变压器零序保护及应用

在电力系统中，接地故障是主要的故障形式，所以对中性点直接接地的变压器，要求装设接地保护作为变压器主保护的后备保护和相邻元件接地短路的后备保护。

电力系统接地短路时，零序电流的大小和分布与系统中变压器中性点接地的数目和位置有很大的关系。通常，对于只有一台升压变压器运行的变电所，变压器中性点采用直接接地运行方式；对于有若干台变压器并联运行的变电所，则采用部分变压器中性点直接接地运行的方式。对只有一台升压变压器的情况，通常在变压器上装设普通的零序过电流保护，接于中性点引出线的电流互感器上。

变压器接地短路的保护

变压器的接地保护方式及其整定计算与变压器的类型、中性点接地方式及所连接系统的中性点接地方式密切相关。变压器的接地保护要在时间上和灵敏度上与线路的接地保护配合。

1.中性点直接接地变压器的零序电流保护

中性点直接接地变压器通常采用零序电流保护作为变压器或相邻元件接地故障的后备保护，自耦变压器和三绕组变压器可以选择带零序功率方向的保护，以实现零序电流保护。当零序电流保护的灵敏度不能满足要求时，可以采用接地阻抗保护。

零序电流保护一般采用两段式，每段各带两级延时，如图5−1−14所示，零序电流取自变压器中性点电流互感器的二次侧。零序电流保护Ⅰ段作为变压器及母线接地故障的后备保护，与相邻元件零序电流保护Ⅰ段配合，以较短时延 t1 动作于母线解列，即断开母联断路器或分段断路器QF，以缩小故障影响范围，在另一条母线故障时，使变压器能够继续运行，以较长时延 t 2 = t1+ Δt 跳开变压器两侧断路器。由于母线专用保护有时退出运行，而母线及附近发生短路故障时对电力系统影响比较严重，所以设置零序电流保护Ⅰ段，用以尽快切除母线及其附近故障。零序电流保护Ⅱ段作为引出线接地故障的后备保护，与相邻元件零序电流保护后备段（通常是最后一段）配合，同样以 t 3断开母联断路器或分段断路器，以 t 4 = t 3 + Δt 动作于跳开变压器。

图5−1−14　中性点直接接地变压器的零序电流保护逻辑

1）变电所单台变压器的零序电流保护

图5−1−15　变压器零序电流保护原理（1）

零序电流保护装于变压器中性点接地引出线的电流互感器上，其原理如图5−1−15所示。当变压器出现故障时，电流互感器流出的电 流I0 增大使电流继电器动作，接通时间继电器KT，经时间t 的延时接通信号继电器KS 输出信号，同时中间继电器接通保护动作于跳开变压器两侧的断路器QF1、QF2。

零序电流保护的整定计算如下：

动作电流按与被保护侧母线引出线零序保护后备段在灵敏度上配合的条件进行整定，即

式中 Kph——配合系数，取1.1～1.2；

Kfz——零序电流分支系数，其值为远后备范围内故障时流过本保护与流过引出线零序保护零序电流之比；

——引出线零序电流保护Ⅲ段的动作电流。

灵敏度校验：为满足远后备灵敏度的要求，则

动作时限为

式中 t0′——引出线零序保护Ⅲ段动作时限。

变压器零序电流保护（微课）

2）变电所多台变压器的零序电流保护

当变电所有多台变压器并列运行时，只允许一部分变压器中性点接地。中性点接地的变压器可装设零序电流保护，而不接地运行的变压器不能装设零序电流保护。

当发生接地故障时，变压器接地保护不能辨认接地故障发生在哪一台变压器。若接地故障发生在中性点不接地的变压器，接地保护动作，切除中性点接地的变压器后，则接地故障并未消除，且中性点不接地系统在接地点会产生较大的电弧电流，使系统过电压。同时系统零序电压加大，中性点不接地的变压器的中性点电压升高，其零序过电压可能使变压器中性点绝缘损坏。

为此，变压器的零序保护动作时，首先应切除中性点不接地的变压器。若故障依然存在，则经一个时限阶段Δt 后，再切除中性点接地的变压器，其原理接线如图5−1−16所示。

图5−1−16　变压器的零序保护原理（2）

每台变压器都装有同样的零序电流保护，它由电流元件和电压元件两部分组成。正常时零序电流及零序电压很小，零序电流继电器及零序电压继电器皆不动作，不会发出跳闸脉冲。发生接地故障时，出现零序电流及零序电压，当它们大于起动值后，零序电流继电器及零序电压继电器皆动作。零序电流继电器起动后，常开触点闭合，起动时间继电器KT1。时间继电器的瞬动触点闭合，给小母线A 接通正电源，将正电源送至中性点不接地的变压器的零序电流保护。中性点不接地的变压器零序电流保护的零序电流继电器不会动作，常闭触点闭合。小母线A 的正电源经零序电压继电器的常开触点、零序电流继电器的常闭触点起动，有较短延时的时间继电器KT2 经较短时限首先切除中性点不接地的变压器。若接地故障消失，零序电流消失，则中性点接地变的压器的零序电流保护的零序电流继电器返回，保护复归。若接地故障没有消失，接地点在中性点接地的变压器处，则零序电流继电器不返回，时间继电器KT1 一直在起动状态，经过较长的时延KT1 跳开中性点接地的变压器。

3）零序电流保护的整定计算(www.xing528.com)

动作电流的整定计算。

（1）其与被保护侧母线引出线零序电流Ⅲ段保护在灵敏度上配合，所以

（2）其与中性点不接地的变压器的零序电压元件在灵敏度上配合，以保证零序电压元件的灵敏度高于零序电流元件的灵敏度。设零序电压元件的动作电压为Udz.0，则

零序电流元件的动作电流为

动作电压按躲开正常运行时的最大不平衡零序电压进行整定。根据经验，零序电压继电器的动作电压一般为5 V。当电压互感器的变比为nTV时，电压继电器的一次动作电压为

变压器零序电流保护作为后备保护，其动作时限应比线路零序电流保护Ⅲ段动作时限长一个时限阶段，即

灵敏度按保证远后备灵敏度满足要求进行校验，即

2.中性点可能接地或不接地变压器的接地保护

多台变压器并联运行的变电所，通常采用一部分变压器中性点接地运行，而另一部分变压器中性点不接地运行的方式。这样可以将接地故障电流水平限制在合理范围内，同时使整个电力系统零序电流的大小和分布情况尽量不受运行方式变化的影响，从而保证零序保护有稳定的保护范围和足够的灵敏度。如图5−1−17所示，T2 和T3 中性点接地运行，T1 中性点不接地运行。k2 点发生单相接地故障时，T2 和T3 由零序电流保护动作而被切除，T1 由于无零序电流，仍将带故障运行。此时变为中性点不接地系统单相接地故障的情况，将产生接近额定相电压的零序电压，危及变压器和其他电力设备的绝缘，因此需要装设中性点不接地运行方式下的接地保护将T1 切除。中性点不接地运行方式下的接地保护根据变压器绝缘等级的不同，分别采用不同的保护方案。

图5−1−17　多台变压器并联运行的变电所

3.全绝缘变压器的接地保护

对于全绝缘变压器，由于变压器绕组各处的绝缘水平相同，因此在系统发生接地故障时，中性点直接接地变压器先跳开后，绝缘不会受到威胁，但此时产生的零序过电压会危及其他电力设备的绝缘，需装设零序电压保护将中性点不接地的变压器切除，如图5−1−18所示。零序电压保护作为中性点不接地运行时的接地保护，零序电压取自电压互感器二次侧的开口三角形绕组。零序电压保护的动作电压要躲过部分中性点接地的电网中发生单相接地短路时，保护安装处可能出现的最大零序电压；同时要在发生单相接地且失去接地中性点时有足够的灵敏度。由于零序电压保护是在中性点接地的变压器全部断开后才动作的，因此保护动作时限t 不需要与电网中其他元件的接地保护配合，只需要躲过接地短路暂态过程的影响，通常取03～05 s。

图5−1−18　全绝缘变压器的接地保护原理

4.分级绝缘变压器的接地保护

220 kV 及以上电压等级的大型变压器，为了降低造价，高压绕组采用分级绝缘，中性点绝缘水平比较低，在单相接地故障且失去接地中性点时，其绝缘将受到破坏。因此，在发生接地故障时，应先切除中性点不接地的变压器，再切除中性点接地的变压器。为此可以在变压器中性点装设放电间隙，当放电间隙中的电压超过动作电压时迅速放电，形成中性点对地的短路，从而保护变压器中性点的绝缘。因放电间隙不能长时间通过电流，故在放电间隙中装设零序电流元件，在检测到间隙放电后迅速切除变压器。另外，放电间隙是一种比较粗糙的设施，由于气象条件、连续放电的次数等因素的影响，可能出现该动作而不能动作的情况，故还需要装设零序电流和电压保护，动作于切除变压器，以防放电间隙长时间放电，并作为放电间隙拒绝动作的后备。

习题

变压器故障小测试

变压器瓦斯保护小测试

变压器接地短路后备 保护小测试

变压器纵联差动保护小测试

非电气量小测试

变压器相间短路后备保护小测试