，二段采用接地变中性点零流跳各侧开关。

此外，变压器零流保护中零序电流的采集方式视不同情况而定。普通变压器带方向零流保护均取自自产零流，不带方向时采用外接零流；自耦变压器公共绕组的零流保护宜采用自产零流，若条件不具备，则采用中性点零流。正因为零流保护多采用自产电流，所以需要保证电流回路连续性，否则保护可能误动。2015年，某220kV变电站发生主变低压侧开关跳闸事故，保护装置显示零流保护动作，但故障录波仪分析显示一次电流电压无异常。经继保班组人员排查后发现，主变后备保护某相连续性不通，电流试验端子处接触不良，造成保护装置单相失流。单相失流后，自产零序电流等于单相负荷电流，且大于零流二段定值，从而保护误动。

中性点间隙保护

中性点直接接地的变压器有零流保护，对于中性点不接地的半绝缘变压器，则对应有间隙保护作为接地短路故障的后备保护。所谓半绝缘变压器即中性点线圈对地绝缘比其他部位弱，所以中性点绝缘容易被击穿。为避免上述情况的发生，现有变压器在中性点装设一个放电间隙，如图3所示。当中性点电压升高至一定值时，放电间隙击穿接地，保护了变压器的中性点绝缘安全。

图3 间隙保护原理图

中性点间隙保护由间隙零序电流保护与间隙零序电压保护两部分构成，保护动作时延时跳开变压器各侧开关，具体动作方程为：

为什么间隙电压保护二次值整定为180V？

间隙零序电流保护整定值一次电流只有

100A，延时只有0.5s，为何电流与时间

延时如此小？

Part 3：阻抗保护及过励磁保护

阻抗保护

公司500kV电压等级变压器上在高中压侧配置阻抗保护，作为本侧母线故障和变压器部分绕组故障的后备保护。阻抗保护根据母线运行方式设置不同的跳闸时限，高中压侧均延时跳变压器各侧开关。

阻抗保护采用突变量或负序电流启动，使用具有如图4所示的偏移圆动作特性的阻抗元件，可以保护相间和接地故障。由偏移特性的阻抗元件在两侧短路都有保护范围，指向变压器方向部分作为变压器内部绕组短路故障的后备，指向母线方向的保护能作为系统短路故障的后备。

图4 偏移圆动作特性图

此外阻抗保护设置了TV断线与振荡闭锁元件。当TV断线时发生区外短路时，阻抗保护退出。当阻抗保护动作时间在1.5s以上时可躲过振荡影响，无需振荡闭锁元件，小于1.5s时则需要设置振荡闭锁元件。

过励磁保护

变压器运行时由于电压升高或频率降低会使变压器处于过励磁状态，此时铁芯饱和温度升高，同时导线与油箱壁及其他构件产生涡流引起局部过热，严重时造成铁芯变形、损伤绝缘介质。所以变压器过励磁保护是必要的。公司500kV变压器高压侧配置过励磁保护。

过励磁保护逻辑由定时限与反时限两部分构成，以过励磁倍数为定值参数，定时限含告警定值与动作定值，反时限仅有动作定值。过励磁倍数达到定时限告警定值时，定时限保护动作于告警信号；当过励磁倍数达到定时限或反时限动作定值时，保护跳变压器各侧开关。反时限保护设置的目的是当变压器励磁越严重、发热越多时能够更加快速地切除故障。

过励磁保护逻辑中的过励磁倍数n是决定保护是否动作的关键物理量，其计算公式如下：