变压器死区故障及故障侧断路器拒动的继电保护方法

《变压器死区故障及故障侧断路器拒动的继电保护方法》属于电力输配电网络的控制技术，涉及一种220千伏变电所快速切除变压器死区故障及变压器故障侧断路器拒动的继电保护控制方法。

GB/T14285-2006《继电保护和安全自动装置技术规程》规定，变压器应装设纵联差动保护作为主保护和反应外部相间短路和接地短路引起变压器过电流的后备保护等电气量保护，其中反应相间短路的后备保护有复合电压过电流保护、相间阻抗保护，反应接地短路的后备保护有零序电流保护、接地阻抗保护。这些后备保护根据不同电压等级的变压器和各侧电压等级不同，装设不同的后备保护，并且一般在变压器各侧均装设反应外部相间短路和接地短路的后备保护。220千伏及以上变压器保护配置情况在Q/GDW_175-2008《变压器、高压并联电抗器和母线保护及辅助装置标准化设计规范》有具体规定；110千伏及以下变压器保护配置主要在各侧装设两段反应相间短路的复合电压过电流保护（若110千伏中性点一般不接地时，则配置了零序电流保护也一般不用，只使用110千伏中性点间隙保护；若110千伏中性点一般接地时，则配置了零序电流保护使用，110千伏中性点间隙保护停用）。

所谓变压器死区故障系指发生在变压器某一侧的断路器与该侧变压器差动保护使用的电流互感器（以下简称TA）之间的短路故障（见图2）。由于该故障在变压器纵联差动保护保护范围之外，虽然故障侧的后备保护或其它保护（如母线保护）动作，跳开变压器该侧断路器，但故障仍然存在，只有靠变压器电源侧后备保护动作或采用该侧后备保护动作联跳变压器总出口继电器回路跳开变压器电源侧断路器才能最终切除故障，此种情况切除故障时间一般较长；若变压器为高阻抗变压器，变压器电源侧后备保护可能由于短路电流达不到启动定值而不能动作切除故障，只有等到变压器烧到使短路电流达到并超过该保护启动值才能够使变压器电源侧后备保护动作切除故障为止。虽然发明专利ZL200810201305.3“消除变压器死区故障的继电保护方法”中提出了判断死区故障后联跳变压器其他侧断路器的方案，但切除故障时间仍稍长，且只适应110千伏变压器。《变压器死区故障及故障侧断路器拒动的继电保护方法》将提出采用另外一个逻辑电路来完成适应所应用的输配电网络的变电所为各种电压等级的变压器保护装置并快速切除变压器各侧各种电压等级死区故障的继电保护技术方案。

图1是《变压器死区故障及故障侧断路器拒动的继电保护方法》实施例中变压器某一侧死区故障启动退出该侧变压器差动TA逻辑图；

图2是相关的220千伏变电所部分一次主接线图。

图1中符号说明如下：&-表示逻辑与关系，即输入条件全部满足时，输出有效；≥1-表示逻辑或关系，即输入条件任一满足时，输出有效；t1/0-表示条件全部满足时延时t1时间输出有效；条件任一不满足时立即返回。

2021年6月24日，《变压器死区故障及故障侧断路器拒动的继电保护方法》获得第二十二届中国专利优秀奖。 2100433B

1、变压器高压侧死区故障快速切除方法

（1）当变压器高压侧断路器lQF与变压器差动保护使用的高压侧TA（即高压侧断路器处的TA）之间发生相间短路或接地故障时，故障在变压器纵联差动保护范围之外，但在第一套220千伏母线差动保护、第二套220千伏母线差动保护保护范围之内，第一套220千伏母线差动保护、第二套220千伏母线差动保护启动跳开该故障母线所有开关（含变压器高压侧断路器lQF）。若变压器其它侧有电源，虽然断路器1QF已跳开，但故障没有切除，故障相仍有电流或零序电流或负序电流超过整定值，故第一套220千伏母线差动保护、第二套220千伏母线差动保护仍然动作没有返回（或变压器高压侧后备保护启动延时时间到后备保护仍然动作没有返回），故判断死区故障的两个条件满足，延时一定时限（如150毫秒）后，退出变压器高压侧变压器差动TA，即变压器高压侧电流不参与变压器差动保护电流计算。由于变压器差动保护将故障侧电流退出变压器差动保护电流计算，相当于变压器差动保护综合差电流由原来为0或很小变为了短路点的短路电流，就使得变压器差动保护判断该死区故障由区外故障变为区内故障，变压器差动保护就动作启动变压器差动出口继电器，跳变压器其他断路器，切除了该故障。

（2）当变压器高压侧断路器lQF已在分闸位置发生上述变压器高压侧死区故障，故障在变压器纵联差动保护范围之外，但在第一套220千伏母线差动保护、第二套220千伏母线差动保护保护范围之内，第一套220千伏母线差动保护、第二套220千伏母线差动保护启动跳开该故障母线所有开关。若变压器其它侧有电源，虽然断路器1QF已在分闸位置，但故障相有短路电流或零序电流或负序电流超过整定值，第一套220千伏母线差动保护、第二套220千伏母线差动保护动作或变压器高压侧后备保护启动延时时间到动作，故判断死区故障的两个条件满足，延时一定时限（如150毫秒）后，退出变压器高压侧变压器差动TA，即变压器高压侧电流不参与变压器差动保护电流计算。由于变压器差动保护将故障侧电流退出变压器差动保护电流计算，相当于变压器差动保护综合差电流由原来为0或很小变为了短路点的短路电流，就使得变压器差动保护判断该死区故障由区外故障变为区内故障，变压器差动保护就动作启动变压器差动出口继电器，跳变压器其他断路器，切除了该故障。

（3）若为220千伏母线故障，虽然两套220千伏母线差动保护动作，两套220千伏母线差动保护启动跳开该故障母线其它所有开关，但变压器高压侧断路器lQF拒绝动作，若变压器其它侧有电源，则故障没有切除，故障相仍有电流或零序电流或负序电流超过整定值，故第一套220千伏母线差动保护、第二套220千伏母线差动保护仍然动作没有返回（或变压器高压侧后备保护启动延时时间到后备保护仍然动作没有返回），故判断死区故障的两个条件满足，延时一定时限（如150毫秒）后，退出变压器高压侧变压器差动TA，即变压器高压侧电流不参与变压器差动保护电流计算。由于变压器差动保护将故障侧电流退出变压器差动保护电流计算，相当于变压器差动保护综合差电流由原来为0或很小变为了短路点的短路电流，就使得变压器差动保护判断该死区故障由区外故障变为区内故障，变压器差动保护就动作启动变压器差动出口继电器，跳变压器其他断路器，切除了该故障。

（4）如果该变电所变压器其它侧没有电源，则变压器故障侧没有故障电流流过，故判断死区故障的两个条件不满足，就不会启动退出变压器高压侧变压器差动TA。

2、变压器中压侧死区故障快速切除方法

（1）当变压器中压侧断路器2QF与变压器差动保护使用的中压侧TA（即中压侧断路器处的TA）之间发生相间短路或接地故障时，故障在变压器纵联差动保护范围之外，但在110千伏母线差动保护的保护范围之内，110千伏母线差动保护启动跳开该故障母线所有开关（含变压器中压侧断路器2QF），虽然断路器2QF已跳开，但故障没有切除，故障相仍有电流或零序电流或负序电流超过整定值，故110千伏母线差动保护仍然动作没有返回（或变压器高压侧后备保护启动延时时间到后备保护仍然动作没有返回），则故判断死区故障的两个条件满足，延时一定时限（如150毫秒）后，退出变压器中压侧变压器差动TA，即变压器中压侧电流不参与变压器差动保护电流计算。由于变压器差动保护将故障侧电流退出变压器差动保护电流计算，相当于变压器差动保护综合差电流由原来为0或很小变为了短路点的短路电流，就使得变压器差动保护判断该死区故障由区外故障变为区内故障，变压器差动保护就动作启动变压器差动出口继电器，跳变压器其他断路器，切除了该故障。

（2）当变压器中压侧断路器2QF已在分闸位置发生上述变压器中压侧死区故障，故障在变压器纵联差动保护范围之外，但在110千伏母线差动保护保护范围之内，110千伏母线差动保护启动跳开该故障母线所有开关。虽然断路器2QF已在分闸位置，但故障相有短路电流或零序电流或负序电流超过整定值，110千伏母线差动保护动作或变压器高压侧后备保护启动延时时间到动作，故判断死区故障的两个条件满足，延时一定时限（如150毫秒）后，退出变压器中压侧变压器差动TA，即变压器中压侧电流不参与变压器差动保护电流计算。由于变压器差动保护将故障侧电流退出变压器差动保护电流计算，相当于变压器差动保护综合差电流由原来为0或很小变为了短路点的短路电流，就使得变压器差动保护判断该死区故障由区外故障变为区内故障，变压器差动保护就动作启动变压器差动出口继电器，跳变压器其他断路器，切除了该故障。

（3）若为110千伏母线故障，虽然110千伏母线差动保护动作，110千伏母线差动保护启动跳开该故障母线其它所有开关，但变压器中压侧断路器2QF拒动，但故障没有切除，故障相仍有电流或零序电流或负序电流超过整定值，故110千伏母线差动保护仍然动作没有返回（或变压器中压侧后备保护启动延时时间到后备保护仍然动作没有返回），故判断死区故障的两个条件满足，延时一定时限（如150毫秒）后，退出变压器中压侧变压器差动TA，即变压器中压侧电流不参与变压器差动保护电流计算。由于变压器差动保护将故障侧电流退出变压器差动保护电流计算，相当于变压器差动保护综合差电流由原来为0或很小变为了短路点的短路电流，就使得变压器差动保护判断该死区故障由区外故障变为区内故障，变压器差动保护就动作启动变压器差动出口继电器，跳变压器其他断路器，切除了该故障。

3、变压器低压侧死区故障快速切除方法

（1）变压器低压侧电压等级一般为35千伏及以下系统，该系统一般为不接地系统或经消弧线圈接地系统或经电阻接地系统。当变压器低压侧断路器3QF与变压器差动保护使用的低压侧TA（即低压侧断路器处的TA）之间发生相间短路或接地故障（经电阻接地系统时）时，故障在变压器纵联差动保护范围之外，但在低压母线差动保护的保护范围之内，低压母线差动保护启动跳开该故障母线所有开关（含变压器低压侧断路器3QF），虽然断路器3QF已跳开，但故障没有切除，故障相仍有电流或负序电流或零序电流超过整定值（经电阻接地系统时），故低压母线差动保护仍然动作没有返回（或变压器低压侧后备保护（当没有母线保护时，由其中的一套低压侧后备保护作为母线保护）启动延时时间到后备保护仍然动作没有返回），则故判断死区故障的两个条件满足，延时一定时限（如150毫秒）后，退出变压器低压侧变压器差动TA，即变压器低压侧电流不参与变压器差动保护电流计算。由于变压器差动保护将故障侧电流退出变压器差动保护电流计算，就使得该死区故障由变压器差动保护区外故障变为区内故障，变压器差动保护就动作启动变压器差动出口继电器，跳变压器其他断路器，切除了该故障。

（2）当变压器低压侧断路器3QF已在分闸位置发生上述低压侧死区故障时，故障在变压器纵联差动保护范围之外，但在低压母线差动保护的保护范围之内，低压母线差动保护启动跳开该故障母线所有开关，虽然断路器3QF已在分闸位置，但故障相仍有电流或负序电流或零序电流超过整定值（经电阻接地系统时），当低压母线差动保护动作或变压器低压侧后备保护（当没有母线保护时，由其中的一套低压侧后备保护作为母线保护）启动延时时间动作，则故判断死区故障的两个条件满足，延时一定时限（如150毫秒）后，退出变压器低压侧变压器差动TA，即变压器低压侧电流不参与变压器差动保护电流计算。由于变压器差动保护将故障侧电流退出变压器差动保护电流计算，就使得该死区故障由变压器差动保护区外故障变为区内故障，变压器差动保护就动作启动变压器差动出口继电器，跳变压器其他断路器，切除了该故障。

（3）若为低压母线故障，虽然低压母线差动保护动作，低压母线差动保护启动跳开该故障母线其它所有开关，但变压器低压侧断路器3QF拒动，所以故障没有切除，故障相仍有电流或负序电流超过整定值，低压母线差动保护仍然动作没有返回（或变压器低压侧后备保护启动延时时间到后备保护仍然动作没有返回），则判断死区故障的两个条件满足，延时一定时限（如150毫秒）后，退出变压器低压侧变压器差动TA，即变压器低压侧电流不参与变压器差动保护电流计算。由于变压器差动保护将故障侧电流退出变压器差动保护电流计算，就使得该死区故障由变压器差动保护区外故障变为区内故障，变压器差动保护就动作启动变压器差动出口继电器，跳变压器其他断路器，切除了该故障。

4、其它变压器死区故障快速切除方法

变压器某一侧电压等级为35千伏及以下系统时，该系统一般为不接地系统或经消弧线圈接地系统或经电阻接地系统，则变压器该侧死区故障快速切除方法可参照220千伏变压器低压侧死区故障快速切除方法。变压器某一侧电压等级为220千伏及以上系统时该系统一般为有效接地系统，则变压器该侧死区故障快速切除方法可参照220千伏变压器高压侧死区故障快速切除方法。

当变压器为两绕组变压器时，相当于上述三绕组变压器少了一侧，只需考虑变压器两侧死区故障快速切除方法就可以了。当变压器某一侧电压等级有两个分支时，可分别考虑两个死区故障快速切除方法就可以了。

变压器死区故障及故障侧断路器拒动的继电保护方法专利目的

《变压器死区故障及故障侧断路器拒动的继电保护方法》所要解决的问题是，提供一种能够应用于输配电网络为各种电压等级变电所变压器保护装置，动作原理简单、可靠性高、快速切除变压器各侧各种电压等级死区故障及变压器断路器拒绝动作的继电保护方法。

变压器死区故障及故障侧断路器拒动的继电保护方法技术方案

《变压器死区故障及故障侧断路器拒动的继电保护方法》所应用的输配电网络的变电所为各种电压等级的两绕组变压器、三绕组变压器、自耦变压器或其他变压器的保护装置；理论上说，变压器有几个运行电压等级通过断路器间隔设备（由隔离开关、断路器、电流互感器等设备组成）与外电路设备相连，就有几个变压器死区故障位置，即有2个运行电压等级通过断路器间隔设备与外电路设备相连，就至少有2个变压器死区故障位置；有3个运行电压等级通过断路器间隔设备与外电路设备相连，就至少有3个变压器死区故障位置（1个运行电压等级若有2个断路器间隔设备，则该运行电压等级侧为2个变压器死区故障位置）。

为叙述方便，以变压器其中一个运行电压等级的断路器间隔设备发生变压器死区故障，来描述快速启动切除该故障的方法，其它电压等级的变压器、以及变压器为两绕组变压器、三绕组变压器、自耦变压器或其他变压器，或变压器各侧由其它电压等级的组合，其方法类似，不再烦述。该断路器间隔设备由隔离开关、断路器、TA等设备组成，TA分别有几组二次绕组，这几组二次绕组从母线侧向变压器侧分别接入变压器差动保护（后备保护）、母线差动保护、测量计量等二次设备。变压器套管处还装设了套管TA。110千伏及以下变压器各侧后备保护使用的TA是与变压器差动保护分开的，使用的TA是不同的TA（比如差动保护使用断路器处TA，而后备保护使用套管TA），或是TA的不同的二次绕组。其控制方法包括以下控制过程：在变压器某侧死区故障及变压器断路器拒绝动作的跳闸控制中，设定以下条件：条件一，变压器该侧后备保护跳闸出口继电器处于动作状态或其他电气量保护（比如该侧母线差动保护）跳闸出口继电器处于动作状态；条件二，变压器该侧A相或B相或C相电流达到整定值，或零序电流或负序电流≥整定值；当上述条件全部满足时，延时一个t1定值（如150毫秒）后退出变压器该侧变压器差动保护TA，即变压器该侧电流不参与变压器差动保护电流计算；当上述任一条件不满足时，立即接入变压器该侧变压器差动TA，即变压器该侧电流参与变压器差动保护电流计算。由于变压器差动保护将故障侧电流退出变压器差动保护电流计算，相当于变压器差动保护综合差流由原来为0或很小变为了短路点的短路电流，就使得变压器差动保护判断该故障由区外故障变为区内故障，变压器差动保护就动作启动变压器差动出口继电器，跳开变压器其他断路器，切除了该故障。

变压器死区故障及故障侧断路器拒动的继电保护方法改善效果

《变压器死区故障及故障侧断路器拒动的继电保护方法》的220千伏变电所快速切除变压器死区故障及变压器故障侧断路器拒动的继电保护控制方法具有如下优点：

1.适用于输配电网络的变电所为各种电压等级的两绕组变压器、三绕组变压器、自耦变压器等变压器保护装置的技术方案。

2.该方法判断死区故障后采用延时后退出变压器故障侧变压器差动TA，即变压器故障侧电流不参与变压器差动保护电流计算的方法，判据简单实用；判断死区故障后，仅延时很短时间（如150毫秒）就快速启动变压器差动保护，达到了快速切除该死区故障的目的；

3.由于判据中没有加入断路器分闸位置接点，对于变电所某侧母线故障，母线保护动作或变压器故障侧后备保护动作，但变压器故障侧断路器拒绝动作（断路器失灵），《变压器死区故障及故障侧断路器拒动的继电保护方法》方案也能在判断断路器拒动后延时一定时限（如150毫秒）后退出变压器故障侧变压器差动TA，启动变压器差动保护，快速切除该故障。

1.一种变压器死区故障及故障侧断路器拒动的继电保护方法，其特征在于该方法包括以下控制步骤：步骤1，启动方式，即在变压器某侧死区故障及变压器断路器拒绝动作的跳闸控制中，设定以下条件：条件一，变压器该侧后备保护跳闸出口继电器处于动作状态或其他电气量保护跳闸出口继电器处于动作状态；条件二，变压器该侧A相或B相或C相电流达到整定值，或零序电流或负序电流≥整定值；步骤2，跳闸方式，即当上述启动方式的全部条件满足时，延时一个t1定值后退出变压器故障侧变压器差动保护TA，即变压器故障侧电流不参与变压器差动保护电流计算；由于变压器差动保护将故障侧电流退出变压器差动保护电流计算，相当于变压器差动保护综合差流由原来为0或很小变为了短路点的短路电流，就使得变压器差动保护判断该故障由区外故障变为区内故障，变压器差动保护就动作启动变压器差动出口继电器，跳开变压器其他侧断路器，切除了该故障；当上述启动方式的任一条件不满足时，立即接入变压器故障侧变压器差动TA，即变压器故障侧电流参与变压器差动保护电流计算。

2.根据权利要求1所述的变压器死区故障及故障侧断路器拒动的继电保护方法，其特征是：该方法包含了两绕组变压器、三绕组变压器、自耦变压器等变压器死区故障保护及变压器断路器拒绝动作保护的技术方案，以及220千伏电压等级变电所变压器的高压侧快速切除变压器死区故障及变压器高压侧断路器拒绝动作的继电保护控制方法、中压侧快速切除变压器死区故障及变压器中压侧断路器拒绝动作的继电保护控制方法、低压侧快速切除变压器死区故障及变压器低压侧断路器拒绝动作的继电保护控制方法。

3.根据权利要求1所述的变压器死区故障及故障侧断路器拒动的继电保护方法，其特征是：步骤2中所述延时一个t1定值为150毫秒。

4.根据权利要求1所述的变压器死区故障及故障侧断路器拒动的继电保护方法，其特征是：判断变压器高压侧或变压器中压侧或变压器低压侧的A相电流、B相电流、C相电流的采集为采集变压器该侧差动保护TA电流，该电流定值整定为（0.5-1）倍变压器该侧额定电流；负序电流定值整定为120安-180安；当变压器该侧为有效接地系统时，零序电流定值整定为120安-180安。

5.根据权利要求1所述的变压器死区故障及故障侧断路器拒动的继电保护方法，其特征是：该方法所针对的电网短路故障为下列之一：1）变电所正常运行时发生的变压器高压侧死区故障或中压侧死区故障或低压侧死区故障；2）变压器正常运行，但高压侧断路器断开时发生的高压侧死区故障或中压侧断路器断开时发生的中压侧死区故障或低压侧断路器断开时发生的低压侧死区故障；3）变电所正常运行时高压侧母线短路故障，高压侧母差保护动作跳变压器高压侧断路器，但变压器高压侧断路器拒绝动作；或变电所正常运行时中压侧母线短路故障，中压侧母差保护动作跳变压器中压侧断路器，但变压器中压侧断路器拒绝动作；或变电所正常运行时低压侧母线短路故障，低压侧母线保护或变压器低压侧后备保护动作跳变压器低压侧断路器，但变压器低压侧断路器拒绝动作。

变压器（1）电路故障

对于变压器的电路故障问题主要是指变压器的出口出现短路，以及在变压器内部出现引线或绕组间的对地短路，以及因相与相间出现的短路问题进而引发故障的出现。其实，这类故障在实际的电力变压器的诸多故障问题中是十分常见的问题，并且该故障的实际案例也很多。对于变压器在低压出口出现短路的问题，为了解决该问题一般对故障处更换绕组，故障严重时可能需要对所有的绕组进行必要的更换，这样才能尽可能地降低故障发生的概率，极大地降低因电力故障引发的严重的经济和人身财产损失，所以，对此有必要给予极大地重视 。

变压器（2）绕组的故障问题

把绕组故障可以细致地划分为以下几个类型：接头的焊接处极其容易出现开裂问题、相与相间短路问题、匝向出现短路、绕组的接地故障等。分析总结以上故障出现的原因可以总结：变压器的绝缘问题出现了问题；绕组处有杂物进去，老化的绝缘体；变压器的工作力度不足；因变形导致绕组出现问题：绕组受到水汽影响；变压器的温度高。

变压器（3）变压器渗油故障

变压器渗油故障在整个电力变压器的故障中是最为常见的一个故障。变压器渗油故障又可以解释为电力变压器渗油会导致后续一些问题，诸如本身对空气产生严重的环境污染，还可能造成大量的的资源浪费，这样会大大增加了企业的运行成本，进而增加了企业的经济压力和市场阻力。该问题作为一个安全隐患，会极大地影响电力变压器的安全稳定运作，严重时可能造成机器设备的不能运行。还要注意的是该故障还会对电力企业的服务质量产生影响，对为用电的客户提供安全科学的服务产生重大的负面影响。

变压器（4）接头处温度、多高故障

接头处温度、多高故障中的接头指的是变压器的载流接头。在整个变压器的设计中变压器的载流接头一直都承担着极为重要的责任，分析总结了电力事故可以得出：变压器的载流接头的不稳定连接，使得接头处温度快速升高，甚至已经超过了接头的着火点，导致接头出 现烧断的现象，严重影响了电力变压器的安全稳定运行。这些问题都给电力企业在以后得安全供电工作敲响了警钟。为了有效减少这类安全事故的出现，避免因接头处温度过高引发的安全用电事故，这需要电力检测维修工人在平时的检测维修工作中，注意观察变压器的载流接头的温度变化，保证接头的温度在正常的数值范围内变化，这样才能有效保证电力变电器的安全稳定运行。

《继电保护常见故障处理及实例》内容简介：继电器及装置是电力系统的重要组成部分，起着保证整个电力系统安全、稳定运行的重要作用，对提高电力传输和供电的可靠性具有至关重要的意义。《继电保护常见故障处理及实例》从如何分析、查找继电保护的故障入手，选取电力系统实际运行中发生过的一些继电保护故障，分析其发生的原因，提出了防止发生类似故障的方法。

《继电保护常见故障处理及实例》适合从事电力系统继电保护维护和变电站运行管理的人员学习使用，也可作为工矿企业供/配电工人岗位培训、相关专业职业教育的教学用书。