变压器后备保护及其复压开出逻辑的探讨.doc

变压器后备保护及其复压开出逻辑的探讨

天津滨海供电分公司调度所( 300270 ) 冯爱元

【摘要】本文介绍主变保护的配置及各种保护的保护范围，讲解高后备为何采用高、低压侧复压闭锁的道理。以低后备保护为例，分析复压开出逻辑。指出复压开出逻辑在实际装置存在的一定问题，分析了这些问题所造成的影响。
【关键词】 主变后备保护装置 复合电压闭锁 复压开出 闭接点

0引言
变压器是电力系统中的重要一次设备，它的安全可靠运行对整个供电环节甚至电网环节是至关重要的。从保护的角度来讲，变压器保护历来是保护中的重点。对变压器保护进行深入认识与理解，对其中一些保护逻辑在实际中加强思考与探讨，是显得十分必要的。
1.主变常见保护配置及其保护范围
主变保护中差动保护与后备保护是必不可少的基本保护。其中后备保护保护又分为高后备保护、低后备保护。它们各自的保护范围不同。
1．1 主变差动保护
主变差动保护作为主变的主保护，当高低压侧差动CT间发生故障时，瞬时跳开高低压侧开关，切除故障。如图1

图1 差动保护范围
1．2主变后备保护
由于三卷变压器比两卷变压器只是多了一个中压侧,一般来讲中压侧与低压侧的基本逻辑相同。以下，我们只分析两卷变压器即可。两卷变压器后备保护保护又分为高后备保护、低后备保护。
1.2.1主变低后备保护
主变低后备保护作为低压侧母线的主保护、低压侧配电线路的后备保护。当低压侧母线有故障、或低压侧配电线路有故障而该配电线路拒动，则主变低后备延时跳开低压侧受总开关，以切除故障。如图2

图2 低后备保护范围
1．2．2主变高后备保护
主变高后备保护作为差动保护及低后备保护的后备保护，当存在相应的故障而差动保护或低后备保护拒动，主变高后备保护延时跳开高、低压侧受总开关，切除故障。

2．后备保护的形式
后备保护多采用复合电压闭锁过流形式的保护。
复合电压即低压与负序电压构成“或”的形式。
负序电压对应于不对称故障，低压对应于对称故障。
一般后备保护的电流定值多采用变压器额定电流，与复合电压构成“与”的形式，如图3

图3 一般后备保护逻辑
2．1高后备保护的复压闭锁特点
高后备的复压闭锁不同于低后备的复压闭锁，低后备只受本侧复压的闭锁，而高后备受高低两侧复压闭锁，两种闭锁为或的关系，即高、低两侧的复压有一个动作，高压侧的电流保护就立即开放。
这是为什么呢？如果高后备只采取本侧电压闭锁，会存在什么问题呢？
让我们分析一种故障的发生，前提如下：（故障点如图4）
（1） 变压器容量较小，即它的短路阻抗相对较大
（2） 变压器因为做相量，差动保护暂时退出，高后备是变压器唯一的保护
（3） 变压器低压侧发生短路故障，但并不是金属性短路故障，而是经一定阻抗短路
（4） 变压器高后备只采取本侧（高压侧）电压闭锁

图4 低压侧故障高后备保护
在如此的情况下会产生什么保护行为呢？让我们分析一下。
此时变压器低压侧发生短路故障，由于不是金属性短路故障，而是经一定阻抗短路，并且变压器的短路阻抗相对较大，这些造成高压侧母线的残压并不低，很有可能高压侧复压闭锁并不开放。此时由于差动退出，高后备受本侧复压闭锁不能动作，没有保护动作切除故障，只能由上一级保护动作切除，但这种故障对上一级保护的灵敏性不一定满足，很可能故障存在时间过长，最后烧毁设备。
可以看出，变压器高后备只采取本侧电压闭锁是存在问题的，解决这种问题的方法就是高后备受高低两侧复压闭锁，两种闭锁为或的关系。对于上面分析的图4的故障，虽然高压侧电压不能开放，但低压侧复压一定能可靠开放，使高后备保护动作切除故障。
完整的高后备复压闭锁过流逻辑如图5。

图5 一般完整的高后备保护逻辑
3．低后备复压闭锁高后备的实现
3．1差动保护与后备保护一体的装置
这种装置的高低压侧电压、电流都进入一个装置，低压侧复压闭锁高后备纯粹利用内部软件来实现。
3．2差动保护与后备保护分离的装置
低后备的复压开出作为高后备的的一个开入 图6所示

图6 分离装置高后备复压实现
4、低后备复压开出逻辑实现存在的问题
一般来说，低后备复压开出逻辑的要求是，低后备本身装置正常，只要低后备所采集到的电压达到复压定值，就应当可靠开出；如果低后备装置本身断电，则复压动作也应可靠开出。
但笔者接触到一些厂家的低后备保护中的复压开出逻辑存在一些问题，主要有：
（1）复压开出接点没有采用闭接点，而是使用开接点 如图7

图7 有问题的复压开出
这种保护的复压开出接点采用了开接点。当复合电压满足动作条件时，复压开出FY接点闭合。在正常情况下，这样考虑没有问题。但是出现低后备装置失电时，此时主变低压侧如果有故障，则低后备装置拒动；高后备高压侧复压可能因为主变阻抗的残压存在不开放，低压侧电压从定值上来讲应该开放，但因为低后备装置失电，复压开出FY接点不能闭合，不能开放高后备过流，没有保护切除故障。
如果复压开出FY采用闭接点，同样当出现上面的问题时，虽然装置失电，因采用了闭接点，能够开放高后备过流，使高后备保护动作，切除故障。
（2）复压开出逻辑判开关合位并且有流
这种保护的复压开出逻辑必须判开关在合位，并且后备必须判有流存在。在这个前提下，复合电压满足动作条件时，复压开出才能动作。这种逻辑也同样存在一定问题的。
如果故障点在低后备CT以上，如图4所示，低压侧一般没有电源，低后备感受不到电流，但此时低压侧复压满足动作条件。如果还判开关合位并且有流，那么低后备复压开出不会动作，不会开放高后备过流。
一些厂家认为这样的故障处在差动保护范围内，差动动作后一样切除了故障吗？这样的认识欠妥。这种情况下差动作为主保护动作是很必然的，但高后备也应当作为差动的后备保护也应当启动的，到达时限也应该可靠动作的。不能把一切希望寄托在主保护上，应当考虑到主保护拒动的可能性，高后备保护应切实起到后备保护的作用。
判开关合位在实际中也存在一定问题，因为开关虽然已分开但不能切除故障电流的情况是存在的，这种情况下必须低后备复压开出可靠动作开放高后备过流，使高后备来切除故障。
综合上面的分析可以看出，如果低后备保护装置的复压开出逻辑采用开接点，低后备复压开出逻辑采用判开关合位并且有流的判据，高后备保护存在拒动可能，造成不能可靠切除故障。
低后备保护装置的复压开出逻辑采用闭接点,复压开出逻辑采用不判开关合位并且有流的判据，对于提高保护的可靠性、提高正动率是有帮助的。
5．总结
主变保护配有差动及高、低后备保护，他们的保护范围不同。后备保护一般是复压闭锁过流，高后备与低后备的复压闭锁不同，它同时受高低压两侧的复压闭锁。对于差动与后备保护分离的装置，低后备的复压开出作为高后备的复压开入。低后备的复压开出逻辑有的厂家的装置是存在问题的，没有使用闭接点，或者复压开出逻辑判低压侧有流及低压侧开关在合位；这样是存在一定问题的。希望保护装置研发厂家及保护工作人员应当对此问题引起必要的重视。

参考文献：
[1]国家电力中心 《电力系统继电保护规
定汇编》 中国电力出版社 2002
[2]高校规划教材 《电力系统继电保护》 中国林业电力出版社 2006