变压器接地故障的后备保护

    目前变压器的零序电流保护、间隙电流保护与零序过电压保护构成了变压器接地故障的后备保护。

    1．零序（方向）过流保护

    中性点直接接地的电网中，如果变压器中性点直接接地运行，对接地引起的变压器过流，应装设零序过电流保护。对自耦变压器和高、中压侧均直接接地的三绕组变压器，为了满足选择性可增设零序功率方向元件。零序方向过流保护由零序过流元件及零序功率方向元件通过逻辑与的关系构成。功率方向元件用各断路器侧电流互感器形成的零序电流，指向本侧母线或变压器侧。普通变压器的零序过流保护，应接到变压器中性点专用零序电流互感器回路；自耦变压器和高、中压侧均直接接地的三绕组变压器的零序过流保护应接高、中压侧三相电流互感器组成的零序回路。零序方向过流保护的过流元件可用三相电流互感器组成的零序回路中的电流，也可以用变压器的中性点专用零序电流互感器电流。保护一般设有谐波制动闭锁措施，当谐波含量超过一定比例时，闭锁零序过流保护。

    由于变压器差动保护是非常可靠、灵敏、快速的主保护，对于变压器差动保护范围内的各种类型故障可以说由于主保护的双重化和非电量保护的存在而没有死区问题。对于变压器区内的各种类型故障，差动保护的灵敏度大大高于变压器相间过流和零序过流保护，那么变压器后备保护主要针对变压器区外各种故障所引起的变压器过电流，作为相邻元仵的近后备保护，因此多指向母线。所谓指向母线是指故障功率、电流流向本侧母线时才判为正方向，保护才动作，需与线路零序保护配合。一般高中压侧方向指向各自的母线，但当中压侧无电源时，高压侧零序方向可指向变压器。所谓指向变压器是指故障功率、电流流向变压器时才判为正方向，保护才动作，要同变压器另一侧的出线接地保护相配合，比较复杂。

    2．间隙保护

   110kV及以上的大型变压器一般采用分级绝缘设计，其中性点绝缘水平相对较低。为防止系统发生接地短路时，因故障点的间歇性弧光过电压危及系统中不接地变压器中性点的绝缘，在变压器中性点与接地点间安装了放电间隙和零序过压、间隙零序电流保护，统称为间隙保护，如图8-10所示。其主要作用是系统发生单相接地故障后，对中性点不接地的变压器出现的过电压以及间隙击穿后产生的零序电流进行判断，将达到定值且躲过暂态过电压时间即将变压器切除。

    图8-10    间隙保护原理接线图

    放电间隙装于变压器中性点与地之间，其放电电压一般整定较高，约等于变压器额定相电压值。对于中性点直接接地的变压器，中性点对地偏移电压被限制在一定的水平，中性点间隙保护不起作用。配置间隙保护的目的是为了防止零序电压升高对中性点不接地的变压器的绝缘造成危害。当系统发生单相接地故障，有关的中性点直接接地的变压器全部跳闸，而带电源的中性点不接地变压器仍保留在故障电网中时，放电间隙放电，以降低对地电压，从而避免对中性点不接地的变压器的绝缘造成危害。由于间隙击穿会产生截波，对变压器匝间绝缘不利，因此在单相接地故障引起零序电压升高时，我们更希望由零序过电压保护完成切除变压器的任务。对于间隙电流保护来说，其存在一定程度的偶然性，可能因种种原因使间隙电流保护失去作用，从这个意义讲，对于保护变压器中性点绝缘而言，零序过电压保护比间隙电流保护更重要。所以仅设置间隙电流保护而没有零序过电压保护是不够完善的，特别是当间歇性击穿时，放电间隙无法持续，间隙电流保护不起作用。

    3．零序电流保护与放电间隙零序电流保护的区别

    在大电流接地系统中，如果变压器中性点直接接地运行，对外部单相接地引起的过电流，应装设零序电流保护。其整定值需与相邻出线零序保护相配合，即当系统发生单相接地故障并且相邻元件的保护装置拒绝动作时，变压器零序电流保护应动作，它应比相邻元件保护的最大动作时限大一个时间阶段。

    放电间隙零序电流保护装于放电间隙回路内，当放电间隙放电，中性点通过零序电流时，保护迅速动作，将变压器跳开。由于正常情况下放电间隙回路无电流，所以允许保护有较低的零序电流动作值。因为放电间隙在电网接地故障时不轻易放电，继电器持续动作意味着电网中确实出现了足以危害变压器绝缘的工频过电压，因此保护动作时间也较短，一般为0.5s左右。严格来讲，间隙零序电流保护是保护变压器绝缘不受工频过电压的破坏的主保护。

    可见，中性点直接接地变压器零序电流保护与变压器放电间隙电流保护，根据它们的不同需要及安装位置的差别，具有完全不同的定值，前者动作电流较大，时间较长，而后者动作电流较小，时间也较短。