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【摘要】电力系统中电力变压器作为大量使用的关键设备，其运行的可靠性是整个电力系统安全运行的重要保证。本文针对电网中某些运行方式下出现保护盲区的情况进行分析，得出系统电压无法满足保护动作的要求是出现保护盲区的关键原因。
【关键词】电力系统；变压器；故障分析；继电保护
1.引言
作为电力系统中大量使用的关键设备，电力变压器运行的可靠性是整个电力系统安全运行的重要保证。如果变压器发生故障时，保护装置拒动或者不能在要求时间内快速动作，可能造成变压器不同程度的损坏，甚至烧毁。针对变压器出现的的大部分故障类型，目前都有较完善的保护措施。但在一些特殊运行方式中，由于保护原理的局限性，导致互感器和断路器之间的故障不能得到及时消除，给变压器的正常运行带来较大的危害。为此思考利用低压开关位置作为辅助判据的方法，在适当改变外部接线的情况下，用以消除故障。
2.变压器电气量保护的配置情况
根据《继电保护和安全自动装置技术规程》（DL400-91）要求，变压器除装设必须的气体和差动保护外，对由外部相间短路引起的变压器过电流，应按规定装设复合序电压闭锁的过流保护作为后备保护，并与差动保护范围有一个重叠区，保护动作后，带时限动作于跳闸。变压器电气量保护配置见图1。
2.1 差动保护
2.1.1 二次谐波闭锁原理的差动保护（如PST1200、ISA200、ISA300等）主要涉及到启动元件、差动速断保护元件，谐波制动元件、比率制动元件以及异常判定和其他辅助元件。
a、启动元件包括差流突变量启动元件、差流越限启动元件。当任一差电流突变量连续3次大于启动门坎时，保护启动；差流越限启动元件在差动电流大于差流越限启动门坎并保持5ms后启动，其动作门坎为差动动作定值的80%。
b、差动电流速断保护元件，是为了在变压器区内严重性故障时快速跳开变压器各侧开关。
c、二（五）次谐波制动元件是为了在变压器空投时防止励磁涌流引起差动保护误动，动作判据是差流中二次谐波含量大于二（五）次谐波制动系数乘差动电流。简版PST-1260无五次谐波制动。
d、比率制动元件是为了在变压器区外故障时差动保护有可靠的制动作用，同时在内部故障时有较高的灵敏度。三侧差动判据：差动电流Icdd=丨I1+I2+I3丨≥制动电流Izdd=max（丨I1丨，丨I2丨，丨I3丨），且Izdd≤Izd（差动保护比率制动拐点电流，软件设定为高压侧额定电流值）；或3Izd>Izdd>Izd，Icdd-Icd≥K1（0.5）×（Izdd-Izd）；或Izdd>3Izd，Icdd-Icd-K1×2Izd≥K2（0.7）×（Izdd-3Izd）
e、TA回路异常判别元件是为了在正常运行时判别TA回路状况，发现异常发告警信號，并可由控制字投退来决定是否闭锁差动保护。
f、变压器各侧电流相位补偿元件。变压器各侧电流互感器采用星形接线，二次电流直接接入本装置；电流互感器各侧的极性以母线侧为极性端，变压器各侧TV二次电流相位由软件调整。对于Y0/△-11接线，校正方法：Ia=（IA-IB）/√3。
g、过负荷监测元件监测变压器各侧三相电流。
h、过负荷启动冷却器反应变压器负荷情况，监测变压器高压侧三相电流。
i、过负荷闭锁调压反应变压器的负荷情况，监测变压器高压侧三相电流。
2.1.2 波形对称原理差动保护。与谐波制动原理区别仅在于二次谐波制动，本元件采用波形对称算法，将变压器空载合闸时产生的励磁涌流与故障电流分开。当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时，本保护能瞬时动作。（如PST1200等）差动保护的保护范围是差动二次电流回路互感器之间的所有设备，当其内部发生故障时瞬时跳开主变高、低压侧断路器。高、低压侧后备保护为差动保护的后备和母线故障的保护，为保证选择性，动作后延时跳开相应的断路器。当主变投产或检修复役时，为快速切除主变故障，按照运行操作的规定，必须投上主变差动保护和高、低压侧后备保护压板，将其投入运行。
2.2 后备保护
工作中，由于主变阻抗较大，在主变低压侧故障时，高压侧电压往往变化较少，导致不能有效开放电压闭锁功能，为保证故障时的动作灵敏度，在实际应用中采用高、低压侧复合序电压并联开放的方法，来保证低压侧故障时能可靠动作，即同时采用高、低压侧的电压，任何一侧复合序电压动作都能开放闭锁回路。其高压侧保护原理如图2所示，低压侧保护原理如图3所示。
2.2.1 复合。电压闭锁（方向）过流保护，反应相间短路故障，可作为变压器后备保护。交流回路采用90°接线，本侧TV断线时，本保护的方向元件退出。TV断线后若电压恢复正常，本保护也随之恢复正常。
a、复合电压元件电压取自本侧的TV或变压器各侧TV，动作判据为：min（Uab，Ubc，Uca）Ufx负序电压定值。
b、功率方向元件，电压电流取自本侧TV和TA。
c、过流元件，电流取自本侧TA。
2.2.2 零序（方向）过流保护，反应单项接地故障，可作为变压器的后备保护。交流采用0°接线，电压电流取自本侧的TV和TA。TV断线时，本保护的方向元件退出。TV断线若电压恢复正常，本保护也随之恢复正常。
2.2.3 间隙零序保护，反应变压器间隙电压和间隙击穿的零序电流，零序电压取自本侧零序。
2.3 非电量保护
非电量保护完全独立于电气保护，仅反应变压器本体开关量输入信号，驱动相应的出口继电器和信号继电器，为本体保护提供跳闸功能和信号指示。保护包括：本体重瓦斯、调压重瓦斯、压力释放1，压力施放2、本体轻瓦斯、冷却器故障、油温高、本体油位异常、风冷消失、绕组温度高、调压油位异常。
3.主变保护故障的产生
3.1 变压器操作中出现的故障 在实际工作中，变压器检修复役的操作过程是在低压侧断路器断开的基础上，合上高压侧断路器冲击主变，当主变冲击正常后合上低压侧断路器送出负荷。如果冲击主变时，低压侧断路器和电流互感器之间发生短路故障（如地刀没有拉开，检修工具遗漏等），差动保护将无法动作，而高压侧后备保护所取的高压侧母线电压由于主变阻抗较大无法动作开放，低压侧母线由于电压正常也不能通过并联启动回路开放高压侧过流保护，将导致其不能快速的切除故障，引起主变烧毁损坏。此处即为主变保护的盲区，如图4所示。
3.2 变压器运行过程中出现的故障
在变压器运行过程中，如低压侧断路器和电流互感器之间发生故障，变压器低压侧保护将在低压侧母线电压降低和电流增大的情况下以较短时延动作跳开主变低压侧断路器，使得低压侧母线电压恢复正常。但此时故障点并没有隔离，短路电流由高压侧母线通过主变继续输送到故障点，虽然高压侧故障电流较大，但高压侧电压由于主变阻抗较大而无法可靠动作开放，同样导致其不能快速的切除故障，造成保护盲区。
4.消除主变故障的继电保护方法
4.1 高压侧后备保护动作逻辑改进方法
在两圈变压器主变高压后备保护中，增加一与门电路，其动作逻辑为：当低压侧断路器断开，并且高压侧电流大于规定值时，按规定时间跳高压侧断路器，其逻辑辑电路如图5所示。
在三圈变压器主变高压后备保护中，设置一与或门电路，其动作逻辑为：当低压侧断路器或中压侧断路器断开，并且高压侧电流大于规定值时，按规定时间跳高、中、低压三侧断路器。其中压侧故障示意如图6所示，逻辑电路如图7所示。
4.2 中低压侧后备保护动作逻辑改进方法
在两圈变压器主变低压后备保护中，设置一与门电路，其动作逻辑为：当低压侧断路器断开，并且低壓侧电流大于规定值时，按规定时间跳高压侧断路器。逻辑电路如图8所示。
在三圈变压器主变中（低）压后备保护中，设置有一与门电路，其动作逻辑为：当中（低）压侧断路器断开，并且中（低）压侧电流大于规定值时，按规定时间跳高、中（低）压侧断路器。逻辑电路如图9所示。
上述两种方法利用中、低压侧断路器位置和相应侧电流的大小能够有效的判别中、低压断路器和电流互感器之间的故障，避免发生因此处短路故障而导致主变损坏的情况。
4.3 实际应用中需要考虑的问题和应对措施
在实际应用中，由于运行方式的不同，会引起保护装置的误判断，为此需要实施针对性的措施。在两圈变中，当低压侧开关断路器处冷备用或检修，而高压侧断路器和主变运行时，为防止低压侧断路器位置变化引起高压侧保护频繁启动，应设置一块低压侧断路器位置输入压板（如图10所示），在此时应断开以避免干扰。当低压侧开关热备用和运行后则要及时放上此压板。在三圈变中，除了有两圈变同样的问题外，还需要考虑高、中（低）压侧断路器运行而低（中）压侧断路器热备用的情况下，可能会发生中（低）压侧线路短路引起高压侧保护过流启动，在低（中）压侧断路器断开位置下动作跳开高、中（低）压侧断路器的情况，因此需要注意动作时限的配合。对三圈变建议采用改变中（低）压侧保护逻辑和接线的方法，以避免出现这种情况。
5.结语
多年来，主变的运行安全一直受到高度的重视，许多专家和专业人员对主变内部故障机理进行了多方面、多层次的研究。但主变的外部故障同样会带来较大的损害，因此需要考虑在各种运行条件下故障的可能性和保护的动作情况，发现可能存在的问题，并及时的处理和解决。
参考文献
[1]国家电力调度中心.电力系统继电保护典型故障分析[M].北京：中国电力出版社，2001.
[2]王世阁，钟洪壁.电力变压器故障分析与技术改进[M].北京：中国电力出版社，2004.
【关键词】电力系统；变压器；故障分析；继电保护
1.引言
作为电力系统中大量使用的关键设备，电力变压器运行的可靠性是整个电力系统安全运行的重要保证。如果变压器发生故障时，保护装置拒动或者不能在要求时间内快速动作，可能造成变压器不同程度的损坏，甚至烧毁。针对变压器出现的的大部分故障类型，目前都有较完善的保护措施。但在一些特殊运行方式中，由于保护原理的局限性，导致互感器和断路器之间的故障不能得到及时消除，给变压器的正常运行带来较大的危害。为此思考利用低压开关位置作为辅助判据的方法，在适当改变外部接线的情况下，用以消除故障。
2.变压器电气量保护的配置情况
根据《继电保护和安全自动装置技术规程》（DL400-91）要求，变压器除装设必须的气体和差动保护外，对由外部相间短路引起的变压器过电流，应按规定装设复合序电压闭锁的过流保护作为后备保护，并与差动保护范围有一个重叠区，保护动作后，带时限动作于跳闸。变压器电气量保护配置见图1。
2.1 差动保护
2.1.1 二次谐波闭锁原理的差动保护（如PST1200、ISA200、ISA300等）主要涉及到启动元件、差动速断保护元件，谐波制动元件、比率制动元件以及异常判定和其他辅助元件。
a、启动元件包括差流突变量启动元件、差流越限启动元件。当任一差电流突变量连续3次大于启动门坎时，保护启动；差流越限启动元件在差动电流大于差流越限启动门坎并保持5ms后启动，其动作门坎为差动动作定值的80%。
b、差动电流速断保护元件，是为了在变压器区内严重性故障时快速跳开变压器各侧开关。
c、二（五）次谐波制动元件是为了在变压器空投时防止励磁涌流引起差动保护误动，动作判据是差流中二次谐波含量大于二（五）次谐波制动系数乘差动电流。简版PST-1260无五次谐波制动。
d、比率制动元件是为了在变压器区外故障时差动保护有可靠的制动作用，同时在内部故障时有较高的灵敏度。三侧差动判据：差动电流Icdd=丨I1+I2+I3丨≥制动电流Izdd=max（丨I1丨，丨I2丨，丨I3丨），且Izdd≤Izd（差动保护比率制动拐点电流，软件设定为高压侧额定电流值）；或3Izd>Izdd>Izd，Icdd-Icd≥K1（0.5）×（Izdd-Izd）；或Izdd>3Izd，Icdd-Icd-K1×2Izd≥K2（0.7）×（Izdd-3Izd）
e、TA回路异常判别元件是为了在正常运行时判别TA回路状况，发现异常发告警信號，并可由控制字投退来决定是否闭锁差动保护。
f、变压器各侧电流相位补偿元件。变压器各侧电流互感器采用星形接线，二次电流直接接入本装置；电流互感器各侧的极性以母线侧为极性端，变压器各侧TV二次电流相位由软件调整。对于Y0/△-11接线，校正方法：Ia=（IA-IB）/√3。
g、过负荷监测元件监测变压器各侧三相电流。
h、过负荷启动冷却器反应变压器负荷情况，监测变压器高压侧三相电流。
i、过负荷闭锁调压反应变压器的负荷情况，监测变压器高压侧三相电流。
2.1.2 波形对称原理差动保护。与谐波制动原理区别仅在于二次谐波制动，本元件采用波形对称算法，将变压器空载合闸时产生的励磁涌流与故障电流分开。当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时，本保护能瞬时动作。（如PST1200等）差动保护的保护范围是差动二次电流回路互感器之间的所有设备，当其内部发生故障时瞬时跳开主变高、低压侧断路器。高、低压侧后备保护为差动保护的后备和母线故障的保护，为保证选择性，动作后延时跳开相应的断路器。当主变投产或检修复役时，为快速切除主变故障，按照运行操作的规定，必须投上主变差动保护和高、低压侧后备保护压板，将其投入运行。
2.2 后备保护
工作中，由于主变阻抗较大，在主变低压侧故障时，高压侧电压往往变化较少，导致不能有效开放电压闭锁功能，为保证故障时的动作灵敏度，在实际应用中采用高、低压侧复合序电压并联开放的方法，来保证低压侧故障时能可靠动作，即同时采用高、低压侧的电压，任何一侧复合序电压动作都能开放闭锁回路。其高压侧保护原理如图2所示，低压侧保护原理如图3所示。
2.2.1 复合。电压闭锁（方向）过流保护，反应相间短路故障，可作为变压器后备保护。交流回路采用90°接线，本侧TV断线时，本保护的方向元件退出。TV断线后若电压恢复正常，本保护也随之恢复正常。
a、复合电压元件电压取自本侧的TV或变压器各侧TV，动作判据为：min（Uab，Ubc，Uca）
b、功率方向元件，电压电流取自本侧TV和TA。
c、过流元件，电流取自本侧TA。
2.2.2 零序（方向）过流保护，反应单项接地故障，可作为变压器的后备保护。交流采用0°接线，电压电流取自本侧的TV和TA。TV断线时，本保护的方向元件退出。TV断线若电压恢复正常，本保护也随之恢复正常。
2.2.3 间隙零序保护，反应变压器间隙电压和间隙击穿的零序电流，零序电压取自本侧零序。
2.3 非电量保护
非电量保护完全独立于电气保护，仅反应变压器本体开关量输入信号，驱动相应的出口继电器和信号继电器，为本体保护提供跳闸功能和信号指示。保护包括：本体重瓦斯、调压重瓦斯、压力释放1，压力施放2、本体轻瓦斯、冷却器故障、油温高、本体油位异常、风冷消失、绕组温度高、调压油位异常。
3.主变保护故障的产生
3.1 变压器操作中出现的故障 在实际工作中，变压器检修复役的操作过程是在低压侧断路器断开的基础上，合上高压侧断路器冲击主变，当主变冲击正常后合上低压侧断路器送出负荷。如果冲击主变时，低压侧断路器和电流互感器之间发生短路故障（如地刀没有拉开，检修工具遗漏等），差动保护将无法动作，而高压侧后备保护所取的高压侧母线电压由于主变阻抗较大无法动作开放，低压侧母线由于电压正常也不能通过并联启动回路开放高压侧过流保护，将导致其不能快速的切除故障，引起主变烧毁损坏。此处即为主变保护的盲区，如图4所示。
3.2 变压器运行过程中出现的故障
在变压器运行过程中，如低压侧断路器和电流互感器之间发生故障，变压器低压侧保护将在低压侧母线电压降低和电流增大的情况下以较短时延动作跳开主变低压侧断路器，使得低压侧母线电压恢复正常。但此时故障点并没有隔离，短路电流由高压侧母线通过主变继续输送到故障点，虽然高压侧故障电流较大，但高压侧电压由于主变阻抗较大而无法可靠动作开放，同样导致其不能快速的切除故障，造成保护盲区。
4.消除主变故障的继电保护方法
4.1 高压侧后备保护动作逻辑改进方法
在两圈变压器主变高压后备保护中，增加一与门电路，其动作逻辑为：当低压侧断路器断开，并且高压侧电流大于规定值时，按规定时间跳高压侧断路器，其逻辑辑电路如图5所示。
在三圈变压器主变高压后备保护中，设置一与或门电路，其动作逻辑为：当低压侧断路器或中压侧断路器断开，并且高压侧电流大于规定值时，按规定时间跳高、中、低压三侧断路器。其中压侧故障示意如图6所示，逻辑电路如图7所示。
4.2 中低压侧后备保护动作逻辑改进方法
在两圈变压器主变低压后备保护中，设置一与门电路，其动作逻辑为：当低压侧断路器断开，并且低壓侧电流大于规定值时，按规定时间跳高压侧断路器。逻辑电路如图8所示。
在三圈变压器主变中（低）压后备保护中，设置有一与门电路，其动作逻辑为：当中（低）压侧断路器断开，并且中（低）压侧电流大于规定值时，按规定时间跳高、中（低）压侧断路器。逻辑电路如图9所示。
上述两种方法利用中、低压侧断路器位置和相应侧电流的大小能够有效的判别中、低压断路器和电流互感器之间的故障，避免发生因此处短路故障而导致主变损坏的情况。
4.3 实际应用中需要考虑的问题和应对措施
在实际应用中，由于运行方式的不同，会引起保护装置的误判断，为此需要实施针对性的措施。在两圈变中，当低压侧开关断路器处冷备用或检修，而高压侧断路器和主变运行时，为防止低压侧断路器位置变化引起高压侧保护频繁启动，应设置一块低压侧断路器位置输入压板（如图10所示），在此时应断开以避免干扰。当低压侧开关热备用和运行后则要及时放上此压板。在三圈变中，除了有两圈变同样的问题外，还需要考虑高、中（低）压侧断路器运行而低（中）压侧断路器热备用的情况下，可能会发生中（低）压侧线路短路引起高压侧保护过流启动，在低（中）压侧断路器断开位置下动作跳开高、中（低）压侧断路器的情况，因此需要注意动作时限的配合。对三圈变建议采用改变中（低）压侧保护逻辑和接线的方法，以避免出现这种情况。
5.结语
多年来，主变的运行安全一直受到高度的重视，许多专家和专业人员对主变内部故障机理进行了多方面、多层次的研究。但主变的外部故障同样会带来较大的损害，因此需要考虑在各种运行条件下故障的可能性和保护的动作情况，发现可能存在的问题，并及时的处理和解决。
参考文献
[1]国家电力调度中心.电力系统继电保护典型故障分析[M].北京：中国电力出版社，2001.
[2]王世阁，钟洪壁.电力变压器故障分析与技术改进[M].北京：中国电力出版社，2004.