变压器继电保护灵敏度探讨

变压器继电保护灵敏度探讨

张勋

（国网长治供电公司山西省长治市046000）

摘要：继电保护灵敏性是指继电保护对设计规定要求动作的故障及异常状态能够可靠动作的能力，是电力系统对继电保护的基本性能要求之一。差动保护作为变压器的主保护之一，主要反应变压器绕组和引出线多相短路及绕组匝间短路故障。目前变压器差动保护多采用利用变压器励磁涌流特征的制动特性躲过涌流对差动保护的影响，这一措施大大提高了变压器差动保护的灵敏性，也因此在整定计算过程中往往容易忽略了变压器差动保护的灵敏度校验。

关键词：变压器；继电保护；灵敏度

前言：

随着供电系统的不断发展，加强继电保护措施保障供电系统的安全稳定运行成为迫切需求。如何快速、正确地校验变压器继电保护的灵敏度，对继电保护定值整定工作非常重要。本文简单分析了供电系统中的继电保护措施，并对变压器差动保护灵敏度校验进行探讨。

一、变压器的继电保护基本原则

1.选择性

选择性是指当供电系统发生故障时，首先由故障设备或线路本身保护且出故障，当故障设备或线路的保护或断路器拒动时应由相邻设备或线路的保护将故障切除。

2.可靠性

可靠性指在该保护装置规定的保护范围内，发生了它应该动作的故障时，它不应该拒绝动作，而在任何其他该保护不应该动作的情况下，则不应该误动作。可靠性主要指保护装置本身的质量和运行维护水平而言，可以用拒动率和误动率来衡量，当两者愈小则保护的可靠性愈高。为保证可靠性应采用由可靠的硬件和软件构成的装置，并应具有必要的自动监测、闭锁报警等措施。

3.速动性

速动性是指继电保护装置应能尽快地切除故障，以减少设备及用户在大电流低电压运行的时间，降低设备的损坏程度，提高系统并列运行的稳定性，缩小故障波及范围，提高自动重合闸和备用电源或备用设备自动投入的效果等。一般从装置速动保护充分发挥零序瞬时段保护及相间速断保护的作用，减少继电器固有动作时间和断路器跳闸时间等方面入手来提高速动性。

二、变压器故障的继电保护

1.变压器故障的类型

2.变压器的保护

（1）气体保护

对于0.8MVA及以上油浸式变压器和0.4MVA及以上车间油浸式变压器，均应装设瓦斯保护。当壳内故障产生轻瓦斯或油面下降，应瞬时动作于信号；当产生大量瓦斯时，应动作于断开变压器各侧断路器。带负荷调压的油浸式变压器的调压装置，亦应装设瓦斯保护。

（2）过电流保护

对于外部相间短路引起的变压器过电流，应按下列规定，装设相应的保护作为后备保护，保护动作后，应带时限动作于跳闸。1）过电流保护宜用于降压变压器，保护的整定值，应考虑事故时可能出现的过负荷。2）复合电压起动的过电流保护，宜用于升压变压器、系统联络变压器和过电流保护不符合灵敏性要求的降压变压器。3）负序电流和单相式低电压起动的过电流保护，可用于63MVA及以上升压变压器。4）当复合电压起动的过电流保护或负序电流和单相式低电压起动的过电流保护不能满座灵敏性和选择性要求时，可采用阻抗保护。

（3）零序电流保护

110KV及以上中性点直接接地的电网中，如变压器中性点直接接地运行，对外部单相接地引起的过电流，应装设零序电流保护。5.过负荷保护0.4MVA及以上变压器，当数台并列运行或单独运行，并作为其他负荷的电源时，应根据可能过负荷的情况，装设过电流保护。对自耦变压器和多绕组变压器，保护应能反应公共绕组及各侧过负荷的情况。过负荷保护采用单相式，带时限动作于信号。

三、变压器差动保护灵敏度校验的必要性

变压器作为电网中的重要组成部分，掌握其保护定值是否满足灵敏度要求也是必不可少的，因此主变差动保护的灵敏度校验是非常必要的。

1.校验步骤分析

变压器整定计算导则上关于制动特性的变压器差动保护灵敏度计算的规定：纵差保护的灵敏系数应按最小运行方式下差动保护区内变压器引出线上两相金属性短路计算。根据计算最小短路电流Ik.min和相应的制动电流Ires，在制动特性曲线上查得对应的动作电流I'op，灵敏系根据变压器保护整定计算导则和微机变压器保护说明书中关于灵敏度计算的说明，灵敏度校验可归纳为如下步骤：

（1）计算系统最小方式下差动保护范围内变压器引出线上两相金属性短路时流过变压器各侧的故障电流Ik.min。

（2）根据装置电流校正方法计算校正后流入装置的故障电流Id，为计算方便将该电流折算成主变额定电流的倍数。

（3）根据装置算法计算差动电流Idzmin及制动电流Izd。

（4）根据动作方程及以上求得的制动电流Izd计算出相对应的动作电流Idz。

（5）计算灵敏度=Idzmin/Idz。

2.校验中的关键问题分析

1）最小运行方式选择

如何快速、正确地计算出差动保护的最小灵敏系数，系统最小方式的选择是关键。所谓最小方式，就是故障时短路电流最小的方式。廊坊电网为单侧电源系统且主变高压侧为电源侧，变压器分列运行的情况下，只有高压侧提供短路电流，其它侧不会提供。而变压器并列运行时，在低压侧差动范围内故障时另一台变压器通过联络开关也会提供短路电流。在系统方式一定的情况下分列运行时流入差动保护的故障电流比并列运行时要小。10kV侧短路电抗大，因此10kV侧故障时的短路电流比110kV侧故障时要小。总之，变压器分列运行时差动保护灵敏度满足要求，并列运行时一定能满足；低压侧故障时灵敏度满足要求，中压侧故障时也一定满足。因此最小方式选变压器分列运行时，低压侧两相故障。

2）校验灵敏度用的电流表示形式

微机变压器差动保护中的动作方程均以变压器额定电流的形式表示，因此，校验灵敏度用的故障电流要用变压器额定电流的倍数表示，这样不需折算到同一电压等级，不需靠考虑平衡系数的影响，但必须考虑差动保护装置相位校正对电流的影响。相位校正的影响与具体的保护装置有关，目前只有两种类型，Y/△接线的变压器，一种是Y侧倒相位，一种是△侧倒相位。下面分析的CSC326D型微机变压器保护和RCS978E型微机变压器保护是两种类型的代表。

四、差动保护的高灵敏的前提是安全、可靠

差动保护应具有高灵敏度和快速性，轻微匝间短路能快速跳闸，但是提高灵敏度和快速性必须建立在安全、可靠的基础上。运行实践说明：使用较低的起动电流值在区外故障或区外故障切除时引起差动保护误动的严重后果，因此对于灵敏度和快速性不要追求过高的指标而忽视可靠性。

提高灵敏度虽对反映轻微故障是有效的，但灵敏度的提高必然降低安全性。变压器的严重故障并不都是由轻微故障发展而来的，故障发生的瞬间仍会发生烧毁设备的事故，同时轻微故障发展为严重故障也需要时间，因此轻微故障带一些时间切除故障也是允许的，长时间的运行实践证实变压器气体保护是动作时间稍长地切除轻微的匝间故障。

轻微匝间故障时产生的机械应力和热效应不大，在200ms内故障切除，不会危及铁心，从检修的角度，只要铁心不损坏，轻微和严重的匝间故障都是需要更换线圈，因此只要差动保护在铁心损坏之前动作，就可以满足检修的要求，不需要追求减少线圈的烧损程度而牺牲保护的安全性。

结束语：

变压器的继电保护装置必须要具有快速性和灵敏性，才能准确的反应变压器的运行故障，能在最短的时间内将故障或异常消除，并将事故降低，提高系统的整体可靠性，能在最大程度上提供安全用电。

参考文献：

[1]杨智勇.变压器继电保护在中小水电站中的应用浅谈[J].北京电力高等专科学校学报（自然科学版），2010年11期.

[2]刘小惠.浅谈大容量变压器继电保护的整定及配合[J].价值工程，ISTIC2010年3期.