武玉珠，李軼林

(1.內(nèi)蒙古電力科學(xué)研究院 內(nèi)蒙古自治區(qū)電力系統(tǒng)智能化電網(wǎng)仿真企業(yè)重點實驗室；2.內(nèi)蒙古超高壓供電局，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010000)

無論在發(fā)電廠還是變電站，變壓器都是核心設(shè)備之一，為了保護變壓器及相鄰設(shè)備的安全，保護的配置都是相當復(fù)雜的，除了主保護差動保護和瓦斯保護外，變壓器復(fù)合電壓啟動過流保護作為后備保護的一種也發(fā)揮著重要作用。它既是變壓器內(nèi)部故障時主保護的后備保護，起到限制外部短路故障引起變壓器線圈電流過大的作用，又可以作為相鄰元件(母線或線路)保護拒動時的后備保護。單純的主變過流保護的定值需要整定的較高，這樣靈敏度降低，其后備保護作用范圍也相應(yīng)縮小了，達不到需要的保護效果。因此，引進負序電壓和低電壓構(gòu)成復(fù)壓閉鎖過流保護，即在電流判據(jù)外再增加一個由低電壓和負序電壓組成的復(fù)合電壓閉鎖條件，只有電流判據(jù)和復(fù)合電壓判據(jù)同時滿足的情況下，保護才能啟動。這樣不僅降低了過電流保護的整定值，提高了靈敏度，而且擴大了其后備保護的作用范圍。

1 變壓器復(fù)壓閉鎖過電流保護原理

復(fù)合電壓閉鎖過電流保護，由復(fù)合電壓元件、過流元件、時間元件構(gòu)成，復(fù)合電壓元件包含負序電壓繼電器和低電壓繼電器。即由負序電壓判據(jù)和低電壓判據(jù)兩個條件組成復(fù)合電壓的動作判據(jù)，兩個判據(jù)為或門。其中，負序電壓用于反應(yīng)電網(wǎng)側(cè)發(fā)生的不對稱性故障，低電壓則是用于反應(yīng)電網(wǎng)側(cè)發(fā)生的對稱性故障。過流元件為3個電流繼電器，接入電流為變壓器本側(cè)電流互感器二次三相電流。復(fù)壓閉鎖過流保護常規(guī)接線是，取負序電壓繼電器經(jīng)負序濾過器接于相間電壓上，將低電壓繼電器經(jīng)過負序電壓繼電器的常閉接點接于線電壓上，低電壓繼電器接點則一側(cè)接正電源，另一側(cè)通過啟動中間繼電器，去啟動時間繼電器從而接通跳閘回路。

該保護的優(yōu)點主要是：利用復(fù)合電壓閉鎖功能，可以避免由于投切集電線路一臺或多臺箱變時產(chǎn)生的大電流造成的保護誤動，提高了保護的選擇性；由于增加了電壓復(fù)合判據(jù)，從而減小了電流的動作值，提高了保護的靈敏性。

2 變壓器復(fù)壓閉鎖過電流保護配置

2.1 單側(cè)電源變壓器復(fù)壓過流保護配置

單側(cè)電源的雙繞組變壓器，常規(guī)配置是將復(fù)壓閉鎖過電流保護裝在其高壓側(cè)，它既可以作為主變高壓側(cè)后備保護，又可以作為低壓側(cè)母線及母線上所帶各支路的后備保護。動作時第一時限跳低壓側(cè)母線分段斷路器(或母聯(lián)斷路器)，第二時限跳變壓器高、低壓兩側(cè)斷路器。

對于三繞組變壓器來說，通常由于保護動作跳開一側(cè)斷路器后，另兩側(cè)斷路器還能繼續(xù)運行，保證另兩側(cè)供電。因此，三繞組變壓器在配置相間故障后備保護時，要綜合考慮選擇性和靈敏性問題。在作為相鄰元件的后備保護時，優(yōu)先考慮選擇性，只跳開靠近故障點一側(cè)的斷路器，以保證另外兩側(cè)斷路器還能繼續(xù)運行，盡可能縮小停運范圍；而在作為變壓器內(nèi)部故障的后備保護時，優(yōu)先考慮靈敏性，應(yīng)跳開三側(cè)斷路器，使變壓器整體退出運行，以保證設(shè)備安全或降低變壓器損毀程度。

根據(jù)以上原則，單側(cè)電源的三繞組變壓器可以只在高壓側(cè)裝設(shè)復(fù)合電壓閉鎖過流保護，它既可以作為中、低壓側(cè)母線及支路的總后備又可以作為變壓器本體的后備保護。有的設(shè)兩段動作時限，其中第一時限跳開變壓器高壓側(cè)母線分段斷路器(或母聯(lián)斷路器)，第二時限跳開變壓器各側(cè)的斷路器。有的只設(shè)一段動作時限，動作時經(jīng)延時直接跳開變壓器三側(cè)斷路器。如果只設(shè)一段動作時限，那么，此時限必須大于中、低壓側(cè)其他后備保護的動作時限，以保證在中、低壓側(cè)發(fā)生故障時，可以由其他后備保護順利切除故障，縮小停運范圍。

單側(cè)電源的三繞組變壓器也有在中、低壓側(cè)也裝設(shè)復(fù)壓過流保護的情況，此時中、低壓側(cè)復(fù)壓過流保護分別作相應(yīng)中低壓本側(cè)母線和線路的后備保護，也各取本側(cè)電壓作為判據(jù)。中壓側(cè)復(fù)合電壓閉鎖過流保護一般設(shè)二段式，第一段經(jīng)第一時限跳開中壓側(cè)分段斷路器，經(jīng)第二時限跳開中壓側(cè)斷路器；第二段一般只有一個動作時限，經(jīng)延時直接跳開變壓器各側(cè)的斷路器。低壓側(cè)復(fù)合電壓閉鎖過流保護同樣為二段式，第一段第一時限跳開本側(cè)分段斷路器，第二時限跳開本側(cè)的斷路器；第二段延時跳開變壓器各側(cè)的斷路器。

2.2 兩側(cè)或三側(cè)電源變壓器復(fù)壓過流保護配置

兩側(cè)或三側(cè)均有電源的三繞組變壓器的后備保護相對復(fù)雜一些，主電源側(cè)保護除了作為本側(cè)后備還兼作變壓器主保護的后備保護。此處的主電源側(cè)是指升壓變壓器的低壓側(cè)、降壓變壓器的高壓側(cè)和聯(lián)絡(luò)變壓器的大電源側(cè)。主電源側(cè)后備為了滿足選擇性要求，一般要增加功率方向元件，構(gòu)成帶有方向的后備保護，其動作方向可以是指向本側(cè)母線。另外一帶方向側(cè)和低壓側(cè)后備保護，分別作母線和線路的后備保護。一般也同時在另外某一側(cè)保護增設(shè)方向元件，這樣能大大提高保護整體的選擇性。下面以圖中的一種情況為例來說明其必要性。

如圖1所示，在III側(cè)母線短路時，會有短路電流流過II側(cè)保護元件，如果沒有方向元件II側(cè)保護會誤動作。因此需要在II側(cè)保護增加方向元件，方向指向母線II。同理，從圖中可看出I側(cè)也需要方向元件，方向指向母線I。一般保護動作時限也要設(shè)置兩個，保護動作時經(jīng)第一時限跳開本側(cè)母線分段斷路器(或母聯(lián)斷路器)，經(jīng)第二時限跳開變壓器本側(cè)斷路器。如果第一時限跳閘后故障切除，中低壓側(cè)可能各有一段母線沒有失壓，還保持運行狀態(tài)，能夠縮小停電范圍。另外，還有一種配置是高中壓側(cè)均不帶有方向，既可以作本側(cè)母線和線路的后備保護，又可以作變壓器及另兩側(cè)的后備保護，動作時跳開三側(cè)斷路器，保護的選擇性較差，現(xiàn)在采用的較少。

圖1 兩側(cè)或三側(cè)電源變壓器復(fù)壓過流保護配置

3 高壓側(cè)復(fù)壓過流保護電壓選取

變壓器復(fù)壓閉鎖過電流保護作為變壓器相間故障重要的后備保護，同時通常還作為變壓器的進出線此類故障的后備保護，它在變電站中的重要作用是毋庸置疑的，因此其合理配置和正確動作都很關(guān)鍵。因為低電壓等級變電站中主變保護設(shè)置相對簡單，檢修和維護也容易有疏漏，變壓器復(fù)壓閉鎖過電流保護在低電壓等級變電站中的作用尤為突出。若遇差動保護或低壓側(cè)后備保護拒動的情況下，高后備能否迅速、可靠地動作，將直接影響到變壓器及其附屬設(shè)備的運行安全。因此，高壓側(cè)復(fù)壓過流保護的具體配置和電壓選取細節(jié)是很值得探討的。

變壓器復(fù)壓啟動過流保護誤動的原因很多，本文不討論人為誤操作或定值整定不當?shù)绕渌蛩?，只考慮一種情況，如某段的母線保護電壓空開偷跳，致使一些主變保護失壓，達到低電壓定值，如此時過流條件也滿足，那么就滿足了主變復(fù)壓過流保護的啟動條件，會引發(fā)主變復(fù)壓過流保護的誤動事故。這種誤動情況一般發(fā)生在只取單側(cè)復(fù)壓作為閉鎖條件時，因此需要探討復(fù)壓選取問題。

在上文中提到的兩種只在高壓側(cè)裝設(shè)復(fù)壓過流保護的情況下，保護電壓選取問題就很重要。如果高壓側(cè)保護只取本側(cè)電壓閉鎖，假設(shè)變壓器容量較小，即短路阻抗相對較大，此時當變壓器本體至低壓側(cè)電流互感器之間發(fā)生非金屬性經(jīng)一定阻抗短路的故障時，由于高壓側(cè)母線殘壓較高，高壓側(cè)復(fù)壓閉鎖條件可能無法開放，若此時變壓器差動保護恰巧處于退出或非正常狀態(tài)，將會導(dǎo)致故障無法及時切除，而擴大事故范圍甚至燒毀設(shè)備。因此，高壓側(cè)復(fù)合電壓考慮不能只取本側(cè)電壓閉鎖，應(yīng)該將本側(cè)復(fù)壓和對側(cè)(中、低壓)復(fù)壓同時接入，開放條件為或門。即高后備采高、低兩側(cè)電壓并聯(lián)來閉鎖，此時高壓側(cè)電壓未達到低定值，復(fù)合電壓判據(jù)不能開放，但由于故障在低壓側(cè)，低壓側(cè)復(fù)合電壓判據(jù)能夠可靠開放，即滿足復(fù)合電壓判據(jù)或門條件，使高后備保護順利動作切除故障。還有一種情況，當變壓器低壓側(cè)相間故障經(jīng)保護動作切除后，低壓側(cè)母線電壓互感器也同時被切除失去電壓，此時至少低電壓判據(jù)被滿足，致使復(fù)合電壓判據(jù)開放，也就是說此時高壓側(cè)復(fù)壓閉鎖實際上已被解除，那么在變壓器中壓側(cè)復(fù)合電壓恢復(fù)過程中，如果恰巧遇到中壓側(cè)有大的電動機負荷啟動的情況下，由于電動機啟動時電流過大，流過高壓側(cè)后備保護的負荷電流就可能超過其過流定值，導(dǎo)致復(fù)壓過流保護誤動跳閘，中壓側(cè)負荷被誤切。針對此問題，高壓側(cè)雖并聯(lián)中壓側(cè)復(fù)壓作為判據(jù)，但由于是或門關(guān)系，就還需要綜合考慮跳低壓側(cè)和跳中壓側(cè)的跳閘時限配合問題。

根據(jù)GB/T 14285-2006《繼電保護和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程》4.3.6.4規(guī)定，“如變壓器低電壓側(cè)無專用母線保護，變壓器高壓側(cè)相間短路后備保護，對低壓側(cè)母線相間短路靈敏度不夠時，為提高切除低壓側(cè)母線故障的可靠性，可在變壓器低壓側(cè)配置兩套相間短路后備保護，該兩套后備保護接至不同的電流互感器”。采用兩套完全獨立的過流保護，作為低壓母線的主保護及后備保護，并以兩段不同的時限分別作用于跳開變壓器低壓側(cè)斷路器和跳開變壓器高壓側(cè)斷路器(或變壓器各側(cè)斷路器)，也是一種有效的解決辦法。