自耦變壓器零序保護探討

在500kV變電站，廣泛應用三相獨立、自耦降壓式變壓器。由于自耦變壓器高壓側、中壓側線(xiàn)圈之間有電的直接聯(lián)系，為防止高壓側單相接地引起中壓側過(guò)電壓，高、中壓側中性點(diǎn)必須直接接地，且有共同的接地中性點(diǎn)，零序電流可在高、中壓側系統之間流動(dòng)。因此，自耦變壓器零序保護有著(zhù)許多不同于普通變壓器保護的特點(diǎn)，下面就這些特殊性進(jìn)行探討。

1.零序電流分布

接地短路時(shí),自耦變壓器中零序電流的分布，可利用圖1所示系統接線(xiàn)來(lái)說(shuō)明。

當高壓側d點(diǎn)發(fā)生單相接地時(shí), 自耦變壓器中零序電流的分布如圖2所示，圖中，IG0、IZ0、Id0分別為自耦變壓器高壓側、中壓側、低壓側的零序電流，Igg0為公共繞組的零序電流，IZX為中性點(diǎn)的零序電流。

經(jīng)分析可得[1]：

圖2 自耦變壓器三相零序電流分布

根據公式(2)，當自耦變壓器高壓側發(fā)生單相接地短路時(shí)，中性點(diǎn)零序電流的大小和方向，都將隨著(zhù)中壓側系統零序阻抗的變化而變化。如果XSN0+XZ0>(kGZ-1)XD0，則中性點(diǎn)電流IZX與圖中所標的方向相同;如果XSN0+XZ0(kGZ-1)XD0，則中性點(diǎn)電流IZX與圖中所標的方向相反，中性點(diǎn)電流的相位將改變1800。特別是，如果XSN0+XZ0=(kGZ-1)XD0，則不管高壓側零序電流有多大，流經(jīng)中性點(diǎn)的零序電流都為零。

2 零序電流保護

根據上述分析，自耦變壓器高壓側發(fā)生接地故障時(shí)，流經(jīng)中性點(diǎn)的零序電流與中壓側系統阻抗有很大的關(guān)系，不能明確地反映故障的方向和故障的嚴重程度。

而根據公式(1)，流經(jīng)自耦變壓器中壓側的零序電流的大小，盡管隨中壓側系統零序阻抗的變化而變化，但其方向不變。

因此，自耦變壓器零序電流保護，一般在高壓側、中壓側分別裝設，并分別接入高、中壓側電流互感器的零序回路，如圖3所示。為了保證動(dòng)作的選擇性，零序電流保護一般需要具有方向性。

在實(shí)際運行中，往往存在自耦變壓器“高壓側或中壓側斷開(kāi)運行”的情況，此時(shí)，如果自耦變壓器內部發(fā)生單相接地，接在中壓側或高壓側線(xiàn)端電流互感器二次回路的零序過(guò)電流保護，可能滿(mǎn)足不了靈敏度的要求，因此，在自耦變壓器中性點(diǎn)處電流互感器二次側，一般還配置零序過(guò)電流保護。

但是，根據公式(2)，當自耦變壓器高、中壓側同時(shí)投入運行時(shí)，中性點(diǎn)回路的零序過(guò)電流保護必須退出，否則，有可能不正確動(dòng)作。也就是說(shuō)，自耦變壓器中性點(diǎn)回路裝設的零序過(guò)電流保護，只在高壓側或中壓側斷開(kāi)、內部發(fā)生單相接地故障、未斷開(kāi)側零序過(guò)電流保護的靈敏度不夠時(shí)，才投入使用。

高壓側和中壓側的方向零序過(guò)電流保護通常設兩段，第一段動(dòng)作電流與本側母線(xiàn)出線(xiàn)的零序過(guò)電流保護的第Ⅰ或Ⅱ段配合，動(dòng)作電流由公式(3)計算[2]。

Kbr.Ⅰ—零序電流分支系數，其值等于出線(xiàn)

零序過(guò)電流保護Ⅰ段保護區末端發(fā)

生接地短路時(shí)，流過(guò)本保護的零序

電流與流過(guò)線(xiàn)路的零序電流之比。

IOP.0.Ⅰ/Ⅱ—線(xiàn)路零序過(guò)電流保護Ⅰ段或Ⅱ段

動(dòng)作電流。

第二段動(dòng)作電流與本側母線(xiàn)出線(xiàn)的零序過(guò)電流保護的后備段配合，動(dòng)作電流由公式(4)計算。

式中

IOP.0. Ⅱ—Ⅱ段零序過(guò)電流保護動(dòng)作電流;

Krel　—可靠系數，取1.2。

Kbr. Ⅱ—零序電流分支系數，出線(xiàn)零序過(guò)電

流保護后備段保護區末端發(fā)生接地

短路時(shí)，流過(guò)本保護的零序電流與

流過(guò)線(xiàn)路的零序電流之比。

IOP.0.Ⅱ—線(xiàn)路零序過(guò)電流保護后備段的動(dòng)作

電流。

3 零序差動(dòng)保護

對于由三臺單相自耦變壓器組成的超高壓自耦變壓器組，內部發(fā)生接地故障的概率遠大于相間故障，而普遍采用的變壓器縱差保護對內部單相接地短路的靈敏度很低甚至拒動(dòng)[3]零序差動(dòng)保護，其原理接線(xiàn)圖如圖4所示。。自耦變壓器一般增設

3.1 勵磁涌流對零差保護的影響

變壓器空載投入和外部故障切除后電壓恢復時(shí)，可能出現數值很大的勵磁涌流，最大可達額定電流的6~8倍。對于三相變壓器而言，無(wú)論在任何瞬間合閘，至少有兩相要出現程度不同的勵磁涌流，即三相勵磁涌流不對稱(chēng)，且星形接線(xiàn)繞組中性點(diǎn)直接接地，因此，零序涌流一定存在。

按照圖4所示零差保護的原理接線(xiàn)圖，零差保護的電流取自自耦變壓器高壓側、中壓側和公共繞組的電流互感器，其保護范圍只包含有電路連接的自耦變壓器的串聯(lián)繞組和公共繞組，不包含無(wú)電路連接的由鐵芯磁路耦合的低壓繞組。因此，不管變壓器空載投入和外部故障切除后電壓恢復時(shí)，零序涌流有多大，波形多畸變，一次零序涌流各側之和一定為0，總是穿越性電流，這樣，從構成原理上來(lái)看，零差保護不受勵磁涌流的影響，不必經(jīng)勵磁涌流判據的閉鎖，也不必經(jīng)過(guò)勵磁判據的閉鎖。