摘要：變壓器相間后備保護對低壓側相間短路故障靈敏度不足和動作時限過長，是外部故障造成變壓器損壞的主要原因，分析了反應變壓器低壓側相間短路的保護方案，提出了改進措施，這在變壓器微機保護中應用簡單易行，對保證系統和變壓器的安全穩定運行有積極的作用。
　　關鍵詞：變壓器；后備保護；靈敏性；測量阻抗
　　
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　　變壓器是電網中十分重要的元件之一，它的安全運行直接關系到電網的安全穩定運行和供電的可靠性。近年來，國內曾多次出現過三繞組變壓器因低壓側(d接線)外部相間短路造成變壓器直接損壞的事故，甚至引發系統事故或大面積停電事故［1，2，3］。究其原因，一是變壓器相間后備保護動作時限過長或由于低壓側斷路器拒動；二是變壓器高壓側后備保護對低壓側相間故障靈敏度不足。因此，在重視大型變壓器主保護的同時亦應重視其后備保護，認真研究它的合理配置與整定計算，確保大型變壓器自身的安全和系統的穩定運行。?
　　
　　1變壓器相間后備保護存在的問題

　　變壓器高壓側相間后備保護主要作為變壓器內部故障的后備保護及中、低壓側母線故障的后備保護�！独^電保護和安全自動裝置技術規范》第2.3.5.2條規定在過電流保護不滿足靈敏度要求時，可用復合電壓啟動的過電流保護；第2.3.5.3條規定可用一個負序電流繼電器和一個單相低電壓啟動的過電流繼電器組成后備保護；第2.3.5.4條規定對于升壓變壓器和系統聯合變壓器，當采用前述兩款的保護不能滿足靈敏性和選擇性要求時，可采用阻抗保護。這三種保護由于種種原因起不到低壓側相間短路后備保護的作用。?

　　1.1復合電壓啟動的過電流保護存在的問題
　　一般220?kV及以上的降壓變壓器和聯絡變壓器的高壓側配置了復合電壓起動的過電流保護，其電流定值大于變壓器的額定電流，低電壓定值不大于0.7?Ue。由于降壓變或聯絡變的低壓側漏抗相對較大，這樣就產生以下問題［４］：
　　(1)在低壓側母線或出口附近三相故障時，高、中壓側殘壓較高，造成高壓側復合電壓啟動的過電流保護電壓元件靈敏度不夠。
　　(2)由于變壓器電抗較大，低壓側故障時，高壓側過流元件靈敏度不夠。
　　(3)高壓側相間保護的電流元件在低壓側故障切除后有可能不返回造成誤動。
　　(4)中、低壓側過流保護與線路保護的后備段配合，動作時限較長。

　　1.2負序電流加單相式低電壓啟動的過電流保護存在的問題

　　負序電流保護用于反應不對稱故障，單相式低電壓啟動的過電流保護用于反應對稱故障，如前所述由于變壓器低壓側漏抗相對較大，在低壓側母線或出口附近三相故障時，高、中壓側殘壓較高，電壓元件靈敏度不夠；負序電流元件整定計算復雜；動作時限較長。?

　　1.3相間阻抗保護存在的問題

　　當變壓器高、中壓側配置阻抗保護作相間短路后備時，其阻抗繼電器大多采用帶偏移特性的0°接線阻抗繼電器作為測量元件。若變壓器是Y，Y接線，兩側電壓和電流沒有相位轉換，阻抗繼電器能正確測量各種相間短路時的短路阻抗；若是Y，d接線，兩側有相位轉換，則阻抗繼電器不能正確測量短路阻抗［4，5］，造成保護對d側兩相短路無靈敏度可言。
　　上述三種變壓器相間后備保護均不能靈敏快速地反應變壓器低壓側(d接線)兩相短路，巨大的短路電流長時間通過變壓器繞組，嚴重地影響變壓器的使用壽命，甚至直接造成變壓器損壞。因此，有必要增設專用于反應變壓器低壓側母線及出線近處兩相短路故障的快速后備保護，以確保變壓器的安全穩定運行。

　　3變壓器低壓側相間短路的保護方案及改進
　　(1)應用同名相全電壓全電流的阻抗繼電器反應Y,d-11接線變壓器d側相間短路故障［6］。設d側bc兩相短路，故障點處：Ｙ側C相電流、電壓為：?
　　
　　(2)應用負序分量距離繼電器反應Y,d-11接線變壓器d側相間短路故障［5］。負序分量距離繼電器反應補償電壓的序分量，其動作特性只與故障類型有關而與故障相別無關，與變壓器的接線組別也無關。補償電壓的各序分量為：?
　　
　　式中：Zset為整定阻抗，(正負序阻抗相等），
為保護安裝處的正負序電壓、電流。
　　負序距離繼電器的動作條件為：?
　　
　　負序距離繼電器有以下優點［3］：
　　(a)一個判據對各種相別的兩相短路故障都能正確測量；
　　(b)不反應負荷阻抗，可以按靈敏度要求整定；
　　(c)在系統全相運行振蕩時不會誤動；
　　(d)便于實現電壓斷線閉鎖。
　　(3)應用變壓器高、中壓側三相電流分布的特點反應d側兩相短路［7］。眾所周知，Y，Y，d-11接線變壓器d側兩相短路時，由于不存在零序分量，高、中壓側的電流分布有以下特點：故障落后相故障分量電流最大，是其余兩相故障分量電流的兩倍，且相位相反；其余兩相故障分量電流大小相等且相位相同。在其它側兩相短路時，高、中壓側的電流分布均不具備以上特點。
　　根據這一特點可以設計一邏輯模塊，如圖1，作為變壓器d側兩相短路的判據元件，與負序電流元件和時間元件構成后備保護。I2定值按躲線路有可能出現的最大不平衡負序電流整定；動作時限與出線后備段保護配合。
　　(4)在變壓器低壓側增設一套限時電流速斷保護［６］，其電流元件按該側母線相間故障有1.3的靈敏度整定，動作時限比出線第一段大一個△t(△t取0.3?s)，起到母線故障主保護的作用。
　　上述四種方案均能靈敏地反應變壓器低壓側相間短路故障，對微機保護來講都能較容易地實現。但它們仍各有特點，第(1)、(2)兩種方案相對復雜一些，且當動作時限較短時需增設相應的附加措施，確保在電壓互感器二次斷線和系統振蕩條件下不誤動。第(3)種方案特點鮮明，易于實現，但動作過長，需提高速動性。第(4)種方案簡單易行，整定計算方便，但當低壓側斷路器拒動時不能確保變壓器和系統的安全運行，整定原則也需調整，以確保不會出現非選擇性動作。
　　綜上所述，在變壓器微機保護中額外增設最簡單易行的第(3)、(4)兩種保護方案，專用于反應變壓器低壓側相鄰元件兩相短路，不需要額外的硬件支持，程序簡短。只需將第(3)種保護方案I?２的整定原則改為與出線第二段保護配合，即I?２的定值大于出線第二段保護動作電流的50%(需考慮分支系數的影響)，并確保在變壓器低壓側母線上發生相同短路時有1.3的靈敏度。因兩相不接地短路時負序電流是三相短路電流的50%；動作時限比出線第二段保護的動作時限大一個△t，保護動作于跳變壓器三側斷路器，必要時可以縮短出線第二段保護的動作時限(取0.3??s?)，以保證全系統及變壓器的安全穩定運行為最終目標。第(4)種保護方案的整定原則改為與出線第一段保護配合，并確保在變壓器低壓側母線上發生相間短路時有1.3的靈敏度。
　　
　　
　　
　　按上述方案改進后，當在出線第一段保護范圍內發生相間短路時，由出線第一段保護動作切除故障，第(4)種方案不會無選擇動作；當在出線第一段保護范圍外發生相間短路時，由出線第二段保護動作切除故障，第(3)種方案不會無選擇動作；當在低壓側母線上發生相間短路時，由(4)種方案快速動作切除故障；當變壓器低壓側斷路器拒動時，由第(3)種方案動作于跳變壓器三側斷路器，以確保變壓器本身的安全。因此，增加上述兩種保護方案后不會帶來其它不良后果。?

　　3結論
　　在變壓器微機保護中額外增加上述兩種快速后備保護，專用于反應三繞組變壓器低壓側(d接線)兩相短路故障，簡單易行，不需要額外的硬件支持，程序簡短，不會增加保護的復雜性，也不會帶來其它的不良后果。此方案是可行的，有利于保護系統和變壓器本身的安全穩定運行，適用于中、低壓側解列(或單獨)運行的三繞組變壓器。