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摘 要：微机型变压器保护在河北南网中已得到广泛运用。结合工作实践就几种典型的微机型变压器保护装置的应用谈几点体会。重点研讨了波形对称原理、相位补偿问题、复合电压的使用、3U0的取用、方向问题。
关键词：变压器；微机保护；应用；差动保护
Abstract:Computer-based transformer protections are widely used in Southern Hebei Power Network.The authors,associated with working practice, present some application experiences of some typical transformer protections of this kind,and discuss the principle of wave-form symmetry,phase compensation issues,application of compound voltage,taking of 3U0 and its vector direction.
Keywords:transformer;computer-based protection;application;differential protection
变压器是电力系统的主设备，在电网的运行中占有举足轻重的地位。变压器保护的微机化使其安全运行迈上了一个新台阶。这些保护的特点如下：
a. 可以集主保护、后备保护功能于一身，非常适合220 kV及以上电压等级的变压器实现完全独立的双重化保护。
b. 具有远方通讯功能，便于实现变电站的综合自动化。
c. 具有自检功能，自动故障定位减轻了维护人员的工作量。
d. 具有强大的故障录波功能，界面友好，使用更加方便，随着计算机技术的发展，这项功能在不断加强。
微机型变压器保护在河北南网中已得到广泛运用，如四方公司的CST-200系列、南瑞公司的LFP-970系列及RCS-978系列、清华紫光的DCAP系列、南自厂的PST-1200系列等。这些装置的投运，一方面减轻了保护人员对装置的维护量，将保护人员从大量的元件校验和维护工作中解脱出来；另一方面，由于保护功能的程序化、硬件的集成化，对继电保护人员的技术水平和管理水平提出了更高要求，即要求保护人员具有更高的分析问题的能力。
微机型变压器保护的基础是微处理器技术继电保护原理。对于专业人员来说，困难主要在于计算机及算法的基本知识，应以掌握程序方框图为主，而不应以微机电路的细节为主。在学习微机型变压器保护时，还应结合具体保护装置，以避免理论脱离实际。
1 差动保护
差动保护是变压器的主保护，微机型变压器保护仍以差动速断和比率差动为主。对于比率差动，还有工频变化量比率差动和零序差动等，但它们只是使差动保护更加完善，不能取代稳态差动。
根据励磁涌流的特点，不同的厂家采用了各种克服励磁涌流的原理。主要有二次谐波原理、间断角原理、波形对称原理，这3种原理都是利用涌流的一方面特征来区别涌流和故障电流。由于选的特征量不同，实现手段不同，继电器动作行为也有差别。
目前系统中配置的变压器保护，主要是二次谐波原理、间断角原理差动保护。随着微机技术的迅猛发展，硬件水平不断提高，各大公司纷纷推出基于波形对称原理的最新型微机型变压器保护装置，如RCS-978系列、PST-1200系列等。
1.1 波形对称原理
采用一种波形对称算法，将变压器在空载合闸时产生的励磁涌流和故障电流区分开来。具体方法如下：首先将流入继电器的差动进行微分，将微分后差流的前半波和后半波做对称比较。设差流导数前半波任一点的数值为I′，后半波对应点的数值为I+I180，如果数值满足式（1）： （图片） 称为对称，否则不对称。连续比较半个周波，对于故障电流，式（1）恒成立；对于励磁涌流，有1/4周波以上的点不满足式（1）。从而区分故障电流和涌流。关于变压器涌流的特点以及和式（1）的关系简单分析如下。
电力变压器多采用Y/Δ接线，流入继电器的电流是两相电流之差。研究变压器纵差保护应对两相电流之差的电流特征进行研究。经分析得到，流入继电器的涌流分为2种：一种是偏于时间轴一侧的单向涌流；另一种是分布于时间轴两侧的对称涌流。对涌流及其导数进行分析发现，对于工频量来说，2种涌流导数的前半波和后半波在90°内是完全不对称的，在另90°内方向对称，数值也不对称；而故障电流导数的前半波和后半波基本对称。利用这一特点，设定恰当采样频率和计算门坎，用差电流导数的前半波和后半波做对称比较，就可以区别励磁涌流和故障电流。变压器磁通、涌流及它们的导数示意图见图1。（图片） （图片） 1.2 波形对称原理实现的变压器保护的优点
a. 变压器空载合闸至内部故障或外部故障切除转化为内部故障，保护能够瞬时动作。对于三相变压器，用波形对称原理计算，任何条件下的任何一相的励磁涌流，都有明显特征，即都能做到可靠制动，利用分相制动方式，当变压器合闸时发生故障，保护不受健全相的影响，能够快速出口。
b. 对变压器剩磁的适应力强，当变压器有0.9倍最大磁通剩磁时，不需附加判据，装置完全能够正确动作。
c. 计算冗余度大。
1.3 相位补偿问题
微机型变压器差动保护的明显优点是对Y/Δ型变压器的相位补偿问题不需要在TA（电流互感器）二次侧靠接线进行Y→Δ的变换，只要把各侧TA→二次按Y型接线即可。这样不仅简化了接线，增加了电流回路的稳定性，而且使TA变比的选择更加灵活。但是对于TA二次电流相位的校正，各厂家在软件处理上不尽相同，而了解这个问题，对专业人员进行保护校验和相量分析很有帮助。下面以Y/Δ-11接线为例简要说明。
1.3.1Y侧变换角度而幅值不变公式为：（图片） TA二次电流以Y型接线进入保护装置，各相电流的幅值和角度通过式（2）可以看出，I′A与I′B相量差除以（图片）为变换后的I′A，I′A的幅值与IA相等而角度滞后30°。依次类推，各相均为角度变化而幅值不变。这样，变换后各相与Δ侧各相角度相同，实现了相位补偿，各侧平衡系数又不用考虑Y→Δ变换带来的幅值增大（图片）倍的问题。四方公司CST-200、南瑞公司LFP-900、PST-1200系列变压器保护均采用这种方式。
1.3.2Y侧变换角度而幅值增大公式为：（图片） （图片）倍的问题。即在Δ侧平衡系数乘（图片）。清华紫光的DCAP型变压器保护就是采用这种方式。
1.3.3Δ侧变换公式为：（图片） 由式（4）可知，I′A和I′C相量差除以（图片）为变换后的I′A，变换后幅值和I′A相等，而角度超前30°。这样，变换后各相和Y侧各相角度相同，实现了相位补偿。由于变换前Δ侧各电流为线电流，按式（4）校正后则为各相电流，能够真实反映各相情况，因此故障相、非故障相具有有名特征，励磁涌流闭锁判据可以实现分相制动，南瑞公司RCS-978系列变压器保护装置即采用这种方式。
在一般情况下，比率差动保护能作为电力变压器的主保护。但是，在变压器内部严重故障、短路电流很大的情况下，TA严重饱和使交流暂态传变严重恶化，TA的二次侧基波电流为零，高次谐波分量增大，比率差动保护将无法反映区内短路故障，从而影响了保护快速动作，所以，变压器比率差动保护应当配备作为辅助保护的差动速断保护，以加快保护在变压器内部严重故障时的动作速度。差动速断保护的整定值按躲过最大不平衡电流和励磁涌流来整定。由于微机保护的动作速度快，励磁涌流开始衰减很快，因此微机保护的差动速断的整定值就应较电磁式保护值大，整定值可取正常运行时负荷电流的5～6倍。
2 后备保护
后备保护在各型保护装置中的差别不大，过流保护依然是最基本的后备保护，只是在一些具体问题上有所差别。现在有些超高压系统500 kV、330 kV电压等级的变压器后备保护已经配备了阻抗保护，有相间阻抗保护和接地距离保护各若干段。距离保护应用在变压器保护上是有益的补充，但其保护性能并不能完全取代过电流保护，因此阻抗保护和复合电压闭锁过流保护共同构成的后备保护更加完善。后备保护存在以下问题。
2.1复合电压的使用
复合电压作为一个闭锁条件，在新型微机保护中使用更加灵活。变压器各侧复合电压并联使用非常容易：一侧TV(电压互感器)检修时，可以通过控制字或压板投退本侧电压，这时本侧复合电压条件不满足，本侧复合电压启动其它侧条件也不满足。这样便有效地解决了变压器某侧造成的失去闭锁的问题。
2.2方向问题
零序方向元件由于采用自产3U0，电压极性易于保证。但是零序电流可采用自产或外接中性点电流，这就要求严格保证不同装置对中性点TA极性，只有保证中性点TA极性正确才能确保零序方向的正确性。
3 非电量保护
非电量保护即本体保护，在微机保护装置中与以往区别不大，相当于继电器箱。但是必须注意瓦斯保护启动中间继电器的动作电压问题。
变压器重瓦斯保护启动跳闸中间继电器的控制电缆很长，电缆芯线对地电容较大，容抗Xc=1/jωC较小，通过线间电磁耦合过来的干扰电压较大，尤其在发生直流接地时，容易造成重瓦斯保护无故障跳闸。对此国家电力公司颁布的《继电保护反事故措施要点》有相关规定，一定要提高重瓦斯保护启动跳闸中间继电器的动作电压，动作电压应提高到0.55～0.6 Ue。因此，在二次安装校验时，一定要进行检验。
虽然微机保护技术发展很快，但是瓦斯保护作为主保护的地位是不可动摇的，它和差动保护共同构成完整的主保护。
4 直流电源
变压器保护实现了双重化，其直流电源也必须分开，2套保护电源应取自不同的直流母线，2段母线由2组蓄电池供电，这样才能实现真正的双重化。即2套保护装置电源分别取自2段直流母线，如图2所示。正常运行时，应将1、3开关投入，2、4开关断开。（图片） 5 TA分配问题
双重化的变压器微机保护要求由不同的TA绕组供电，220 kV及以上电压的TA都有多组二次绕组。220 kV的多为6组，TA有一种常见故障是底部芯线对地闪络，原因是顶部端盖密封不严、漏水，由于TA内部积水而引起绝缘损坏。因此，在分配TA二次绕组时，原则是对该点故障，应在任何情况下均有快速保护。针对目前双重化的变压器微机保护主保护和后备保护一体的趋势，对2套保护TA二次绕组的分配，1套应注重差动保护，取靠近开关侧二次绕组；另1套注重后备保护，取靠近变压器侧二次绕组。这样，既保证了差动保护的范围及对TA故障保护，又保证了各侧对母线的后备保护。
参考文献
［1］王梅义.电网继电保护应用［M］.北京：中国电力出版社，1999,(3).
［2］杨新民.电力系统微机保护培训教材［M］.北京：中国电力出版社，2000,(9).
7/31/2005
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