基于短时开放保护的变压器死区故障继电保护方法

说明书

技术领域

本发明属于电力输配电网络的控制技术，涉及一种基于短时开放保护的变压器 死区故障继电保护方法。

背景技术

GB/T14285-2006《继电保护和安全自动装置技术规程》规定，变压器应装设 纵联差动保护作为主保护和反应外部相间短路和接地短路引起变压器过电流的后 备保护等电气量保护，其中反应相间短路的后备保护有复合电压过电流保护、相间 阻抗保护，反应接地短路的后备保护有零序电流保护、接地阻抗保护。这些后备保 护根据不同电压等级的变压器和各侧电压等级不同，装设不同的后备保护，并且一 般在变压器各侧均装设反应外部相间短路和接地短路的后备保护。220kV及以上变 压器保护配置情况在Q／GDW_175《变压器、高压并联电抗器和母线保护及辅助装 置标准化设计规范》有具体规定；110kV及以下变压器保护配置主要在各侧装设两 段反应相间短路的复合电压过电流保护（若110kV中性点一般不接地时，则配置了 零序电流保护也一般不用，只使用110kV中性点间隙保护；若110kV中性点一般接 地时，则配置了零序电流保护使用，110kV中性点间隙保护停用）。

所谓变压器死区故障系指发生在变压器某一侧的断路器与该侧变压器差动保 护使用的电流互感器（以下简称TA）之间的短路故障（见图2）。由于该故障在变 压器纵联差动保护保护范围之外，虽然故障侧的后备保护或其它保护（如母线保护） 动作，跳开变压器该侧断路器，但故障仍然存在，只有靠变压器电源侧后备保护动 作或采用本侧后备保护动作联跳变压器总出口回路跳开变压器电源侧断路器才能 最终切除故障，此种情况切除故障时间一般较长；若变压器为高阻抗变压器，变压 器电源侧后备保护可能由于短路电流达不到启动定值而不能动作切除故障，只有等 到变压器烧到使短路电流达到并超过该后备保护启动值才能够使变压器电源侧后 备保护动作切除故障为止。虽然发明专利ZL200810201305.3“消除变压器死区故障 的继电保护方法”中提出了判断死区故障后联跳变压器其他侧断路器的方案，但切 除故障时间仍稍长，且只适应110kV变压器。

发明内容

本发明所要解决的问题是，提供一种能够应用于输配电网络为各种电压等级变 电所变压器保护装置，动作原理简单、可靠性高、快速切除变压器各侧各种电压等 级死区故障的继电保护方法。

下面给出本发明方法的技术方案。

在本发明的方法所应用的输配电网络的变电所为各种电压等级的两绕组变压 器、三绕组变压器、自耦变压器或其他变压器的保护装置；理论上说，变压器有几 个运行电压等级通过断路器间隔设备（由隔离开关、断路器、电流互感器等设备组 成）与外电路设备相连，就有几个变压器死区故障位置，即有2个运行电压等级通 过断路器间隔设备与外电路设备相连，只要变压器某一侧断路器两旁仅有变压器这 一侧有电流互感器（简称TA），而母线侧没有TA，就有几个变压器死区故障位置（若 断路器两侧均有TA，则该断路器回路就没有死区故障位置）；有3个运行电压等级 通过断路器间隔设备与外电路设备相连，就至少有3个变压器死区故障位置（1个 运行电压等级若有2个断路器间隔设备，则该运行电压等级侧为2个变压器死区故 障位置）。

为叙述方便，以变压器其中一个运行电压等级的断路器间隔设备发生变压器死 区故障，来描述快速启动切除该故障的方法，其它电压等级的变压器、以及变压器 为两绕组变压器、三绕组变压器、自耦变压器或其他变压器，或变压器各侧由其它 电压等级的组合，其方法类似，不再烦述。该断路器间隔设备由隔离开关、断路器、 TA等设备组成，TA分别有几组二次绕组，这几组二次绕组从母线侧向变压器侧分 别接入变压器差动保护（后备保护）、母线差动保护、测量计量等二次设备。变压 器套管处还装设了套管TA。110kV及以下变压器各侧后备保护使用的TA是与变压 器差动保护分开的，使用的TA是不同的TA（比如差动保护使用断路器处TA，而后 备保护使用套管TA），或是TA的不同的二次绕组。其控制方法包括以下控制过程：

在变压器某侧死区故障的跳闸控制中，设定以下条件：

条件一，变压器该侧后备保护跳闸出口继电器处于动作状态或其他电气量保护 （比如该侧母线差动保护）跳闸出口继电器处于动作状态；

条件二，当条件一满足时，启动一次脉冲T时间开放保护（即只开放保护T时 间；T可取300ms，下同）。

条件三，变压器该侧A相或B相或C相电流Ipmax达到启动值，或零序电流Io 或负序电流I2达到启动值，即≥整定值。

当上述条件满足时，延时t1（如150ms）后启动变压器差动保护跳闸总出口回 路，启动跳开变压器的各侧断路器，从而达到快速切除这种变压器死区故障；当上 述任一条件不满足时或开放保护满时间T后，0s返回，断开启动变压器差动保护跳 闸总出口回路。

判断变压器该侧A相或B相或C相还有电流，可采集变压器该侧差动保护TA 电流，该电流定值可按躲过变压器该侧最大负荷电流整定；当变压器该侧为有效接 地系统时，零序电流或负序电流定值可按变压器该侧母线接地故障有足够的灵敏度 整定（灵敏系数可取≥3）。

当变压器某一侧电压等级为35kV及以下系统时，该系统一般为不接地系统或 经消弧线圈接地系统，则变压器该侧零序电流判据可不用。若为电阻接地系统，则 变压器该侧零序电流判据可使用。

本发明与现有切除变压器死区故障的方法相比，具有如下优点：

1.适用于输配电网络的变电所为各种电压等级的两绕组变压器、三绕组变压 器、自耦变压器等变压器保护装置的技术方案。

2.该方法判断死区故障后采用延时150ms后就直接启动变压器差动保护跳闸总 出口回路，启动跳开变压器的各侧断路器，判据简单实用，达到了快速切除该死区 故障的目的；

3.由于判据中没有加入断路器分闸位置接点，对于变电所某侧母线故障，母 线保护动作或变压器故障侧后备保护动作，但变压器故障侧断路器拒绝动作（断路 器失灵），本发明方案也能在判断断路器拒动后延时150ms后就直接启动变压器差 动保护跳闸总出口回路，启动跳开变压器的各侧断路器，从而快速切除这种故障。

4.增加了短时间开放保护的T时间回路，增强了该变压器死区故障保护的安全 性。

附图说明

图1是本发明方法的变压器某一侧死区故障启动变压器保护总出口继电器的逻 辑图；

图2是现有220kV变电所部分一次主接线图。

图1中符号说明如下：

-表示逻辑与关系，即输入条件全部满足时，输出有效；

-表示逻辑或关系，即输入条件任一满足时，输出有效；

-表示输入条件满足延时150毫秒，输入条件不满足0秒返回；

-表示300ms脉冲输出。

具体实施方式

以220kV变电所一台220kV自耦变压器保护为例，来描述变压器死区故障快速 启动切除该故障的方法，其它电压等级的变压器、以及变压器为两绕组变压器、三 绕组变压器、自耦变压器或其他变压器，或变压器各侧由其它电压等级的组合，其 方法类似，不再烦述。如图2所示，为220kV变电所部分一次主接线图，一台220kV 自耦变压器，变压器装设有高压侧断路器1QF、中压侧断路器2QF、低压侧断路器 3QF；高压侧断路器1QF处、中压侧断路器2QF处、低压侧断路器3QF处分别装设 有一组独立的TA，TA分别有几组二次绕组，变压器高压侧、中压侧及中性点处还 装设了套管TA。220kV变压器各侧TA配置如图2所示，其中变压器高压侧（220kV） 断路器处TA二次绕组由母线侧向变压器侧分别接有第一套变压器纵联差动和后备 保护、第二套变压器纵联差动和后备保护（220kV变压器保护一般采用主保护和后 备保护一体化配置，即主保护和后备保护各侧公用同一组TA二次绕组、电压互感 器二次绕组，并主保护和后备保护所有硬件设备和软件为在同一机箱内）、第一套 220kV母线差动保护、第二套220kV母线差动保护（按Q／GDW_175《变压器、高压 并联电抗器和母线保护及辅助装置标准化设计规范》设计的变压器保护没有设置专 门的断路器失灵电流回路，由母线差动保护实现；否则有设置专门的断路器失灵电 流回路）、计量、测量；变压器中压侧（110kV）断路器处TA二次绕组由母线侧向 变压器侧分别接有第一套变压器纵联差动和后备保护、第二套变压器纵联差动和后 备保护、110kV母线差动保护、计量、测量；变压器低压侧（35kV或10kV等）断 路器处TA二次绕组由母线侧向变压器侧分别接有第一套变压器纵联差动和后备保 护、第二套变压器纵联差动和后备保护（母线保护）、故障录波、计量、测量等。

下面给出本发明方法应用于变压器死区故障快速切除该故障的实施例：

1、变压器高压侧死区故障快速切除方法

(1)当变压器高压侧断路器lQF与变压器差动保护使用的高压侧TA（即高压侧 断路器处的TA）之间发生相间短路或接地故障时，故障在变压器纵联差动保护范围 之外，但在第一套220kV母线差动保护、第二套220kV母线差动保护保护范围之内， 第一套220kV母线差动保护、第二套220kV母线差动保护启动跳开该故障母线所有 开关（含变压器高压侧断路器lQF）。若变压器其它侧有电源，虽然断路器1QF已跳 开，但故障没有切除，故障相仍有电流或零序电流或负序电流超过整定值，故第一 套220kV母线差动保护、第二套220kV母线差动保护仍然动作没有返回（或变压器 高压侧后备保护启动延时时间到后备保护仍然动作没有返回），启动开放保护300ms 回路，故判断死区故障的三个条件满足，延时t1为150ms后，启动变压器差动保 护跳闸总出口回路，启动跳开变压器的各侧断路器，切除了该故障。

(2)当变压器高压侧断路器lQF已在分闸位置发生上述变压器高压侧死区故障， 故障在变压器纵联差动保护范围之外，但在第一套220kV母线差动保护、第二套 220kV母线差动保护保护范围之内，第一套220kV母线差动保护、第二套220kV母 线差动保护启动跳开该故障母线所有开关。若变压器其它侧有电源，虽然断路器1QF 已在分闸位置，但故障相有短路电流或零序电流或负序电流超过整定值，第一套 220kV母线差动保护、第二套220kV母线差动保护动作或变压器高压侧后备保护启 动延时时间到动作，启动开放保护300ms回路，故判断死区故障的三个条件满足， 延时t1为150ms后，启动变压器差动保护跳闸总出口回路，启动跳开变压器的各 侧断路器，切除了该故障。

(3)若为220kV母线故障，虽然两套220kV母线差动保护动作，两套220kV母 线差动保护启动跳开该故障母线其它所有开关，但变压器高压侧断路器lQF拒绝动 作，若变压器其它侧有电源，则故障没有切除，故障相仍有电流或零序电流或负序 电流超过整定值，故第一套220kV母线差动保护、第二套220kV母线差动保护仍然 动作没有返回（或变压器高压侧后备保护启动延时时间到后备保护仍然动作没有返 回），启动开放保护300ms回路，故判断死区故障的三个条件满足，延时t1为150ms 后，启动变压器差动保护跳闸总出口回路，启动跳开变压器的各侧断路器，切除了 该故障。

(4)如果该变电所变压器其它侧没有电源，则变压器故障侧没有故障电流流过， 故判断死区故障的两个条件不满足，就不会启动启动变压器差动保护跳闸总出口回 路跳变压器的各侧断路器。若220kV母线差动保护或变压器高压侧后备保护一直动 作不返回，则300ms后闭锁变压器死区保护，并发告警信号。

2、变压器中压侧死区故障快速切除方法

(1)当变压器中压侧断路器2QF与变压器差动保护使用的中压侧TA（即中压侧 断路器处的TA）之间当变压器压侧断路器2QF与压侧断路器TA之间发生相间短路 或接地故障时，故障在变压器纵联差动保护范围之外，但在110kV母线差动保护的 保护范围之内，110kV母线差动保护启动跳开该故障母线所有开关（含变压器中压 侧断路器2QF），虽然断路器2QF已跳开，但故障没有切除，故障相仍有电流或零序 电流或负序电流超过整定值，故110kV母线差动保护仍然动作没有返回（或变压器 高压侧后备保护启动延时时间到后备保护仍然动作没有返回），启动开放保护300ms 回路，故判断死区故障的三个条件满足，延时t1为150ms后，或中压侧断路器2QF 已经在分闸位置，延时t2为120ms后，启动变压器差动保护跳闸总出口回路，启 动跳开变压器的各侧断路器，切除了该故障。

(2)当变压器中压侧断路器2QF已在分闸位置发生上述变压器中压侧死区故障， 故障在变压器纵联差动保护范围之外，但在110kV母线差动保护保护范围之内， 110kV母线差动保护启动跳开该故障母线所有开关。虽然断路器2QF已在分闸位置， 但故障相有短路电流或零序电流或负序电流超过整定值，110kV母线差动保护动作 或变压器高压侧后备保护启动延时时间到动作，故判断死区故障的两个条件满足， 延时150ms后，启动变压器差动保护跳闸总出口回路，启动跳开变压器的各侧断路 器，切除了该故障。

(3)若为110kV母线故障，虽然110kV母线差动保护动作，110kV母线差动保护 启动跳开该故障母线其它所有开关，但变压器中压侧断路器2QF拒动，但故障没有 切除，故障相仍有电流或零序电流或负序电流超过整定值，故110kV母线差动保护 仍然动作没有返回（或变压器中压侧后备保护启动延时时间到后备保护仍然动作没 有返回），启动开放保护300ms回路，故判断死区故障的三个条件满足，延时t1为 150ms后，启动变压器差动保护跳闸总出口回路，启动跳开变压器的各侧断路器， 切除了该故障。

(4)若110kV母线差动保护或变压器高压侧后备保护一直动作不返回，则300ms 后闭锁变压器死区保护，并发告警信号。

3、变压器低压侧死区故障快速切除方法

(1)变压器低压侧电压等级一般为35kV及以下系统，该系统一般为不接地系统 或经消弧线圈接地系统或经电阻接地系统，一般不装设专门的母线差动保护，由其 中的一套变压器低压侧后备保护作为母线护。当变压器低压侧断路器3QF与变压器 差动保护使用的低压侧TA（即低压侧断路器处的TA）之间发生相间短路或接地故 障（经电阻接地系统时）时，故障在变压器纵联差动保护范围之外，但在变压器低 压侧后备保护的保护范围之内，变压器低压侧后备保护启动跳开变压器低压侧断路 器3QF。虽然断路器3QF已跳开，但故障没有切除，故障相仍有电流或负序电流或 零序电流超过整定值（经电阻接地系统时），故低压母线差动保护仍然动作没有返 回（或变压器低压侧后备保护（当没有母线保护时，由其中的一套低压侧后备保护 作为母线保护）启动延时时间到后备保护仍然动作没有返回），启动开放保护300ms 回路，故判断死区故障的三个条件满足，延时t1为150ms后，启动变压器差动保 护跳闸总出口回路，启动跳开变压器的各侧断路器，切除了该故障。

(2)当变压器低压侧断路器3QF已在分闸位置发生上述低压侧死区故障时，故 障在变压器纵联差动保护范围之外，但在变压器低压侧后备保护的保护范围之内， 变压器低压侧后备保护启动；虽然断路器3QF已在分闸位置，但故障相仍有电流或 负序电流或零序电流超过整定值（经电阻接地系统时），当低压母线差动保护动作 或变压器低压侧后备保护（当没有母线保护时，由其中的一套低压侧后备保护作为 母线保护）启动延时时间动作，启动开放保护300ms回路，故判断死区故障的三个 条件满足，延时t1为150ms后，启动变压器差动保护跳闸总出口回路，启动跳开 变压器的各侧断路器，切除了该故障。

(3)若为低压母线故障，虽然变压器低压侧后备保护动作，但变压器低压侧断 路器2QF拒动，所以故障没有切除，故障相仍有电流或负序电流超过整定值，低压 母线差动保护仍然动作没有返回（或变压器低压侧后备保护启动延时时间到后备保 护仍然动作没有返回），启动开放保护300ms回路，故判断死区故障的三个条件满 足，延时t1为150ms后，启动变压器差动保护跳闸总出口回路，启动跳开变压器 的各侧断路器，切除了该故障。

(4)若变压器低压侧后备保护一直动作不返回，则300ms后闭锁变压器死区保 护，并发告警信号。

4、其它变压器死区故障快速切除方法

变压器某一侧电压等级为35kV及以下系统时，该系统一般为不接地系统或经 消弧线圈接地系统或经电阻接地系统，则变压器该侧死区故障快速切除方法可参照 220kV变压器低压侧死区故障快速切除方法。

变压器某一侧电压等级为110kV或220kV及以上系统时该系统一般为有效接地 系统，则变压器该侧死区故障快速切除方法可参照220kV变压器高压侧或中压侧死 区故障快速切除方法。

当变压器为两绕组变压器时，相当于上述三绕组变压器少了一侧，只需考虑变 压器两侧死区故障快速切除方法就可以了。