刘启林++刘畅

摘 要：为提高电网运行的安全可靠性，文章对高阻抗变压器后备保护问题进行了深入探讨，具有一定的实用价值。

关键词：高阻抗；变压器；后备保护问题

引言

最近几年来，我国开始全面推行超高压电网和特高压电网，这对电网容量提出了更高的要求。就目前电网发展现状而言，时常会因为大型变压器低压侧的后备保护灵敏度欠缺以及反应时间较慢等原因引起变压器的损坏。为了有效应对此现象，国内外专家学者都将目光聚焦在了高阻抗变压器的后备保护问题上，本文也将对此进行深入分析。

1 高阻抗变压器保护系统

图1反映了220kV变电站变压器最常见的一次接线方式。通常情况下，为了尽可能降低因为低压侧发生故障所产生的短路电流，对于普通变压器一般会在其低压位置配置有限流电抗器。然而尽管如此，若是在限流电抗器与变压器低压绕组之间产生了问题，则也容易引起很大的短路电流，这会造成变压器绕组受到短路电流的直接冲击。就图1中1#主变进行分析，如果在电抗器与低压侧CT3之间出现了故障，并且，一般情况下位于高压侧的过流保护的灵敏度无法满足实际需求，那么就必须设置后备保护。通常情况下会选取专用电抗器作为复压过流保护，其中，保护电流由限流电抗器前的CT4决定，而电压则由低压侧的母线电压决定。

较普通三绕组变压器而言，高阻抗变压器具有更高的变压器高-低繞组的短路阻抗，即使电路的低压侧有故障出现也不会形成很大的短路电流，更不会因为电流冲击造成变压器的损坏。所以，从节约空间与降低成本的角度考虑，完全可以将为限制短路电流而单独设置的限流电抗器撤销掉，从而缩小变电站的占地面积，同时减少变电站建设所需要的费用。

另外，对于高阻抗变压器，除了与普通变压器一样安装后备保护以外，其低压侧故障灵敏度的提高还能够通过低压侧复压与电流保护来实现。同样就图1中1#主变进行分析，高阻抗变压器的使用可以使得，在变压器低压侧外部故障低压侧CT3严重饱和的时候变压器也会因为保护作用而不被破坏。图1中保护的过流元件低压侧的电流由高压侧CT1与中压侧CT2电流的矢量相加决定，结合图1研究可以得到，即便是在电路低压侧区内发生了故障或者是在电路低压侧外部出现故障使得低压侧CT3严重饱和的情况下，低压侧的电流依旧可以通过高压侧CT1与中压侧CT2的电流计算得到。而对于低压侧复压和电流保护的复压元件而言，其电压值主要取决于低压侧母线的电压。

2 复压和电流保护原理

过流元件与复合电压元件共同构成了复压与电流保护。但是，对于过流元件还需要注意的是，应当充分考虑到变压器空投或是发生区外故障切除时所产生的励磁涌流问题以及高压侧与中压侧的CT断线问题。对于过流元件还需要注意的是，应当充分考虑到在低压侧电压压板发生退出现象时或者是在低压侧发生PT断线时对保护所造成的影响。图2给出了低压侧复压和电流保护的逻辑框图。

2.1 过流元件

变压器高压侧及中压侧的CT二次均选择星形接线的方式，以指向变压器的方向作为电流的正方向。其中，二次电流可以直接接入保护装置。因为当电压等级为110kV及以上时，一般是大电流接地系统。在该系统出现接地故障现象，并且变压器中性点又与地相接的时候，在变压器的中性点就会有零序电流流出。这种情况下，在进行低压侧电流计算的时候应当首先将高压侧与中压侧电流中的零序电流消除掉，否则计算得到电流不能反映实际电流的情况，甚至有可能使得复压和电流在区外接地发生故障时产生误动。

2.2 复合电压元件

由于电路低压侧的复压与电流保护过流定值按躲低压侧额定电流进行整定，并且其定值通常较低。在启动低压侧电动机的时候很容易引起过流元件的误动作，所以有必要增加复合电压元件通过闭锁进行保护。需要说明的是，复合电压元件的构成包括了负序电压与低电压两大部分，其中，负序电压主要是用于反映系统的不对称故障，而低电压则主要用于反映系统的对称故障。

2.3 励磁涌流问题

对于大型变压器而言，在其电路中产生的励磁涌流通常衰减速度偏慢。因此，当变压器空投或者是在其区外发生故障切除的时候，励磁涌流问题极容易引起低压侧复压与电流保护的误动作。基于以上原因，有必要利用励磁涌流闭锁进行保护。其中，励磁涌流可以由电流中的二次谐波含量进行判断和识别。

2.4 高压侧和中压侧的CT断线问题

如果高压侧或是中压侧在重负荷的情况下出现了CT断线现象，那么按照高压侧电流与中压侧电流计算得到的和电流极有可能超出低压侧复压和电流的保护定值。所以，非常有必要将高压侧和中压侧CT断线所造成的影响纳入考虑范围，以保证在高压侧或是中压侧出现CT断线现象时可以进行闭锁保护。

3 高阻抗变压器后备保护优化方案

为了提高整个设备运行的可靠性与安全性，可以通过配置双重化主、后备保护的方法形成主保护护卫备用。并且，还可以对变压器主保护进行加强设计，在主保护上适当安装差动速断保护、瓦斯保护、比例差动保护、工频变化量比例差动保护以及零序比例差动保护等。除此之外，为了避免出现外部短路时间过长以及短路电流烧毁变压器的现象，还应当对过流保护与阻抗保护作变压器内部故障的后备保护作用进行淡化处理，使其成为中、低压侧母线以及馈线的后备保护。

4 结束语

在电路系统中有效、合理使用高阻抗变压器的过程中必须注意复压过流保护和阻抗保护，以保证整个电路的运行安全。

参考文献

[1]王维俭.主设备后备阻抗保护反应绕组短路的灵敏度分析[J].电力自动化备，2003，23（9）：1-4.

[2]朱声石.高压电网继电保护原理与技术（第三版）[M].北京：中国电力出版社，2005.