变压器接地保护

第三节 变压器接地短路后备保护

1.概述

变压器高压(110KV 及以上)侧单相接地短路应装设后备保护，作为变压器高压绕组和相

邻元件接地故障主保护的后备。

220KV 及以上的大型变压器，高压绕组均为分级绝缘，其中性点绝缘水平有两种类型：

一类绝缘水平很低，例如500KV 系统的中性点绝缘水平为38KV 的变压器，中性点必须直

接接地运行；另一类绝缘水平较高，例如220KV 变压器的中性点绝缘水平为110KV ，其中

性点可直接接地，也可在系统中不失去接地点的情况下不接地运行。当系统发生接地短路时，

变压器中性点就将承受中性点对地电压。为了限制系统接地故障的短路容量和零序电流水

平，也为了接地保护本身的需要，有必要将220KV 变压器的部分中性点不接地运行。

1.1 中性点直接接地的变压器

接地短路的后备保护毫无例外地采用零序过电流保护，对高中压侧中性点均直接接地

的自耦变和三绕组变压器，当有选择性要求时，应增设零序方向元件。

1.2 中性点可能接地也可能不接地的变压器

1.2.1 分级绝缘变压器

对于220KV 系统的变压器，它们的中性点仅部分直接接地，另一部分变压器中性点不

接地运行。对这类变压器的接地后备保护，动作后应首先跳开有关的不接地变压器，然后再

跳开直接接地的变压器，目的是防止中性点不接地系统发生接地短路时，故障点的间歇性弧

光过电压可能危及电气设备的安全。即使采取了上述保护方式，任不能认为变压器没有间歇

性弧光过电压问题。要解决这一问题，往往很麻烦和很困难。

对于部分中性点直接接地的系统，接地故障后备保护首先跳开中性点不接地的变压器

有可能造成全厂(站)所有变压器全部被切，后果严重。

1.2.2 全绝缘变压器

这种变压器在中性点直接接地时用零序过流保护，在中性点不接地时用零序过电压保

护。后者动作电压按中性点部分接地电网中发生单相接地故障时保护安装处可能出现的最大

零序电压整定。所以它只在有关的中性点接地变压器已切断后才可能动作。它的动作时间一

般可取0.5s 短时限，为的是避越接地故障暂态过程的影响。

1.2.3 中性点装设放电间隙及相应保护

这种变压器的中性点直接接地运行，也可能不接地运行。在中性点不接地运行时，中

性点放电间隙起过电压保护保护作用，例如220KV 变压器，中性点绝缘为110KV 等级，当

中性点对地电压超过110KV 时，放电间隙击穿，形成零序电流通路，利用接在放电间隙回

路的零序过流保护，切除改变压器。

当电力系统中发生故障后，断路器有非全相跳、合闸的情况。设系统Ⅰ中性点接地运

行；系统Ⅱ的中性点不接地运行，并与地之间有一台避雷器FJ －110J 。如连接系统Ⅰ和Ⅱ的

断路器之断开两相，而第三相仍连接在一起，那么，系统Ⅰ和Ⅱ将失步。当其电压向量转到

图1所示的位置时，在变压器Ⅱ中性点与地之间的电压，将为ph U 2，其中ph U 为最高运行

相电压。若ph U ＝3242KV ，则ph U 2＝279KV ，大于FJ －110J 的工频放电电压224～

268KV ，因而避雷器将放电，并导致爆炸事故。同时ph U 2也超过了中性点1min 工频耐压

200KV 。

对于上述故障，零序过电压保护往往不能起到保护作用。为此，在变压器中性点装设

放电间隙作为过电压保护，并要求当出现危及变压器中性点绝缘的冲击电压或工频过电压

时，间隙应可靠动作。但在正常存在接地中性点的情况下发生单相接地故障时，间隙不应当

动作。这一方面是因为此时中性点的电压在允许范围内，另一方面也是因为避免间隙频繁放

电。放电间隙一般采用比较简单的棒－棒间隙。

2 原理及其微机实现

2.1 四方

2.1.1 变压器零序电流保护

2.1.1.1 保护原理

该保护反应变压器零序电流大小，保护接地故障。变压器零序电流保护适合于中性点直

接接地的变压器，保护测量变压器中性点电流。

2.1.1.2 逻辑框图

保护设有两段，每段有两个时限，时限1动作于跳母联断路器，时限2动作于发变组

保护的全停出口。该保护的逻辑框图如图2所示。

图2变压器零序电流保护逻辑图

2.1.1.3 整定内容

（1）零序电流保护I 段定值01I

（2）零序电流保护II 段定值02I

（3）零序I 段保护跳母联时间元件1t

（4）零序I 段保护驱动全停时间元件2t

（5）零序II 段保护跳母联时间元件3t

（6）零序II 段保护驱动全停时间元件4t

2.1.1.4 保护的整定计算

（1）I 段零序电流元件的动作电流：应与相邻线路零序过电流第I 段或第II 段或快速

主保护相配合。

11..101o op br rel I K K I ⋅⋅=

全停

式中：rel K －可靠系数，取1.1；

1br K －零序电流分支系数，其值等于线路零序过电流I 段保护区末端发生接地短路

时，流过本保护的零序电流与流过线路的零序电流之比，取各种运行方式的

最大值；

11..o op I －与之配合的线路保护相关段动作电流。

110kV 及220kV 变压器I 段零序过电流保护以t t t ∆+=01（0t 为线路保护配合段的动作时间）断开母联或分段断路器；以按系统配合要求整定的延时2t 断开变压器各侧断路器。330kV 及500kV 变压器高压侧I 段零序过电流保护只设一个时限，即t t t ∆+=01，断开变压器本侧断路器。

（2）II 段零序过电流继电器的动作时间应与相邻线路零序过电流保护的后备段相配

合。

12..202o op br rel I K K I ⋅⋅= （3-19-2）

式中：rel K －可靠系数，取1.1；

2br K －零序电流分支系数，线路零序过电流保护后备段保护范围末端发生接地故

障，流过本保护的零序电流与流过线路的零序电流之比，取各种运行方式的

最大值；

12..o op I －与之配合的线路保护后备段的动作电流。

110kV 及220kV 变压器I 段零序过电流保护以t t t ∆+=max 13断开母联或分段断路器，m ax 1t 为线路零序过电流保护后备段或接地距离保护后备段的动作时间；以t t t ∆+=34断开变压器各侧断路器。330kV 及500kV 变压器高压侧II 段零序过电流保护只设一个时限，即t t t ∆+=max 13，断开变压器本侧断路器。

II 段零序过电流保护必须满足母线接地故障5.1≥sen K 的要求，为此动作电流可不与线路接地距离后备段的动作阻抗相配合，但在时间上必须互相配合。

2.2 南自厂

2.2.1 变压器零序电流保护

2.2.1.1 保护原理