快速切除220kV變壓器死區(qū)故障的繼電保護(hù)方案

湯大海1，陳永明1，曹　斌1，潘書(shū)燕2，龍　鋒2

1.鎮(zhèn)江供電公司，江蘇省鎮(zhèn)江市 212001；2.國(guó)電南瑞科技股份有限公司，江蘇省南京市 211106

摘要：由變壓器電源側(cè)后備保護(hù)動(dòng)作或聯(lián)跳變壓器其他側(cè)斷路器的方法，來(lái)切除220kV變壓器某側(cè)斷路器與變壓器差動(dòng)保護(hù)電流互感器（TA）之間發(fā)生的死區(qū)故障，切除故障時(shí)間較長(zhǎng)；由于是變壓器出口故障，容易造成變壓器損壞。分析了220kV變壓器各側(cè)死區(qū)故障的故障特征和有關(guān)的繼電保護(hù)動(dòng)作特征，借鑒現(xiàn)運(yùn)行的母線(xiàn)差動(dòng)保護(hù)中母聯(lián)斷路器死區(qū)故障保護(hù)和線(xiàn)路斷路器死區(qū)故障保護(hù)的原理，提出了 4種快速切除220kV變壓器各側(cè)死區(qū)故障的保護(hù)方案，并研究了變壓器死區(qū)故障保護(hù)短延時(shí)的合理取值。

關(guān)鍵詞:繼電保護(hù)；死區(qū)故障；變壓器；快速切除；方案

0引言

220kV變壓器各側(cè)電流互感器TA與斷路器之間發(fā)生短路故障[1-3]時(shí)，故障在變壓器差動(dòng)保護(hù)范圍之外（簡(jiǎn)稱(chēng)變壓器死區(qū)故障），但是卻在故障側(cè)母線(xiàn)差動(dòng)保護(hù)范圍之內(nèi)。雖然該側(cè)母線(xiàn)差動(dòng)保護(hù)或變壓器該側(cè)后備保護(hù)動(dòng)作跳開(kāi) 220 kV 變壓器該側(cè)斷路器，但是故障依然存在，這些故障只能由變壓器電源側(cè)后備保護(hù)來(lái)切除，但該后備保護(hù)動(dòng)作時(shí)限比較長(zhǎng)，由于是變壓器出口故障，容易造成變壓器的損壞。

1994年鎮(zhèn)江電網(wǎng)和2012年無(wú)錫電網(wǎng)就各發(fā)生了一起 220 kV 變壓器中壓側(cè)死區(qū)故障，2012年鎮(zhèn)江電網(wǎng)還發(fā)生一起 110 kV變壓器中壓側(cè)死區(qū)故障。這些故障均是由變壓器高壓側(cè)后備保護(hù)或上級(jí)電源線(xiàn)路后備保護(hù)動(dòng)作切除，保護(hù)動(dòng)作時(shí)間在1.1~2.0s，故障造成一臺(tái)220 kV變壓器損壞。若220kV變壓器低壓側(cè)為10 kV電壓，則該變壓器為高阻抗變壓器或10kV側(cè)串聯(lián)有電抗器，變壓器電源側(cè)后備保護(hù)對(duì)低壓側(cè)故障沒(méi)有靈敏度。

本文借鑒母線(xiàn)差動(dòng)保護(hù)中母聯(lián)死區(qū)故障保護(hù)原理和線(xiàn)路斷路器死區(qū)故障原理，提出了4種快速切除變壓器死區(qū)故障的繼電保護(hù)方案，以供參考。

1兩起220kV變壓器中壓側(cè)死區(qū)故障

1.1　鎮(zhèn)江電網(wǎng)220 kV變壓器中壓側(cè)死區(qū)故障

圖1為鎮(zhèn)江電網(wǎng)局部一次系統(tǒng)圖。

1994年4月5日11時(shí)58，鎮(zhèn)江電網(wǎng) 220 kV變電所B進(jìn)行2號(hào)主變壓器新建工作，在吊裝變壓器110 kV側(cè)斷路器工作完成后，兩名工作人員在斷路器上方的隔離開(kāi)關(guān)操作平臺(tái)收吊裝用的鋼絲繩時(shí)，由于鋼絲繩有彈性，不小心將鋼絲繩從隔離開(kāi)關(guān)操作平臺(tái)滑落至下方正在運(yùn)行的1號(hào)主變壓器110kV側(cè)斷路器2QF與TA之間的C相導(dǎo)線(xiàn)上造成C相接地短路，110 kV母線(xiàn)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作跳開(kāi)1號(hào)主變壓器 110kV側(cè)斷路器，由于主電源在220kV側(cè)，因此故障未切除，0.6s后轉(zhuǎn)為BC相接地短路，雖然主變壓器110kV側(cè)零序I段保護(hù)動(dòng)作出口，但110kV側(cè)斷路器2QF已經(jīng)跳開(kāi)，最后由上級(jí)220 kV變電所A的220 kV線(xiàn)路零序Ⅲ段保護(hù)在1.12s時(shí)切除故障，但變壓器由于110 kV側(cè)線(xiàn)圈變形而損壞（變壓器輕瓦斯保護(hù)、壓力釋放閥保護(hù)也動(dòng)作發(fā)信號(hào)）。

1號(hào)主變壓器配置了一套電磁式保護(hù)，其中220kV側(cè)配置兩段零序電流保護(hù)、一段復(fù)合電壓過(guò)流保護(hù)。兩段零序電流保護(hù)中的一段零序電流保護(hù)帶方向元件（方向指向變壓器），按變壓器220kV側(cè)后備保護(hù)整定時(shí)間整定3s左右，另一段零序電流保護(hù)不帶方向元件，按變壓器220 kV系統(tǒng)后備保護(hù)整定，時(shí)間整定4.5s左右。一段復(fù)合電壓過(guò)流保護(hù)按變壓器220kV側(cè)后備保護(hù)整定，時(shí)間整定3s左右，故變壓器220 kV側(cè)后備保護(hù)不能動(dòng)作。

1.2　無(wú)錫電網(wǎng)220kV變壓器中壓側(cè)死區(qū)故障

2012年2月26日 12時(shí)45分，無(wú)錫電網(wǎng)某220kV變電所也發(fā)生了1號(hào)主變壓器110 kV 側(cè)斷路器與TA之間的A相接地短路，110 kV母線(xiàn)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作跳開(kāi) 110kV正母線(xiàn)上所有斷路器（含1號(hào)主變壓器110kV側(cè)斷路器），由于主電源為220kV側(cè)，因此故障未切除，雖然變壓器110kV側(cè)零序Ⅰ段保護(hù)動(dòng)作出口，但110kV側(cè)斷路器已經(jīng)跳開(kāi)，最后按上述110 kV母線(xiàn)故障整定的變壓器兩套CSC-326D型220kV側(cè)Ⅰ段方向復(fù)壓過(guò)流保護(hù)動(dòng)作，1.630 s時(shí)跳開(kāi)切除故障（220 kV 側(cè)兩段零序電流保護(hù)中的一段零序電流保護(hù)按變壓器后備保護(hù)整定，動(dòng)作時(shí)限為不小于 2.1 s；另一段零序電流保護(hù)按系統(tǒng)后備保護(hù)整定，動(dòng)作時(shí)限為不小于4.5 s）。

1.3　目前切除變壓器死區(qū)故障時(shí)保護(hù)存在的問(wèn)題

上述兩起變壓器死區(qū)故障分別由電源側(cè)線(xiàn)路后備保護(hù)或變壓器電源側(cè)后備保護(hù)動(dòng)作切除，動(dòng)作時(shí)間一般比較長(zhǎng)。近年來(lái)，針對(duì)這些死區(qū)故障，繼電保護(hù)整定計(jì)算人員逐步意識(shí)到這種死區(qū)故障對(duì)變壓器的傷害比較大，已經(jīng)采用了變壓器故障側(cè)的后備保護(hù)聯(lián)跳變壓器各側(cè)斷路器的辦法來(lái)作為切除變壓器死區(qū)故障的措施，但切除故障時(shí)間仍然比較長(zhǎng)，也有1.5 s左右。

2　變壓器死區(qū)故障特征

2.1　變壓器各側(cè)的死區(qū)故障

理論上說(shuō)，變壓器若有幾個(gè)運(yùn)行電壓等級(jí)通過(guò)斷路器間隔設(shè)備（由隔離開(kāi)關(guān)、斷路器、TA等設(shè)備組成）與外電路設(shè)備相連，只要變壓器某一側(cè)斷路器兩旁?xún)H有變壓器這一側(cè)有TA，而母線(xiàn)側(cè)沒(méi)有TA，就可能有幾個(gè)變壓器死區(qū)故障位置，即若有兩個(gè)運(yùn)行電壓等級(jí)通過(guò)斷路器間隔設(shè)備與外電路設(shè)備相連，就至少有兩個(gè)變壓器死區(qū)故障位置（若斷路器兩側(cè)均有TA，則該斷路器回路就沒(méi)有死區(qū)故障位置）；有3個(gè)運(yùn)行電壓等級(jí)通過(guò)斷路器間隔設(shè)備與外電路設(shè)備相連，就至少有 3個(gè)變壓器死區(qū)故障位置（一個(gè)運(yùn)行電壓等級(jí)若有兩個(gè)斷路器間隔設(shè)備，則該運(yùn)行電壓等級(jí)側(cè)為兩個(gè)變壓器死區(qū)故障位置）。

220kV變壓器不僅在變壓器中壓側(cè)存在死區(qū)故障，在變壓器低壓側(cè)和高壓側(cè)同樣存在死區(qū)故障，甚至在變壓器低壓側(cè)各分支也存在死區(qū)故障。某220 kV變電所部分一次主接線(xiàn)圖（簡(jiǎn)化圖）如圖2所示，圖中220kV變壓器通過(guò)3個(gè)電壓等級(jí)與外電路連接，而且各側(cè)斷路器僅有變壓器側(cè)有TA，因此，該變壓器有3個(gè)死區(qū)故障位置，分別是K1、K2、K3。

2.2　變壓器死區(qū)故障特征

2.2.1 220 kV和110kV側(cè)死區(qū)故障特征

以圖2所示變壓器110kV側(cè)死區(qū)故障為例，分析死區(qū)故障特征，220kV側(cè)死區(qū)故障特征類(lèi)似。當(dāng)變壓器110kV側(cè)發(fā)生死區(qū)故障，由于故障在變壓器差動(dòng)保護(hù)范圍之外，但在110kV母線(xiàn)差動(dòng)保護(hù)范圍之內(nèi)，因此，110kV母線(xiàn)差動(dòng)保護(hù)中故障段母線(xiàn)的小差動(dòng)保護(hù)和母線(xiàn)差動(dòng)的大差動(dòng)保護(hù)啟動(dòng)跳開(kāi)故障段母線(xiàn)所有斷路器，包括該220kV變壓器110kV側(cè)斷路器，但主電源在220kV側(cè)，仍然向故障點(diǎn)提供短路電流，故障并沒(méi)有切除。此時(shí)，220kV變壓器110kV側(cè)TA仍然有很大的短路電流流過(guò)，因此，110kV母線(xiàn)差動(dòng)保護(hù)的小差動(dòng)保護(hù)和大差動(dòng)保護(hù)仍然動(dòng)作沒(méi)有返回，同時(shí)，220 kV變壓器110kV側(cè)的后備保護(hù)仍然動(dòng)作沒(méi)有返回。

若在110kV母線(xiàn)差動(dòng)保護(hù)停用的情況下發(fā)生110kV側(cè)死區(qū)故障，220kV變壓器110kV側(cè)后備保護(hù)中按110kV側(cè)故障有足夠靈敏度整定的相間或接地保護(hù)會(huì)啟動(dòng)，按一定延時(shí)（按穩(wěn)定切除故障時(shí)間整定一般為0.6s）動(dòng)作跳開(kāi)220kV變壓器110kV側(cè)斷路器，但主電源在220 kV側(cè)，仍然向故障點(diǎn)提供短路電流，故障并沒(méi)有切除。此時(shí)，220 kV 變壓器110kV側(cè)TA仍然有很大的短路電流流過(guò)，因此，220 kV變壓器110kV側(cè)的后備保護(hù)仍然動(dòng)作沒(méi)有返回。

對(duì)于變壓器220kV側(cè)或110kV側(cè)中性點(diǎn)不接地時(shí)發(fā)生變壓器死區(qū)故障，則有該側(cè)中性點(diǎn)間隙零序電流或零序電壓保護(hù)動(dòng)作跳變壓器各側(cè)斷路器切除該故障。

2.2.2　低壓側(cè)死區(qū)故障特征

220kV變壓器低壓側(cè)一般有35kV或10kV兩種電壓等級(jí)，對(duì)該側(cè)母線(xiàn)一般不設(shè)專(zhuān)門(mén)的母線(xiàn)差動(dòng)保護(hù)，由變壓器低壓側(cè)后備保護(hù)中按該側(cè)母線(xiàn)故障有足夠靈敏度進(jìn)行整定的限時(shí)速斷保護(hù)（一般整定0.3~ 1.1s）作為該側(cè)母線(xiàn)故障的保護(hù)。

當(dāng)變壓器低壓側(cè)發(fā)生死區(qū)故障時(shí)220kV變壓器低壓側(cè)后備保護(hù)啟動(dòng)，按一定延時(shí)動(dòng)作跳開(kāi)220kV變壓器該側(cè)斷路器，但主電源在 220kV側(cè)，仍然向故障點(diǎn)提供短路電流，故障并沒(méi)有切除，此時(shí)，220 kV變壓器低壓側(cè)TA仍然有很大的短路電流流過(guò)，因此，220 kV變壓器低壓側(cè)的后備保護(hù)仍然動(dòng)作沒(méi)有返回。

3　變壓器死區(qū)故障繼電保護(hù)方案

3.1　電網(wǎng)其他死區(qū)故障繼電保護(hù)方案

3.1.1　線(xiàn)路斷路器死區(qū)故障繼電保護(hù)方案

當(dāng)線(xiàn)路斷路器與TA之間發(fā)生故障，即線(xiàn)路斷路器死區(qū)故障，故障在線(xiàn)路縱聯(lián)保護(hù)范圍之外，但在線(xiàn)路斷路器連接的母線(xiàn)差動(dòng)保護(hù)范圍內(nèi)，母線(xiàn)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作跳開(kāi)該母線(xiàn)上所有斷路器的同時(shí)：

①對(duì)于閉鎖式線(xiàn)路縱聯(lián)保護(hù)，由母線(xiàn)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作后啟動(dòng)本側(cè)線(xiàn)路縱聯(lián)保護(hù)停信，加速對(duì)側(cè)線(xiàn)路縱聯(lián)保護(hù)動(dòng)作跳閘；

②對(duì)于允許式線(xiàn)路縱聯(lián)保護(hù)，由母線(xiàn)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作后向?qū)?cè)線(xiàn)路縱聯(lián)保護(hù)發(fā)允許信號(hào)，加速對(duì)側(cè)線(xiàn)路縱聯(lián)保護(hù)動(dòng)作跳閘；

③對(duì)于光纖分相電流差動(dòng)保護(hù)，由母線(xiàn)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作后向?qū)?cè)線(xiàn)路光纖分相電流差動(dòng)保護(hù)發(fā)遠(yuǎn)方跳閘信號(hào)，加速對(duì)側(cè)線(xiàn)路光纖分相電流差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作跳閘。

采用上述措施，可起到快速切除線(xiàn)路斷路器死區(qū)故障的作用，保證了 220 kV 及以上系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

3.1.2　母聯(lián)斷路器死區(qū)故障繼電保護(hù)方案

當(dāng)母聯(lián)斷路器與TA之間發(fā)生故障，即母聯(lián)斷路器死區(qū)故障，母線(xiàn)差動(dòng)保護(hù)中非故障的母線(xiàn)小差動(dòng)保護(hù)和大差動(dòng)保護(hù)啟動(dòng)跳開(kāi)非故障母線(xiàn)上的所有斷路器，包括母聯(lián)斷路器。母聯(lián)斷路器在分閘位置，但故障未切除，母聯(lián)斷路器TA仍然有很大的短路電流流過(guò)，因此，母線(xiàn)差動(dòng)保護(hù)的大差動(dòng)保護(hù)仍然動(dòng)作沒(méi)有返回，并經(jīng)150ms延時(shí)將母聯(lián)斷路器TA電流退出母線(xiàn)差動(dòng)保護(hù)（簡(jiǎn)稱(chēng)封母聯(lián) TA）。此時(shí)，對(duì)于故障母線(xiàn)的小差動(dòng)保護(hù)，故障由區(qū)外故障轉(zhuǎn)變?yōu)閰^(qū)內(nèi)故障，故障段母線(xiàn)小差動(dòng)保護(hù)和大差動(dòng)保護(hù)啟動(dòng)跳開(kāi)故障段母線(xiàn)所有斷路器，從而切除了母聯(lián)斷路器死區(qū)故障。

3.2　變壓器死區(qū)故障繼電保護(hù)方案

對(duì)照220kV變壓器各側(cè)死區(qū)故障特征、繼電保護(hù)動(dòng)作特征和電網(wǎng)中其他死區(qū)故障的繼電保護(hù)方案，提出了4種快速切除方案。

3.2.1　方案1

當(dāng)220kV變壓器某側(cè)發(fā)生了死區(qū)故障，其故障特征是該側(cè)母線(xiàn)差動(dòng)保護(hù)沒(méi)有返回（若該側(cè)沒(méi)有母線(xiàn)差動(dòng)保護(hù)時(shí)，跳220 kV變壓器該側(cè)斷路器的該側(cè)后備保護(hù)沒(méi)有返回），220 kV變壓器該側(cè)TA仍然有故障電流流過(guò)。對(duì)照該故障特征，聯(lián)想母聯(lián)斷路器死區(qū)故障的繼電保護(hù)方案，提出變壓器該側(cè)死區(qū)故障“封TA”的跳閘控制方案如下（相應(yīng)的邏輯框圖見(jiàn)圖3，圖中t₁/0表示滿(mǎn)足條件時(shí)延時(shí)t₁，不滿(mǎn)足條件時(shí)0 s返回，下同）。

1）變壓器該側(cè)后備保護(hù)跳閘出口，繼電器處于動(dòng)作狀態(tài)，或其他保護(hù)（比如該側(cè)母線(xiàn)差動(dòng)保護(hù)）跳閘出口，繼電器處于動(dòng)作狀態(tài)。

2）變壓器該側(cè)A相或B相或C相電流達(dá)到啟快速切除220kV變壓器死區(qū)故障的繼電保護(hù)方案動(dòng)值，或零序電流（或負(fù)序電流）大于整定值。當(dāng)上述條件全部滿(mǎn)足時(shí)，經(jīng)過(guò)必要的延時(shí)后退出變壓器該側(cè)變壓器差動(dòng)保護(hù)TA，即變壓器該側(cè)電流不參與變壓器差動(dòng)保護(hù)電流計(jì)算。當(dāng)上述任一條件不滿(mǎn)足時(shí)，0s接入變壓器該側(cè)變壓器差動(dòng)保護(hù)TA，即變壓器該側(cè)電流參與變壓器差動(dòng)保護(hù)電流計(jì)算。由于變壓器差動(dòng)保護(hù)將故障側(cè)電流退出變壓器差動(dòng)保護(hù)電流計(jì)算，相當(dāng)于變壓器差動(dòng)保護(hù)綜合差流由原來(lái)為0或很小變?yōu)槎搪伏c(diǎn)的短路電流，就使得變壓器差動(dòng)保護(hù)判斷該故障由區(qū)外故障變?yōu)閰^(qū)內(nèi)故障，從而使變壓器差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，啟動(dòng)變壓器總出口跳閘回路，跳開(kāi)變壓器其他斷路器，切除了該故障。

3.2.2　方案2

當(dāng)220 kV變壓器某側(cè)發(fā)生了死區(qū)故障，其故障特征同方案1，對(duì)照線(xiàn)路斷路器死區(qū)故障繼電保護(hù)方案中的光纖分相電流差動(dòng)保護(hù)切除線(xiàn)路斷路器死區(qū)故障方案，提出變壓器該側(cè)死區(qū)故障啟動(dòng)“聯(lián)跳”的跳閘控制方案如下（相應(yīng)的邏輯框圖見(jiàn)圖 4）。

1）變壓器該側(cè)后備保護(hù)跳閘出口，繼電器處于動(dòng)作狀態(tài)，或其他保護(hù)（比如該側(cè)母線(xiàn)差動(dòng)保護(hù)）跳閘出口，繼電器處于動(dòng)作狀態(tài)。

2）變壓器該側(cè)A相或B相或C相電流達(dá)到啟動(dòng)值，或零序電流（或負(fù)序電流）大于整定值。當(dāng)上述條件全部滿(mǎn)足時(shí)，經(jīng)過(guò)必要的延時(shí)后啟動(dòng)變壓器保護(hù)總出口跳閘回路，啟動(dòng)跳開(kāi)變壓器的各側(cè)斷路器，從而達(dá)到快速切除這種變壓器死區(qū)故障的目的。當(dāng)上述任一條件不滿(mǎn)足時(shí)0 s 返回，不啟動(dòng)變壓器保護(hù)跳閘總出口回路。

對(duì)于方案1和2，判斷變壓器該側(cè)A相或B相或C相是否還有電流，可以采集變壓器該側(cè)差動(dòng)保護(hù)TA電流，該電流定值可以按躲過(guò)變壓器該側(cè)最大負(fù)荷電流整定或按變壓器該側(cè)斷路器斷開(kāi)時(shí)該側(cè)死區(qū)相間故障有足夠的靈敏度整定（靈敏系數(shù)可以取不小于1.5）；當(dāng)變壓器該側(cè)為有效接地系統(tǒng)時(shí)，零序電流或負(fù)序電流定值可以按變壓器該側(cè)母線(xiàn)接地故障有足夠的靈敏度整定（靈敏系數(shù)可以取不小于3）。當(dāng)變壓器某一側(cè)為電壓等級(jí)為35 kV及以下系統(tǒng)時(shí)，該系統(tǒng)一般為不接地系統(tǒng)或經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地系統(tǒng)，則變壓器該側(cè)零序電流判據(jù)可以不用。若為電阻接地系統(tǒng)，則變壓器該側(cè)零序電流判據(jù)可以使用。

3.2.3　方案3

當(dāng)220kV變壓器某側(cè)發(fā)生死區(qū)故障時(shí)，該側(cè)母線(xiàn)差動(dòng)保護(hù)（或 220kV變壓器該側(cè)后備保護(hù)）動(dòng)作，跳開(kāi)變壓器該側(cè)斷路器，該側(cè)斷路器已經(jīng)在分閘位置，但220kV變壓器該側(cè)TA仍然有故障電流流過(guò)，聯(lián)想母聯(lián)斷路器死區(qū)故障的繼電保護(hù)方案，提出變壓器該側(cè)死區(qū)故障“封TA”的跳閘控制方案如下（相應(yīng)的邏輯框圖見(jiàn)圖 5）。

1）變壓器該側(cè)斷路器處于分閘位置。

2）變壓器該側(cè)A相或B相或C相電流超過(guò)整定值，或零序電流（或負(fù)序電流）超過(guò)整定值。當(dāng)上述條件全部滿(mǎn)足時(shí)，經(jīng)必要的延時(shí)后退出變壓器該側(cè)變壓器差動(dòng)保護(hù)TA，即變壓器該側(cè)電流不參與變壓器差動(dòng)保護(hù)電流計(jì)算。當(dāng)上述任一條件不滿(mǎn)足時(shí)，0s接入變壓器該側(cè)變壓器差動(dòng)保護(hù)TA，即變壓器該側(cè)電流參與變壓器差動(dòng)保護(hù)電流計(jì)算。由于變壓器差動(dòng)保護(hù)將故障側(cè)電流退出變壓器差動(dòng)保護(hù)電流計(jì)算，相當(dāng)于變壓器差動(dòng)保護(hù)綜合差流由原來(lái)為0或很小變?yōu)榱硕搪伏c(diǎn)的短路電流，就使得變壓器差動(dòng)保護(hù)判斷該故障由區(qū)外故障變?yōu)閰^(qū)內(nèi)故障，從而使變壓器差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，跳開(kāi)變壓器其他側(cè)斷路器，切除了該故障。

3.2.4　方案4

當(dāng)220kV變壓器某側(cè)發(fā)生了死區(qū)故障，其故障特征同方案3，對(duì)照線(xiàn)路斷路器死區(qū)故障繼電保護(hù)方案中的光纖分相電流差動(dòng)保護(hù)切除線(xiàn)路斷路器死區(qū)故障方案，提出變壓器該側(cè)死區(qū)故障“聯(lián)跳”的跳閘控制方案如下（相應(yīng)的邏輯框圖見(jiàn)圖 6）。

1）變壓器該側(cè)斷路器處于分閘位置。

2）變壓器該側(cè)A相或B相或C相電流超過(guò)整定值，或零序電流（或負(fù)序電流）超過(guò)整定值。

當(dāng)上述條件全部滿(mǎn)足時(shí)，經(jīng)必要的延時(shí)后啟動(dòng)變壓器保護(hù)總出口跳閘回路，跳開(kāi)變壓器的各側(cè)斷路器，從而快速切除這種變壓器死區(qū)故障。當(dāng)上述任一條件不滿(mǎn)足時(shí)0s返回，不啟動(dòng)變壓器保護(hù)總出口跳閘回路。

對(duì)于方案3和4，上述A相或B相或C相電流可采集變壓器該側(cè)差動(dòng)保護(hù)TA電流，其相電流的整定值可整定為不小于變壓器1.2倍該側(cè)額定電流或按變壓器該側(cè)斷路器斷開(kāi)時(shí)該側(cè)死區(qū)相間故障有足夠的靈敏度整定（靈敏系數(shù)可以取不小于1.5）。

當(dāng)變壓器該側(cè)為有效接地系統(tǒng)時(shí)，零序電流整定值或負(fù)序電流整定值可按該側(cè)母線(xiàn)接地故障有足夠的靈敏度整定（靈敏系數(shù)可取不小于 3）。變壓器某一側(cè)為電壓等級(jí)為35kV及以下系統(tǒng)時(shí)，該系統(tǒng)一般為不接地系統(tǒng)或經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地系統(tǒng)，則變壓器該側(cè)零序電流判據(jù)可不用。若為電阻接地系統(tǒng)，則變壓器該側(cè)零序電流判據(jù)可使用。

3.2.5　變壓器死區(qū)故障保護(hù)的設(shè)置

變壓器死區(qū)故障保護(hù)的設(shè)置，應(yīng)按220kV變壓器某一側(cè)是否存在死區(qū)故障進(jìn)行設(shè)置，只要這一側(cè)或這一側(cè)的某個(gè)分支回路存在死區(qū)故障，則該側(cè)或該側(cè)的某個(gè)分支回路需按快速切除死區(qū)故障方案設(shè)置變壓器死區(qū)故障保護(hù)。

3.3　變壓器死區(qū)故障保護(hù)的延時(shí)

3.3.1　方案1和2

對(duì)于方案1和2來(lái)說(shuō)，變壓器某一側(cè)死區(qū)故障的延時(shí)t1應(yīng)從該側(cè)母線(xiàn)差動(dòng)保護(hù)或變壓器該側(cè)后備保護(hù)啟動(dòng)出口繼電器動(dòng)作后發(fā)出跳閘脈沖開(kāi)始計(jì)時(shí)，因此，該延時(shí)應(yīng)大于變壓器該側(cè)斷路器跳閘機(jī)構(gòu)動(dòng)作時(shí)間和切斷電弧時(shí)間加上該側(cè)母線(xiàn)差動(dòng)保護(hù)或變壓器該側(cè)后備保護(hù)啟動(dòng)出口繼電器返回時(shí)間或電流判別元件返回時(shí)間。斷路器跳閘機(jī)構(gòu)動(dòng)作時(shí)間和切斷電弧時(shí)間一般為40 ~ 60 ms，一般不大于80 ms；出口繼電器返回時(shí)間一般為小于30 ms，電流判別元件返回時(shí)一般要求小于20 ms，考慮時(shí)間裕度和保護(hù)的安全性，并對(duì)照母聯(lián)死區(qū)故障延時(shí)150 ms 的要求，延時(shí)t1可取150 ms。

3.3.2　方案3和4

對(duì)于方案3和4來(lái)說(shuō)，變壓器某一側(cè)死區(qū)故障的延時(shí)t2應(yīng)從變壓器該側(cè)斷路器跳閘位置接點(diǎn)接通動(dòng)作開(kāi)始計(jì)時(shí)，因此，該延時(shí)應(yīng)大于變壓器該側(cè)斷路器跳閘機(jī)構(gòu)動(dòng)作后切斷電弧時(shí)間加上電流判別元件返回時(shí)間。由于引入了該側(cè)斷路器跳閘位置接點(diǎn)，該死區(qū)故障保護(hù)比方案1和2的延時(shí)少了斷路器跳閘機(jī)構(gòu)動(dòng)作時(shí)間；斷路器跳閘機(jī)構(gòu)固有動(dòng)作時(shí)間一般在25~40 ms，因此，引入斷路器跳閘位置接點(diǎn)時(shí)，可以在方案1和2的基礎(chǔ)上加快變壓器死區(qū)故障保護(hù)動(dòng)作速度，考慮時(shí)間裕度和保護(hù)的安全性，延時(shí)t2可取100~120 ms左右。

3.4　方案1和2是否需要跳閘位置接點(diǎn)討論

對(duì)于變壓器某一側(cè)死區(qū)故障保護(hù)中的方案1和2 是否需要跳閘位置接點(diǎn)的問(wèn)題，以變壓器中壓側(cè)為例進(jìn)行討論。當(dāng)中壓側(cè)母線(xiàn)故障時(shí)，母線(xiàn)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，變壓器中壓側(cè)斷路器由于某個(gè)原因拒絕動(dòng)作，造成該斷路器失靈，變壓器該側(cè)死區(qū)故障保護(hù)若引入跳閘位置接點(diǎn)，由于斷路器失靈拒絕動(dòng)作，跳閘位置接點(diǎn)不能閉合，因此，變壓器該側(cè)死區(qū)故障保護(hù)不能動(dòng)作切除故障；此時(shí)，變壓器該側(cè)死區(qū)故障保護(hù)若不引入跳閘位置接點(diǎn)，由于少了跳閘位置接點(diǎn)閉合的條件，變壓器該側(cè)死區(qū)故障保護(hù)能夠動(dòng)作切除故障。因此，不引入跳閘位置接點(diǎn)作為變壓器該側(cè)死區(qū)故障保護(hù)啟動(dòng)條件之一，該死區(qū)故障保護(hù)還能夠起到變壓器該側(cè)斷路器失靈保護(hù)的作用。在實(shí)際的死區(qū)保護(hù)方案中，可以將引入跳閘位置接點(diǎn)和不引入跳閘位置接點(diǎn)分別設(shè)置為兩個(gè)邏輯電路，采用不同的延時(shí)來(lái)完成變壓器該側(cè)死區(qū)故障保護(hù)功能。

3.5　變壓器死區(qū)故障保護(hù)與斷路器失靈保護(hù)的比較

3.5.1　兩種保護(hù)動(dòng)作過(guò)程

圖7為新的“六統(tǒng)一”保護(hù)Q/GDW 1175—2013的母線(xiàn)失靈保護(hù)聯(lián)跳變壓器各側(cè)斷路器邏輯框圖。該邏輯框圖在變壓器高壓側(cè)、中壓側(cè)均有母線(xiàn)差動(dòng)失靈保護(hù)聯(lián)跳變壓器各側(cè)斷路器回路。

圖7（a）中“變壓器支路失靈開(kāi)入”為變壓器電氣量保護(hù)跳變壓器該側(cè)斷路器的出口跳閘繼電器接點(diǎn)；當(dāng)該繼電器接點(diǎn)動(dòng)作后，一方面給出“變壓器支路失靈開(kāi)入”信號(hào)，另一方面經(jīng)電流判別后給出母線(xiàn)差動(dòng)保護(hù)中“解除變壓器復(fù)壓元件”（圖中未畫(huà)出）信號(hào)，解除變壓器支路復(fù)壓元件。

變壓器高壓側(cè)斷路器失靈保護(hù)與變壓器死區(qū)故障保護(hù)的方案1 和2的動(dòng)作過(guò)程比較如下。

以變壓器高壓側(cè)為例，當(dāng)變壓器高壓側(cè)出現(xiàn)死區(qū)故障時(shí)，相當(dāng)于變壓器高壓側(cè)斷路器失靈，雖然高壓側(cè)母線(xiàn)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作跳開(kāi)了變壓器高壓側(cè)斷路器，但由于變壓器中、低壓側(cè)有電源，故障仍沒(méi)有切除，變壓器高壓側(cè)斷路器失靈保護(hù)啟動(dòng)回路立即啟動(dòng)解除高壓側(cè)母線(xiàn)差動(dòng)保護(hù)的復(fù)合電壓元件，同時(shí)啟動(dòng)母線(xiàn)差動(dòng)保護(hù)的斷路器失靈回路，然后母線(xiàn)差動(dòng)保護(hù)的斷路器失靈回路再以第1時(shí)限t1啟動(dòng)跳高壓側(cè)母聯(lián)斷路器（一般整定0.15~0.30s），以第2時(shí)限t2啟動(dòng)跳高壓側(cè)母線(xiàn)上所有斷路器（一般整定 0.3~0.6 s），包括變壓器高壓側(cè)斷路器，同時(shí)啟動(dòng)“變壓器支路失靈聯(lián)跳開(kāi)出”（見(jiàn)圖 7（a），即“母線(xiàn)差動(dòng)保護(hù)啟動(dòng)變壓器失靈聯(lián)跳開(kāi)入”啟動(dòng)，經(jīng)變壓器保護(hù)該側(cè)電流判別后延時(shí)50ms啟動(dòng)變壓器總出口跳閘回路（見(jiàn)圖 7（b），啟動(dòng)跳變壓器其他側(cè)斷路器。因此，由變壓器高壓側(cè)斷路器失靈保護(hù)來(lái)切除變壓器死區(qū)故障，切除故障時(shí)間至少還需要0.41~0.71 s。

以方案1或方案2為例，采用變壓器高壓側(cè)死區(qū)故障保護(hù)時(shí)，死區(qū)故障保護(hù)將滿(mǎn)足啟動(dòng)條件啟動(dòng)，經(jīng)短延時(shí)150 ms或120 ms左右，方案1退出變壓器高壓側(cè)差動(dòng)保護(hù)TA電流而讓變壓器差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，或方案2直接啟動(dòng)變壓器總出口繼電器跳開(kāi)變壓器中、低壓側(cè)，切除故障。顯然，方案1變壓器高壓側(cè)死區(qū)故障保護(hù)切除故障時(shí)間為150 ms加上變壓器差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作至切除故障時(shí)間60~80ms，方案2比方案1少了變壓器差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作時(shí)間，即方案1還需要210 ~ 230 ms左右，方案2還需要190~210 ms左右。因此，變壓器死區(qū)故障保護(hù)比變壓器高壓側(cè)斷路器失靈保護(hù)動(dòng)作快得多。

3.5.2　兩種保護(hù)的比較

1）變壓器死區(qū)故障保護(hù)動(dòng)作速度快由上述兩種保護(hù)的動(dòng)作過(guò)程來(lái)看，變壓器死區(qū)故障保護(hù)比變壓器高壓側(cè)斷路器失靈保護(hù)動(dòng)作快。

若考慮母線(xiàn)失靈保護(hù)啟動(dòng)后，跳母聯(lián)斷路器和該母線(xiàn)其他斷路器以同一時(shí)間跳閘，至少比變壓器高壓側(cè)斷路器失靈保護(hù)動(dòng)作快50ms 左右；若考慮母線(xiàn)失靈保護(hù)啟動(dòng)后，跳母聯(lián)斷路器和該母線(xiàn)其他斷路器以不同時(shí)間跳閘，至少比變壓器高壓側(cè)斷路器失靈保護(hù)動(dòng)作快200 ms左右。

2）變壓器死區(qū)故障保護(hù)動(dòng)作環(huán)節(jié)少由兩種保護(hù)的邏輯框圖來(lái)看，變壓器死區(qū)故障保護(hù)比變壓器高壓側(cè)斷路器失靈保護(hù)動(dòng)作環(huán)節(jié)少；由于 220 kV 變壓器保護(hù)為主保護(hù)和后備保護(hù)一體化設(shè)計(jì)，相互之間的配合可由程序?qū)崿F(xiàn)，且基本邏輯可在變壓器保護(hù)中實(shí)現(xiàn)，因而邏輯簡(jiǎn)單，動(dòng)作可靠。

3）兩種保護(hù)的保護(hù)啟動(dòng)量不同變壓器死區(qū)故障保護(hù)中有關(guān)保護(hù)的啟動(dòng)量采用了“變壓器本側(cè)后備保護(hù)跳本側(cè)出口繼電器”和“本側(cè)母線(xiàn)差動(dòng)保護(hù)”；變壓器高壓側(cè)斷路器失靈保護(hù)中有關(guān)保護(hù)的啟動(dòng)量采用了“變壓器電氣量保護(hù)跳本側(cè)出口繼電器”和“本側(cè)母線(xiàn)差動(dòng)保護(hù)”。

3.6　變壓器死區(qū)故障保護(hù)4種方案的比較

方案1和2不僅可以作為變壓器該側(cè)的死區(qū)故障保護(hù)，還可以作為變壓器該側(cè)的斷路器失靈保護(hù)；方案3和4僅能作為變壓器該側(cè)的死區(qū)故障保護(hù)。由于220 kV微機(jī)變壓器保護(hù)均由程序來(lái)實(shí)現(xiàn)，4種方案均可方便地在變壓器保護(hù)中實(shí)現(xiàn)；在電網(wǎng)中，“封 TA”的做法在母線(xiàn)差動(dòng)保護(hù)中的母聯(lián)斷路器死區(qū)保護(hù)中已經(jīng)運(yùn)行了 10 多年，實(shí)踐證明是可行的和可靠的，其做法同樣也可運(yùn)用在變壓器的死區(qū)故障保護(hù)中。從動(dòng)作的效率來(lái)說(shuō)，方案2和4比方案1和3少了“封 TA”讓變壓器差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作的過(guò)程，因而動(dòng)作更簡(jiǎn)單，動(dòng)作速度相對(duì)更快，有一定的優(yōu)越性，可作為優(yōu)先方案使用。在實(shí)際使用時(shí)，可將方案 1 和3或方案2和4結(jié)合起來(lái)使用，相互補(bǔ)充使用。

3.7　變壓器死區(qū)故障保護(hù)動(dòng)作過(guò)程

以方案1和變壓器中壓側(cè)發(fā)生死區(qū)故障來(lái)敘述變壓器死區(qū)故障保護(hù)動(dòng)作過(guò)程，方案2，3，4以及變壓器其他側(cè)發(fā)生死區(qū)故障時(shí)其變壓器死區(qū)故障保護(hù)過(guò)程類(lèi)似，本文不再敘述。一次主接線(xiàn)見(jiàn)圖 2。

1）當(dāng)變壓器中壓側(cè)斷路器 2QF與變壓器差動(dòng)保護(hù)使用的中壓側(cè) TA（即中壓側(cè)斷路器處的 TA）之間發(fā)生相間短路或接地故障時(shí)，故障在變壓器縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)范圍之外，但在110 kV母線(xiàn)差動(dòng)保護(hù)的保護(hù)范圍之內(nèi)，110 kV母線(xiàn)差動(dòng)保護(hù)啟動(dòng)跳開(kāi)該故障母線(xiàn)所有開(kāi)關(guān)（含變壓器中壓側(cè)斷路器2QF），雖然斷路器2QF已跳開(kāi)，但故障沒(méi)有切除，故障相仍有短路電流（某相的相電流或零序電流或負(fù)序電流超過(guò)整定值），故110kV母線(xiàn)差動(dòng)保護(hù)仍然動(dòng)作沒(méi)有返回（或變壓器中壓側(cè)后備保護(hù)啟動(dòng)延時(shí)時(shí)間到達(dá)，該后備保護(hù)仍然動(dòng)作沒(méi)有返回），則判斷死區(qū)故障的兩個(gè)條件滿(mǎn)足，延時(shí)t1后，退出變壓器中壓側(cè)變壓器差動(dòng)保護(hù)TA，即變壓器中壓側(cè)電流不參與變壓器差動(dòng)保護(hù)電流計(jì)算。由于變壓器差動(dòng)保護(hù)將故障側(cè)電流退出變壓器差動(dòng)保護(hù)電流計(jì)算，相當(dāng)于變壓器差動(dòng)保護(hù)綜合差電流由原來(lái)為0或很小變?yōu)榱硕搪伏c(diǎn)的短路電流，就使得變壓器差動(dòng)保護(hù)判斷該死區(qū)故障由區(qū)外故障變?yōu)閰^(qū)內(nèi)故障，變壓器差動(dòng)保護(hù)就動(dòng)作啟動(dòng)變壓器總出口跳閘回路，跳變壓器其他側(cè)斷路器，切除了該故障。

2）當(dāng)變壓器中壓側(cè)斷路器2QF已在分閘位置，即斷路器2QF為熱備用時(shí)，發(fā)生上述變壓器中壓側(cè)死區(qū)故障，故障在變壓器縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)范圍之外，但在110 kV母線(xiàn)差動(dòng)保護(hù)范圍之內(nèi)，110 kV母線(xiàn)差動(dòng)保護(hù)啟動(dòng)跳開(kāi)該故障母線(xiàn)所有開(kāi)關(guān)。雖然斷路器2QF已在分閘位置，但故障相有短路電流，該相的相電流或零序電流或負(fù)序電流超過(guò)整定值，110 kV母線(xiàn)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作或變壓器高壓側(cè)后備保護(hù)啟動(dòng)延時(shí)時(shí)間到達(dá)，故判斷死區(qū)故障的兩個(gè)條件滿(mǎn)足，延時(shí)t1后，退出變壓器中壓側(cè)變壓器差動(dòng)保護(hù)TA，即變壓器中壓側(cè)電流不參與變壓器差動(dòng)保護(hù)電流計(jì)算。

由于變壓器差動(dòng)保護(hù)將故障側(cè)電流退出變壓器差動(dòng)保護(hù)電流計(jì)算，相當(dāng)于變壓器差動(dòng)保護(hù)綜合差電流由原來(lái)為 0 或很小變?yōu)榱硕搪伏c(diǎn)的短路電流，就使得變壓器差動(dòng)保護(hù)判斷該死區(qū)故障由區(qū)外故障變?yōu)閰^(qū)內(nèi)故障，從而使變壓器差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，啟動(dòng)變壓器總出口跳閘回路，跳變壓器其他斷路器，切除了該故障。3）若為 110 kV 母線(xiàn)故障，雖然 110 kV 母線(xiàn)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，啟動(dòng)跳開(kāi)該故障母線(xiàn)其他所有開(kāi)關(guān)，但變壓器中壓側(cè)斷路器 2QF拒動(dòng)，故障沒(méi)有切除，故障相仍有短路電流。該相的相電流或零序電流或負(fù)序電流超過(guò)整定值，故 110 kV 母線(xiàn)差動(dòng)保護(hù)仍然動(dòng)作沒(méi)有返回（或變壓器中壓側(cè)后備保護(hù)啟動(dòng)延時(shí)時(shí)間到達(dá)，后備保護(hù)仍然動(dòng)作沒(méi)有返回），故判斷死區(qū)故障的兩個(gè)條件滿(mǎn)足，延時(shí) t1后，退出變壓器中壓側(cè)變壓器差動(dòng)保護(hù) TA，即變壓器中壓側(cè)電流不參與變壓器差動(dòng)保護(hù)電流計(jì)算。由于變壓器差動(dòng)保護(hù)將故障側(cè)電流退出變壓器差動(dòng)保護(hù)電流計(jì)算，相當(dāng)于變壓器差動(dòng)保護(hù)綜合差電流由原來(lái)為 0 或很小變?yōu)榱硕搪伏c(diǎn)的短路電流，就使得變壓器差動(dòng)保護(hù)判斷該死區(qū)故障由區(qū)外故障變?yōu)閰^(qū)內(nèi)故障，從而使變壓器差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，啟動(dòng)變壓器總出口跳閘回路，跳變壓器其他斷路器，切除了該故障。

4　結(jié)語(yǔ)

由 2012年2月無(wú)錫電網(wǎng)發(fā)生的一起220kV變壓器中壓側(cè)死區(qū)故障事故得到啟發(fā)，通過(guò)分析變壓器死區(qū)故障的特征，提出了4種220 kV變壓器死區(qū)故障保護(hù)方案，這4種方案均可在電網(wǎng)中運(yùn)用。由于方案2和4比方案1和3動(dòng)作邏輯更簡(jiǎn)單，動(dòng)作速度相對(duì)更快，有一定的優(yōu)越性，可作為優(yōu)先方案使用。在實(shí)際使用時(shí)，可將方案1和3 或方案2和4結(jié)合起來(lái)，相互補(bǔ)充使用。

220kV變壓器死區(qū)故障保護(hù)方案還可運(yùn)用到110kV變壓器或其他電壓等級(jí)變壓器中?？焖偾谐儔浩魉绤^(qū)故障，可以減輕該故障對(duì)該變壓器的沖擊和損傷，有利于電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。