变压器保护技术及实现方案

（一）变压器差动保护（主变、厂高变、启备变）

比率制动式差动保护是变压器（主变、厂高变、启备变）的主保护，能反映变压器内部相间短路故障、高压侧单相接地短路及匝间层间短路故障。保护能正确区分励磁涌流、过激磁故障。

保护采取自适应提高定值的方式，防止外部故障时由于CT饱和引起差动误动，当差动电流中的三次谐波与基波的比值大于某一定值时，自动提高比率制动差动的动作值，同时改变比率制动系数和最小制动电流，进一步提高保护的可靠性。

图3-20 电压回路断线逻辑框图

差动动作方程为

式中 I_op——差动电流；

I_op.0——差动最小动作电流整定值；

I_res——制动电流；

I_res.0——最小制动电流整定值；

S——比率制动特性斜率；

I_n——基准侧CT的额定二次电流，3≤n≤6，各侧电流的方向都以指向变压器为正方向。

对于两侧差动和制动电流方程为

差动电流：

制动电流：

式中，1，2，…，分别为变压器各侧CT二次侧的电流。

励磁涌流判别：

保护提供两种励磁涌流识别判据，可根据需要由控制字进行选用，当控制字设为“1”时，励磁涌流判据为波形畸变判据；当控制字设为“0”时，励磁涌流判据为二次谐波判据，惠州LNG电厂目前使用二次谐波判据。

CT断线判据：

当任一相差动电流大于0.15倍的额定电流时起动CT断线判别程序，满足下列条件认为CT断线：①本侧三相电流中至少一相电流不变；②最大相电流小于1.2倍的额定电流；③本侧三相电流中至少有一相电流为零。

由于启备变采用不同生产厂商的保护装置，差动保护的基本原理相同，在此不再赘述。

保护逻辑框图见图3-21。

图3-21 变压器差动保护逻辑框图

（二）主变压器阻抗保护

作为变压器引线、母线及相邻线路相间故障的后备保护，主变阻抗保护可实现偏移阻抗、全阻抗或方向阻抗特性。保护可以配置成多段多时限，每段的每个时限都独立为一个保护。阻抗保护采用线电压及相电流之差的0°接线方式，即和、和、和分别组成3个阻抗元件以“或”门输出。当A、B、C三相电流中任一相电流大于起动电流整定值时，开放阻抗保护。为防止PT断线时误动作，增设PT断线闭锁判据。低阻抗保护不设置振荡闭锁判据，因为其动作阻抗很小，它本身已有0.5s或1s的延时，足以躲开振荡。阻抗判据动作方程为

式中 U_J——线电压；

I_J——与线电压相对应的相电流之差；

Z_op——整定阻抗；

α——偏移因子，即灵敏角下反向偏移阻抗与整定阻抗之比。

保护逻辑框图见图3-22。

（三）主变压器过激磁保护

参照发电机定子过激磁保护。

（四）变压器高压侧零序过电流保护（主变、厂高变、启备变）

零序过电流保护作为变压器或相邻元件接地故障的后备保护。在此以主变高压侧零序过电流保护为例，保护分两段，每段两时限。第一段第一时限跳母联断路器，第一段第二时限全停发电机组；第二段第一时限跳母联断路器，第二段第二时限全停发电机组。

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图3-22 主变高压侧阻抗保护逻辑框图

保护逻辑框图见图3-23。

图3-23 主变高压侧零序过电流保护逻辑框图

（五）主变压器高压侧间隙电流零序过电压保护

由于220kV系统运行方式为仅一台主变压器中性点直接接地，其他两台主变压器中性点接地隔离开关断开，该保护适用于中性点不接地的主变压器。保护利用接于变压器高压母线PT的开口三角来反映3U₀。

保护由主变中性点间隙过电流元件与零序过电压元件组成“或”门输出，经短延时跳闸，作为变压器中性点不接地运行时单相接地故障的后备保护，其保护功能等同于零序过电压保护，当零序过电压间隙被击穿时，间隙零序过电流元件动作，经短延时跳闸。

保护逻辑框图见图3-24。

图3-24 主变间隙零序过电压保护逻辑框图

（六）主变压器低压侧接地保护

主变低压侧接地保护采用零序电压3U₀作为判据，零序电压取自主变低压侧PT，保护动作于发信。

保护逻辑框图见图3-25。

图3-25 主变低压侧接地保护逻辑框图

（七）变压器复合电压过电流保护（厂高变、启备变）

复合电压过电流保护作为变压器或相邻元件的后备保护。保护取变压器低压侧和高压侧电流，经复合电压（低电压或负序电压）闭锁出口。

启备变保护原理相似，在此不再赘述。

以厂高变为例，复合电压过电流保护的电压信号取自6kV母线PT电压回路，电流信号取自厂高变高压侧CT，该保护由复合电压元件和过电流元件“与”构成。保护动作于机组跳闸、主变高压侧断路器跳闸、厂高变低压侧断路器跳闸。

保护逻辑框图见图3-26。

图3-26 复合电压过电流保护逻辑框图

（八）变压器低压侧限时速断保护（厂高变、启备变）

厂高变、启备变低压侧限时速断保护作为变压器低压侧引出线和6kV厂用母线相间短路故障的保护。该保护的电流信号取自变压器低压侧CT，由过电流元件加延时构成。当任一相电流大于速断整定值时动作，跳开变压器低压侧断路器，并闭锁厂用快切装置。

保护逻辑框图见图3-27。

图3-27 低压侧限时速断保护逻辑框图

（九）励磁变保护

励磁变保护设置有速断保护、过电流保护和过载保护。当励磁变任一相电流大于速断整定值时速断保护动作。过电流保护作为励磁变的后备保护，同样动作于跳闸。过载保护反应励磁变绕组的平均发热情况，保护动作于发信。

保护逻辑框图见图3-28。

图3-28 励磁变保护逻辑框图

（十）变压器非电气量保护

变压器非电气量保护包括：重瓦斯、轻瓦斯、压力释放、冷却器全停、油温保护、绕组温度保护和油位保护等。发变组保护装置和启备变保护装置均实现了电气量保护与非电气量保护的彻底分离，由专门的非电气量保护装置来完成非电气量保护。以发变组的非电气量保护为例，不需要延时跳闸的非电气量通过压板直接去跳闸，需要延时跳闸的非电气量通过CPU延时后，由CPU发出跳闸信号。非电气量保护动作后，装置自动打印动作信息且可通过通信将信息传至监控系统。

保护逻辑框图见图3-29。

图3-29 发变组非电气量保护逻辑框图