变压器保护原理与配置策略

14.2.4.1　变压器保护原理

特高压调压变和补偿变为三相分相变压器，在运行时，由于CT变比和档位不同，各侧电流大小不同。需要通过平衡系数、极性转换等方法进行补偿，消除电流大小差异。调压补偿变差动保护是主要为防止主变保护对调压补偿变匝间故障灵敏度不足而专门配置的。常规调补变保护只适用于无载调压模式，为适应有载调压模式，必须对现有调压补偿变保护进行改造。

1）有载调压对主变和补偿变的影响

（1）有载调档过程中，主变中压侧电压的调压范围为5%，按照主变差动定值整定原则整定，调压误差对主变保护影响较小。即有载调档对主变影响可以忽略。

（2）有载调档过程中补偿变变比不变，调档过程不会引起补偿变差流。若不切换定值区，仅影响差动保护灵敏度，由低档调往高档时灵敏度增加，高档调往低档时灵敏度降低，但补偿变各档位下的额定电流变化不大，之间最大相差仅130A，约0.2Ie左右，对灵敏度的影响较小。即有载调档对补偿变影响可以忽略。

2）有载调压对调压变保护的影响

（1）由于调压变档位为多档（如1～9档或1～21档等），在不同档位下每一档位对应一组系统参数定值，定值组数和档位数相同。档位小于中间档为正档，档位大于中间档为负档。21档调压变对应11档为中间档，则1～10档为正档，12～21档为负档。调压变处于中间档时，调压变差动计算差流时固定将低压侧电流置0。处于负档时，由于在负档情况下调压变压器一次同名端改变，计算差流时调压变角侧电流极性不变，调压变星侧极性改变，极性改变由保护软件内部自动调整。

（2）有载调压变压器能在带负荷的状态下调节分接抽头的位置以控制变压器变比的变化，来适应系统电压的改变。差电流正是随变压器抽头的改变而出现的，因为调压变ΔU的变化范围在±100%之间，不能用固定变比计算调压变差流，需要在定值中增加调压变原副边（角侧/星侧）额定电流定值，以适应档位的切换，进而调整差动保护平衡系数，改善差流计算。

（3）调压变每一档位对应一组系统参数定值，每档下变压器额定电流比值不同，对应的平衡系数Kn不同。有载调压过程中，有载调档在档位切换的暂态过程中存在相邻两档短接的过程，但由于短接之间有载开关有过渡电阻存在，相邻两档短接不会造成调压变产生差流，即相邻两档短接对差流的影响可以忽略。产生差流主要因素为整定的定值与实际档位可能不相同，造成差动保护差流越限。设当前整定档位为n，运行档位为n+1，归算到高压侧差流及比率制动系数如式（14-15）所示。

在正负最大档附近，由于邻近档变比变化小，调档后会引起差流较小，如1↔2档和20↔21档，一般差流不会大于0.2Ie，不会引起差动保护误动，但会引起差流越限报警。

但是在中间档11档附近档位向其他档位调档时，由于变比变化大，调档后会引起更大差流，可能引起差动保护误动。以9档到10档为例，差流采用公式（14-16）进行估算。

式中，K9=1/18.5，K10=1/18.5。即定值需至少整定为0.5Ie，斜率至少大于0.67才能可靠躲过区外故障。

理论上通过调整差动定值和斜率可以躲过除涉及中间档0档调档的任何区外故障，因为中间档0档时，调压变差动计算应不计入调压变低压侧电流，但调档过程中由于保护无法获知当前档位，运行定值区与实际档位不同，区外故障时不可避免产生误动。

对于涉及调整极性的调档，如正极性调整到负极性，按照上述制动系数计算公式，躲区外故障需要选取如式（14-17）所示计算公式。

可见由于极性发生变化，制动系数需选取大于2。但区内发生故障时，其制动系数最大值不会超过2，所以按照制动系数大于2整定，区内发生故障保护也不会动作。所以涉及极性转换时的调档定值同时按照躲区外故障和能够反应区内故障是相互矛盾的，即防误动必然导致拒动，防拒动必然导致误动。

14.2.4.2　变压器保护配置

特高压变压器保护与超高压变压器保护存在较大差别，特高压变压器由主变及调压补偿变组成，其中调压补偿变差动保护需要单独一台装置实现，而超高压变压器没有调压补偿变。超高压变压器保护通常配置两套电气量保护和一套非电气量保护，每台变压器保护有3面屏，分别由主变第一套差动保护、主变第二套差动保护以及主变非电气量保护组成。而特高压变压器保护包含主变保护和调压补偿变保护，主变和调压补偿变的电气量保护均双重化配置，非电气量保护仅配置一套，主变保护和调压补偿变保护应分布于不同保护装置内，并单独组屏。每台特高压变压器保护有5面屏，分别由主变第一套差动保护、主变第二套差动保护、主变非电气量保护、调补变第一套差动保护+调补变非电气量保护以及调补变第二套差动保护组成。

1）主变保护配置

主变保护配置具体如下：

（1）主变保护配置差动速断、不经整定的反应故障分量的差动（如突变量差动）、纵差保护和分侧差动保护。

（2）主变各侧配置后备跳闸保护和过负荷告警保护，各侧均装设一套不带任何闭锁的过流保护或零序电流保护作为变压器的总后备保护。高、中压侧为零序电流保护，低压侧为过流保护。

（3）对外部相间短路引起的主变过电流，采用相间阻抗保护。

（4）对外部单相接地短路引起的主变过电流，采用接地阻抗保护。

（5）主变装设过激磁保护，过激磁保护具有定时限低定值发信和反时限跳闸功能，反时限特性应与被保护变压器的励磁特性相配合，过激磁保护安装在主变的1000kV侧。

（6）变压器低压侧配置电压偏移保护，在信号发出后动作。

2）调补变保护配置

（1）只配置差动保护，不再配置后备保护

调压变和补偿变相对于整个变压器而言，其匝数很少，当发生轻微匝间故障时，折算到主变压器来看更加轻微，主变压器纵差保护很难动作，因此需要单独配置调压变和补偿变差动保护并放置在单独的电气量保护装置中，另外还需要配置单独的非电气量保护装置。配置调压变和补偿变保护的目的主要是用来提高调压变和补偿变内部匝间故障的灵敏度，因此调压变和补偿变只配置差动保护，不再配置后备保护。

（2）只配置纵差保护，不配置差动速断保护和突变量差动保护(www.xing528.com)

由于调压变和补偿变的容量比主变压器的容量小得多，主变空载合闸时调压变和补偿变中会出现很大的励磁涌流，而差动速断保护动作电流定值通常按变压器额定电流的6～8倍整定，空载合闸时调压变和补偿变差动速断保护可能误动，因此调压变和补偿变也不配置差动速断保护和突变量差动保护，只配置纵差保护。

3）各差动保护的保护功能和保护范围

主变各差动保护的保护范围如图14-14所示。

图14-14　特高压变压器CT配置图

（1）纵联差动保护（投用）：由高压侧CTH1/CTH2、中压侧CTM1/CTM2、低压侧CTL1/CTL2构成，其能反映变压器各侧的各类故障。由于差动回路中存在磁耦合关系，所以设置励磁涌流闭锁判据。

（2）分相差动保护（停用）：由高压侧CTH1/CTH2、中压侧CTM1/CTM2、低压侧套管CT4构成，其保护范围为变压器内部绕组所有故障和高中压侧引线故障。由于差动回路中存在磁耦合关系，所以设置励磁涌流闭锁判据。相比于纵联差动保护，不存在Y/Δ转角关系、差流实现了真正的分相计算，零序分量亦引入差动回路、差动电流的特性更真实，从而使励磁涌流闭锁逻辑的判别可以变得更为清晰、简单。

（3）分侧差动保护（投用）：由高压侧CTH1/CTH2、中压侧CTM1/CTM2、公共绕组套管CT5构成，其保护范围为高、中压侧绕组和引线的接地和相间故障，不保护绕组的匝间故障。由于差动回路中不存在磁耦合关系，所以保护不受励磁涌流的影响。

（4）低压侧小区差动保护（停用）：由低压侧套管CT4、低压侧CTL1/CTL2、调压变副边套管CT7构成，其保护范围为低压侧引线的接地和相间故障，不保护绕组的匝间故障。由于差动回路中不存在磁耦合关系，所以保护不受励磁涌流的影响。

（5）补偿变差动保护（投用）：由CT8、CT6构成，其保护范围为补偿变压器内部绕组所有故障和引线故障。由于差动回路中存在磁耦合关系，所以设置励磁涌流闭锁判据。

（6）调压变差动保护（投用）：由CT5、CT6、CT7构成，其保护范围为调压变压器内部绕组所有故障和引线故障。由于差动回路中存在磁耦合关系，所以设置励磁涌流闭锁判据。

某1000kV变电所1号主变电气量保护、非电气量保护和调压补偿变第一套保护屏保护典型配置分别如表14-8、表14-9和表14-10所示。

表14-8　某1000kV变电所1号主变电气量保护配置

表14-9　某1000kV变电所1号主变非电气量保护配置

表14-10　某1000kV变电所1主变调压补偿变第一套保护屏保护配置

14.2.4.3　变压器保护整定

各保护整定值需要根据变压器的额定参数确定，1000kV特高压变压器参数如表14-11所示。

表14-11　1000kV特高压变压器参数

根据特高压变压器参数可以算得其各侧一次额定电流分别为高压侧：1649.6A；中压侧：3299.2A；低压侧：15746.4A（调档至全容量），5248.8A（调档至最低容量）。

1）主变保护整定

变压器差动保护按变压器内部故障能快速切除，区外故障可靠不误动的原则整定。差动保护启动电流一般取（0.2～0.6）Ie（Ie为特高压主变高压侧额定电流）。

距离保护为变压器部分绕组的后备保护，不作为变压器低压侧故障的后备保护。带偏移特性的阻抗保护，指向变压器的阻抗不伸出对侧母线，可靠系数宜取70%；指向母线侧的定值按保证母线金属性故障有足够灵敏度整定。高压侧按指向变压器侧阻抗的10%整定，中压侧按指向变压器侧阻抗的20%整定。时间定值应躲过系统振荡周期并满足主变热过负荷的要求，一般取2s。

变压器高、中压侧零序Ⅱ段电流保护按本侧母线经100Ω高阻接地故障有灵敏度整定，时间定值与本侧出线反时限方向零序电流保护配合。同一变电站两台及以上变压器并列运行的零序Ⅱ段电流保护动作时间可以按不同时限整定，时间级差取0.3s。

变压器低压侧套管三相过流保护整定值按可靠躲过低压侧额定电流整定，按变压器低压侧相间故障有灵敏度校核；变压器低压侧分支三相过流保护整定值按可靠躲低压分支额定电流整定，按变压器低压侧相间故障有灵敏度校核；过激磁保护告警定值取1.06倍过激磁倍数；1.1倍过激磁倍数启动反时限跳闸曲线，跳闸时间和主变厂家的过激磁能力曲线相配合。

2）调压补偿变整定

调压变灵敏差动和补偿变差动按各变压器内部故障能快速切除，区外故障可靠不误动的原则整定。调压变和补偿变差动保护启动电流一般为0.5Ie（Ie为依据主变额定电流和公共绕组额定电流确定的110kV侧额定电流）。补偿变差动保护所有档位定值均按照最大档整定。调压变差动保护每档定值按照每一档的额定电流整定，每个运行档位均有对应的一组定值区，其中中性档（额定档、中间档位）按照最大档整定。

有载调压变不灵敏差动仅取调压绕组中间分接头位置对应档位的额定电流、电压，例如对于有21档的调压变，取第5或17档，并且按照1.2倍额定电流整定。CT断线闭锁主变差动保护和调补变差动保护，但当检测到差流达到一定值时再重新开放主变差动保护和调补变差动保护。