摘要：近年来，我国的用电量不断增加，智能变电站建设越来越多。针对智能变电站变压器保护装置的保护问题，文章对装置的使用范围，主保护和后备保护做了详细的原理实现与逻辑展示。并且以比率差动保护的实验数据进行了实验，结果证明了该方案的可行性和有效性。
关键词：智能变电站；变压器保护；差动保护
引言
智能即为人性化，是通过对人类意识和思维过程的模拟，达到像人类在调节一样的效果。在人工智能发展的大环境下，智能变电站得到了越来越广泛的应用，与人们的生活生产息息相关。继电保护系统是在智能变电站发生故障或异常时，自动切除故障设备或通知人员对故障进行消除的系统，保障着电力系统的稳定运行。
1智能变电站的概念
智能变电站中应用了很多数字化的网络技术，数字化技术保证了网络信息的顺畅度，在保证设备智能化水平的同时，可以发挥网络信息的应用优点，对变电系统中的配电装置进行统一控制。智能变电站的显著特征就是一次智能化和二次网络化，这类运营方式降低了变电站的运营成本，提升了变电站的送电效率。智能变电站在应用过程中也通过智能化的工作管理方式，克服了过去变电站中互感器的饱和问题。智能变电站改变了光缆的应用方式，解决了过去存在的交直流串扰等电磁兼容问题。在智能变电站被应用过程中，继电保护装置改善了传统的变电环境，提升了带电力系统的稳定性。智能变电站的组成结构大致分为三部分，分别是变电过程层、变电间隔层、变电站控层。变电间隔层和变电站控层在对电力数据进行控制时，可以达成数据共享，优化变电站的信息处理功能，过程层在变电站中起着过度的作用，在被应用过程中，保持变电站稳定性。而智能变电站中的继电保护装置就是维护变电站的稳定性，保证智能变电中电力装置的运维安全。
2装置适用范围
设计与实现适用于110kV及以下电压等级的两圈、三圈电力变压器，装置分为主后保护一体或者主后保护分开两种配置方式，适用于智能变电站。该保护装置含差动保护和各侧后备保护一体；支持高压侧IH1、高桥侧IH2、中压侧IM、低压侧1分支IL1、低压侧2分支IL2五侧电流差动保护。高压侧后备保护电流固定取高压侧IH1、高桥侧IH2的和电流，零序电流，零序电压均可经控制字投退决定自产或外接。中压侧、低压侧1分支、低压侧2分支后备保护固定取各侧保护电流，零序电压固定自产。
3主保护
3.1差动保护原理
变压器差动保护由启动元件，二次谐波制动元件，波形对称元件，比率制动元件，差动速断保护元件，CT断线判别元件，差流越限元件构成。
3.2启动元件
保护启动元件用于开放保护跳闸出口继电器的电源及启动该保护故障处理程序。启动元件包括差流突变量启动元件、差流越限启动元件。任一启动元件动作则保护启动。
3.3差动速断保护元件
本元件是为了在变压器区内严重性故障时快速跳开变压器各侧开关，其动作判据为：
其中：Id为变压器差动电流；Isd为差动速断电流定值。差动速断保护需要在纵差差动速断和纵差差动保护控制字同时置1时才投入。
3.4比率差动保护元件
3.4.1参数计算
CT接线方式：变压器各侧CT均采用星型接线方式，CT二次电流接入到本装置，电流互感器各侧的极性都以母线侧为极性端。装置额定电流Ie计算：
其中，Sn为变压器容量（MVA）；UH为高压侧额定值（KV）；TA1H为高压侧CT一次值（A）；TA2为高压侧CT二次值（A）。
3.4.2差动电流及制动电流计算差动电流：
差动电流：
制动电流：
式中差动电流是各侧电流经过相位补偿和平衡系数折算过后的各相电流代数和，制动电流则选取各侧经过相位补偿和平衡系数折算过后的最大相电流。
3.4.3比率差动动作判据
比率差动保护采用三段折线动作特性，其动作特性区间如图1所示。比率差动是为了在变压器区外故障时差动保护有可靠的制动作用，同时在内部故障时有较高的灵敏度，其动作判据为：
式中Id为差动电流，Icd为差动保护启动定值，Ie为变压器额定电流，Iz为制动电流，K1（固定为0.5）、K2（固定为0.7）分别为第Ⅱ段折线和第Ⅲ段折线的斜率。比率差动保护处于特性曲线动作区，同时经过励磁涌流判别方可出口。
2.4.4励磁涌流闭锁原理
装置提供两种励磁涌流识别方式，当“二次谐波制动”控制字整定为1时，采用二次谐波原理闭锁，整定为0时采用波形对称原理闭锁。
3后备保护
3.1复压闭锁（方向）过流保护
复压方向过流保护反应相间短路故障，作为变压器的后备保护，复压方向过流保护由复压元件、功率方向元件、过流元件三者构成，复压元件和功率方向元件可经各自相关控制字选择投入或者退出，功率方向元件的指向可由控制字选择指向变压器或者母线。
3.2零序方向过流保护
3.2.1零序过流元件
动作判据为： 
其中，I0set为零序过流的电流定值；3I0为零序电流，高压侧、中压侧可通过控制字选择取本侧零序CT或软件自产，低压侧分支及低压侧中性点零序保护均固定自产。
3.2.2方向元件
当方向指向指向变压器时，灵敏角255°；指向母线（系统）时，灵敏角75°。其动作特性如图2所示。其中，中压侧、低压侧分支和低压侧中性点零序保护不带方向，高压侧零序保护Ⅰ段Ⅱ段可通过控制字选择是否带方向，高压侧PT断线或电压退出后，高压侧零序过流保护退出方向元件；Ⅲ段也不带方向。
图2 方向元件动作特性
3.3间隙保护 （下转第115页）
（1）间隙零序过压元件，动作判据为3U0>U0set。其中，3U0为零序电压，可经控制字选择取外接零序PT或自产；U0set为零序过压的电压定值。（2）间隙过流元件，动作判据为Ijx>Ijxset或3U0>U0set。其中，Ijx为间隙零序电流，取自本侧中性点间隙CT；Ijxset为间隙零序过流的电流定值。
3.4高压侧失灵联跳变压器保护
变压器高压侧断路器失灵保护动作开入后，经灵敏的、不需整定的电流元件并带50ms延时后跳开变压器各侧断路器；保护设置相过流，零序过流，负序过流动作元件。在零序电流大于300A（一次值），负序电流大于100A（一次值），或相电流大于1倍的额定电流时，高压侧失灵联跳变压器出口跳开主变各侧，为防止主变重负荷的情况下装置误动，在相过流元件中还设置了突变量启动来短时开放相过流元件，开放时间为2s。另外为防止误动作，装置还设置了失灵联跳长期开入告警，当失灵联跳开入保持时间长达10s时，装置发出告警，并闭锁保护。
3.5零序过压告警
主变中压侧和低压侧各配置一段零序过压告警，作为变压器小电流接地系统侧接地故障的后备保护，只发告警信号，功能可经控制字投退，零序电压固定取自产零序电压，告警定值固定为70V，告警延时固定为10s，高压返回系数固定为0.85。
4装置调试
（1）定值设置。S（变压器容量）为15.242MVA。由以上定值测算出变压器额定电流Ie=2A（额定电流），“差动电流启动值”为0.5Ie（1A），“CT断线闭锁比率差动”为0，“差动速断”为0，“比率差动”为1。（2）选取高低两侧进行比率差动保护实验测试在比率差动曲线二段动作值与制动值是否满足0.5的曲率；（3）在高压侧先加入A相电流，然后在低压侧AC两相加入合适电流使得主变ABC三相差流均为0，要注意使制动电流处于Ie~3Ie之间，然后逐渐降低低压侧A相电流直至保护动作。（4）高压侧B，C可按照同样方式实验，实验也可另取两侧按照如上步骤进行。
结语
综上所述，针对智能化变电站保护装置的特点，从变压器保护的主保护和后备保护分别作了详细的原理实现与逻辑展示，最后以比率差动保护的实验数据进行了验证。
参考文献：
［1］李铁成.数字化保护装置测试方法的研究［J］.电力系统保护与控制，2011（3）：119-121.
［2］王增平.基于变压器模型的新型变压器保护原理的研究［J］.中国电机工程学报，2003（12）：54-58.
［3］刘佃国.电力变压器数字化保护装置的研究［D］.济南：山东大学，2015.
论文作者:郭鹏
论文发表刊物:《电力设备》2018年第17期
论文发表时间:2018/10/18
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