变压器零序方向过流保护

零序方向过流保护小结

变压器高压侧（110kV及以上）及中压侧一般为中性点直接接地系统(又称大接地电流系统),当发生接地短路时,将出现很大的零序电流,对变压器的电气性能产生极大的危害,因此必须配备接地短路保护。变压器单相接地短路的主保护为比率制动式差动或零序差动，同时应装设后备保护，作为变压器高压绕组和相邻元件接地故障的后备。

一、变压器接地后备保护概述

变压器因其绝缘水平和接地方式的不同，所配置的接地短路后备保护也不同。

对于全绝缘变压器，中性点装设接地隔离刀闸和避雷器，隔离刀闸闭合为中性点直接接地方式，隔离刀闸断开为中性点不接地运行方式。中性点直接接地运行时用零序过流保护，中性点不接地运行时用零序过压保护。

对于分级绝缘变压器，若其中性点绝缘水平低，中性点必须直接接地，若其中性点绝缘水平较高，则中性点可以直接接地，也可在系统不失去接地点的情况下不接地运行，其大多装设放电间隙。在220kV 系统中的变压器，他们的中性点仅部分接地，另一部分不接地。当发生接地故障时应先跳开不接地变压器，然后跳开接地变压器。因此，这类变压器接地后备保护的配置需要考虑该变压器中性点在系统中的接地情况。对于中性点未装设放电间隙的分级绝缘变压器，若其中性点直接接地，则用零序过流保护，若其中性点不接地，则用零序联跳保护。对于中性点装设放电间隙的分级绝缘变压器，中性点直接接地运行时用零序过流保护，中性点不接地时用间隙零序保护。

综上所述，中性点直接接地变压器的接地故障后备保护无一例外地采用零序过流保护，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。

二、零序方向过流保护逻辑

零序方向过流保护一般由“零序过流元件”和“零序方向元件”相与构成，如果带零序电压闭锁，则由“零序过流元件”、“零序方向元件”和“零序电压闭锁元件”相与构成。其逻辑图如图1所示。

图1 零序方向过流保护逻辑框图

零序电压闭锁元件的零序电压取自TV开口三角。

零序过流元件的零序电流可以自产，也可取自中性点零序TA。

零序方向元件的方向电压，可以取开口三角电压，也可以取自产，但方向电流必须取自产，而不能取中性点专用零序TA的电流。其原因在于，中性点零序电流对方向没有选择性。

如图2所示系统，变压器T1和T2经过线路L相连，TA0为变压器T1中性点零序TA，TA1为变压器T1端口TA，M1为端口母线。以变压器T1为例，讨论零序方向元件。

零序方向过流保护作为变压器的后备保护，则d1(变压器内部)和d2(线路侧)点分别为正方向和反方向的接地点。对于零序电流正方向的定义，如果三相TA极性端靠近母线，如图5所示，以母线流向变压器为正。无论是正方向还是反方向发生接地短路，接地点零序电压最大，变压器中性点零序电压

最低，零序电流由接地点流向变压器中性点。作单相接地时的零序网络，在图3、4中，U

为接地点的

零序电压，也是保护装置采到的零序电压；I

0为保护装置采到的零序电流；忽略电阻后，X

L

为线路的零

序电抗，X

T1和X

T2

分别为变压器T1和T2的零序电抗。TA0在正反方向接地短路时滤取到的零序电流为

I 01。TA1在正方向接地短路时自产得到的零序电流为I

02

，在反方向接地短路时自产零序电流为I

01

。在

图3中，接地点d1将变压器绕组等效分为aX

T1和(1-a)X

T1

。

图2 发生接地的系统示意图

(a)零序网络 (b)零序电流电压向量图

图3 正方向发生接地时的零序网络示意图

(a)零序网络 (b)零序电流电压向量图

图4 反方向发生接地时的零序网络示意图

由图3，4可得，无论是正方向（d1点）还是反方向（d2点）发生接地故障，流过TA0的零序电

流方向始终为由接地点流向变压器中性点，其方向并不改变。而方向电流由TA1自产时，若正方向发生接地故障，接地点d1零序电压最大，零序源在变压器内部，零序电流的方向由变压器流向母线；若反方向发生接地故障，接地点d2零序电压最大，零序源在变压器外部，零序电流的方向由母线流向变压器；因此，只有自产零序电流，才能区分是正方向还是反方向发生接地故障，才能保证零序方向元件动作的选择性。

零序方向元件的最大灵敏角与接地零序网络有关，零序电压和零序电流按图5所示的极性接线时，当方向指向母线时，最大灵敏角为70˚～85˚，软件固定为70˚；当方向指向变压器时，最大灵敏角为-95˚～-110˚，软件固定为-110˚。

当零序方向元件的方向电压取自产时，如果发生TV断线，则方向电压滤取到一个“虚假”的零序电压，可能导致零序方向元件误动。对这个问题的处理有两种方式：一是将方向电压切换至TV开口三角，二是将零序方向元件退出。前者的处理方式不影响零序方向元件的功能，但要求用户必须正确校验开口三角电压的极性；后者的处理方式不再计及方向，零序方向过流变成单纯的零序过流保护。反正TV断线后必须退出检修，这时电压不起作用，所以退出方向元件是可以接受的。

当零序电流由三相电流自产时，如果发生TA断线，会出现“虚假”的自产零序电流，可能导致零序过流元件误动，所以该保护可选零序电压闭锁。当变压器发生接地故障时，除了产生零序电流，还出现零序电压，但是TA断线时，三相电流自产虽然可以滤取到零序电流，但无零序电压产生。所以零序电压闭锁可以防止因TA断线导致的误动。

零序网络中零序电流的分布，主要取决于线路和中性点接地变压器的零序阻抗，而与电源的数目

。及位置无关。例如，如果图2中变压器T2中性点不接地，则图3中TA1中将不会自产得到零序电流I

02

图5 零序方向元件极性接线图

三、零序方向过流保护的几个定值的说明

零序电流：零序过流定值。

零序电压闭锁选择：是否带零序电压闭锁，选1为带零序电压闭锁，选0为不带零序电压闭锁。

零序电压：零序电压闭锁值。如果零序电压闭锁选择整定为0，则该项定值不起作用，可以不整定。该零序电压取自TV开口三角。

零序电流选择：零序过流元件的零序电流取法，选1为零序电流自产，选0为零序电流取自中性点。

零序电压选择：零序方向元件的方向电压取法，选1为零序电压自产，选0为零序电压取自开口三角。

方向指向变压器(母线)：方向指向的含义是指潮流方向，也即电流的流向。方向指向变压器(母线)，是指电流流向变压器(母线)。