探討變壓器零序過流保護整定計算存在的問題

摘　要：探討了變壓器零序過流保護整定計算中可能出現的零序電流反向問題，分析了其產生機理及其對保護的影響，并在此基礎上對常用的變壓器零序過流保護整定方法進行了改進，計及反向零序電流的影響，滿足保護選擇性的要求，同時將改進后的變壓器零序過流保護整定方法成功運用于開發的變壓器保護整定計算程序中。
關鍵詞：電力系統；變壓器;零序過流保護；零序電流反向

0 引言

　　變壓器接地故障后備保護作為變壓器繞組、引線、相鄰元件接地故障的后備保護，對中性點直接接地的普通變壓器接地保護可由兩段式零序過電流保護構成，若高中壓側均直接接地，高中壓側均應裝設零序方向過電流保護，方向指向本側母線；對中性點可能接地或不接地運行的變壓器，應配置兩種接地保護，一種接地保護用于變壓器中性點接地運行狀態，通常采用2段式零序過流保護，另一種接地保護用于變壓器中性點不接地運行狀態，這種保護的配置與變壓器的中性點絕緣水平、過電壓保護方式以及并聯運行的變壓器臺數有關，多為零序過電壓保護和零序電流電壓保護。因此，零序過電流保護是變壓器接地故障后備保護的主要形式。
　　規程^［1］規定，I段零序過電流保護的動作電流應與被保護側母線上出線的零序保護I段或快速主保護相配合，當有選擇性要求時，應增設零序方向元件。一般情況下，校核動作電流是否能躲過對側母線發生接地故障時流過保護的最大零序電流，以確定是否需要增設零序方向元件。II段零序過電流保護的動作電流應與相鄰線路零序電流保護的后備段配合。
　　但是，實際整定計算在校核對側母線接地故障流過保護的最大零序電流時，往往忽略了反向零序電流的出現及其影響。對于零序方向保護，當發生區外接地故障時，流過保護的零序電流的方向與保護正向相同時，稱該零序電流為反向零序電流，這一現象也相應地稱為零序電流反向。在實際系統中，若變電站具備兩臺及以上的三繞組或自耦變壓器，由于變壓器參數的不一致或接地方式的不一致，可能出現零序電流反向。這時，若保護動作電流無法躲過該反向零序電流，保護將存在誤動的隱患。
　　目前，零序電流反向問題還未給予相應的關注，在相關文獻和資料中少有提及，規程中也未對反向零序電流的處理方法做出明確的規定。因此，本文在分析零序電流反向問題機理的基礎上對變壓器零序過電流保護的一般整定計算方法提出了相應的改進方法，以處理零序電流反向問題，滿足保護選擇性的要求，并已將該改進整定方法運用于開發的變壓器保護整定計算系統中。

1 零序電流反向問題研究

　　零序電流反向按產生機理主要可分為由變壓器接地方式不一致和由變壓器參數不一致引起的兩類，但產生反向零序電流可能是兩者共同作用的結果。下面對兩類問題分別加以分析，并簡要論述零序電流反向對保護的影響。
1.1變壓器接地方式不一致引起的零序電流反向
　　一般規定當變電站的變壓器多于一臺時，應將部分變壓器的中性點接地，以保持變壓器中性點接地數目不變，從而保持零序電流的分布基本不變，因此可能由于變電站內變壓器接地方式的不一致，而導致零序反向電流的出現。

圖1顯示了由于變壓器接地方式不一致而出現反向零序電流的一種典型情況。T₁和T₂為同一變電站內的兩臺三繞組變壓器，按照規定，T₁為Y/Y₀/△接法，T₂為Y₀/Y₀/△接法，T₁的110 kV側零序方向保護B₁為待整定保護。當保護對側母線A上發生接地故障時，零序電流由故障點經T₂和T₁的中、低壓繞組入地，因此將會出現如圖所示的反向零序電流I_rev，該反向零序電流與保護B₁和B₄的動作電流方向相同。
1.2變壓器參數不一致引起的零序電流反向
　　變電站內的多臺三繞組變壓器或自耦變壓器即使在接地方式相同時，也可能由于變壓器參數的不一致而出現反向零序電流。如圖2所示，變電站有三臺三繞組變壓器T_1~T₃并聯運行，其中T₁和T₂為Y₀/Y₀/△接法，T₃為Y/Y₀/△接法，由于歷史的原因T₁和T₂參數不一致，^T₁的110 kV側零序方向保護B₁為待整定保護。

　　當保護對側220 kV母線發生接地故障時，零序網絡如圖3所示，其中y₁為110 kV母線左側系統等效零序導納，y₂為220kV母線右側系統等效零序導納，y_11~y₁₃分別為T₁高、中、低壓繞組的零序導納，y_21~y₂₃分別為T₂高、中、低壓繞組的零序導納，y₃為T₃中、低壓繞組的零序導納。可以證明當滿足式(1)時，將出現如圖2所示的反向零序電流I_rev。

1.3零序電流反向對保護的影響
　　變壓器零序方向保護作為被保護母線上出線接地故障的后備保護，在正常情況下，保護可以躲過對側母線接地故障時流過保護的零序電流或故障電流方向與保護正向相反，故保護不存在誤動的可能性。但是，在零序電流反向時，由于反向零序電流與整定保護及其對側保護方向相同，因此若保護無法躲過該反向零序電流，則當對側母線上出線發生接地故障時，保護存在越級動作的隱患，從而失去后備保護的選擇性。