超高壓、大容量變壓器在電力系統中占有非常重要的地位。為了減少保護裝置自身造成一次系統停電的現象，有必要對上述主裝置保護進行雙重化配置。隨著數位電路的迅速發展，尤其是數字訊號處理器(dsp)和大規模邏輯門陣列(cpld、fpga)的廣泛應用，將超高壓、大容量變壓器的全套電量保護都整合在一台保護裝置中，這已成為可能。
下面將介紹的變壓器成套數字式保護裝置的設計思想就採用了以上所述的新觀點。
1保護裝置的設計思想
擬採用保護主體方案是將一台主變壓器或發電機-變壓器組全套電量保護整合在一套裝置中，其主保護、後備保護和異常執行保護共用一組電流互感器(ta)，對每台被保護的裝置採用雙套保護的配置原則。保護裝置的硬體構成邏輯框圖如圖1所示。處理器(cpu)板和管理板是完全相同的兩塊外掛程式，它們可完成濾波、取樣、保護的運算或啟動功能。
圖1硬體結構圖
管理板中的cpu2在判斷保護啟動後，只開放出口繼電器正電源。由於採用了獨立的啟動元件，且cpu板與管理板的a/d取樣迴路、低通濾波迴路以及其他相關迴路均相互獨立，所以這種管理板保護啟動+cpu板保護動作出口跳閘方式能杜絕保護裝置硬體故障引起的誤動作。
在上述保護裝置硬體系統中，任一cpu都可實時得到全套電量保護的各種交流電流、電壓、直流量和各種開關量等。這樣，保護裝置就能充分利用這些資訊量，在主裝置保護中採用一些新的保護原理和保護判據［１］、［２］。
主裝置保護的故障錄波內容很多，由於被保護裝置的全部電量資訊量已能夠被任一cpu所取樣得到，管理板正常情況下又只擔負著保護裝置的啟動功能，那麼它還可以兼有被保護裝置的故障錄波器功能，這種功能可對故障後的事故分析、事故追憶等起到重要的作用［３］。2保護配置的簡化
對於超高壓、大容量變壓器保護，若採用上述保護的設計思想，則變壓器的主保護功能將得到增強。由於變壓器主保護即差動保護不存在通道問題，其後備保護配置就可大大簡化，變壓器的後備保護應盡量優先選用簡單而可靠的過電流保護。2.
1保護雙重化的定**釋
對重要的220kv樞紐變電站，其保護的直流電源可實現雙重化，即兩組不同的直流蓄電池。考慮到
經濟原因，其他一些不重要的220kv變電站只有一組直流蓄電池，但可通過直流熔斷器分配成不同組直流小母線；同樣，對保護出口迴路(即操作箱)不一定採用兩套配置；而保護裝置電壓迴路也可採用同一組電壓互感器(tv)，即通過交流熔斷器分配成不同組交流電壓小母線；在經濟條件允許的情況下，保護裝置的電流迴路採用不同組電流互感器(ta)，其他情況下則可採用同一組ta的不同二次繞組。因此，通過上述解釋可知，主裝置保護的雙重化配置並沒有增加額外的二次迴路投資，相反是減少了保護裝置的投資。變壓器區內故障若有一套差動保護的ta出現問題，差動保護本身就會動作，不存在差動保護拒動而只有一套保護的問題。
2.2變壓器後備保護的定義與簡化
變壓器的相間短路後備保護與接地短路後備保護，均應分別作為變壓器外部相間短路引起的變壓器過電流保護和變壓器外部單相接地短路引起的過電流保護，即主要考慮變壓器區外故障時變壓器自身的動穩定和熱穩定問題。
其原因可解釋為：變壓器差動保護是非常可靠、靈敏、快速的主保護。對變壓器差動保護範圍內的各種型別故障，由於主保護的雙重化和非電量保護的存在而沒有死區問題。
對變壓器區內的各種型別故障，差動保護的靈敏度大大高於變壓器相間過流和零序過流保護。因為變壓器差動保護需採用勵磁湧流閉鎖判據，在某種特殊的故障型別下可能會被誤閉鎖，。
考慮到變壓器的熱穩定與動穩定的要求，對於變壓器的後備保護應設一套過電流保護，它只考慮變壓器本身所能承受的過載能力(即變壓器區外故障所引起的變壓器過電流)，其動作電流與時限整定無需與其他保護相配合。這樣可減少在上述故障情況下對變壓器本身所造成的危害。2.
3變壓器零序電流保護二次迴路的簡化
變壓器的接地零序過流保護的電流可取自主保護的三相ta自產得到，其零序方向的電流與電壓均採用自產，這樣可簡化二次迴路接線，同時零序電壓、電流的極性能夠得到保證。因為變壓器接地短路後備保護主要作為變壓器外部單相接地短路引起的過電流保護，因此用變壓器的中性點ta和變壓器開關側或套管側的ta基本是一樣的。用中性點零序ta還存在斷線而無法監視的問題。
2.4變壓器低壓側後備保護的有關問題
對變壓器低壓側經**限流電抗器接至低壓側母線的接線方式，若低壓側母線發生故障，因高壓側過流保護的靈敏度不夠，此時一套低壓側後備保護的ta迴路出現問題，由於採用上述雙套電量保護配置，可由另一套低壓側後備保護來切除。
同樣，對上述故障型別，若考慮變壓器的動穩定和熱穩定問題，低壓側後備保護需有一段過流保護不經過其他任何配合，同樣在上述情況下可由另一套低壓側後備保護來切除。這樣可解決變壓器高壓側(主電源側)相間後備保護對低壓側故障靈敏度不夠且動作時間過長的問題。2.
5變壓器後備保護中的方向指向問題
變壓器後備保護中的方向過流元件或阻抗元件的指向問題一直是比較混亂的。考慮到變壓器主保護已雙重化，變壓器後備保護中的指向就較明確，即主要針對變壓器區外各種故障所引起的變壓器過電流和相鄰元件的近後備保護。
2.6變壓器差動保護對ta特性的要求
目前的變壓器微機保護裝置本身的動作速度較快(30～50ms)，而比率差動保護的動作特性在初始階段為保證其靈敏度往往採用無制動特性，再加上一般差動保護的最小動作值整定在0.3～0.5ie等，因而，在變壓器發生區外故障**現ta飽和、區外故障切除再恢復過程中差動各側ta的暫態特性出現差異、變壓器出現擾動性負荷(如鋼廠負荷)時差動各側ta的暫態與穩態特性出現差異等情況下，差動保護時常會出現誤動作現象。
變壓器差動保護應考慮差動保護所用ta的飽和或ta暫態特性不一致等因素對變壓器快速微機差動保護的影響。這樣可減輕大容量變壓器差動保護所用電流互感器選型(尤其是變壓器低壓側的電流互感器)較困難的問題。
2.7旁路代路時變壓器差動保護的電流切換問題
根據規程要求，在旁路代路或裝置檢修等特殊情況下，允許差動保護短時利用變壓器套管電流互感器。此時套管和引線故障可由後備保護動作切除。
根據近十年來的事故統計［４］表明，變壓器差動保護的誤動作原因中，有很多是由於主變壓器旁路代路時，差動保護電流切換迴路接觸不可靠所造成的。對於大容量的變壓器若需要主變壓器進行旁路代路執行時，可採用一套差動保護接於主變壓器套管側ta，一套接於獨立ta；在旁路切換時，可停用接於獨立ta的差動保護，而採用旁路開關的線路保護的接地與相間距離i段作為此時套管和引線故障的主保護。這樣可減少上述情況的發生，給值班執行人員帶來方便。
而對於系統穩定要求較高的變電站，由於要求主變壓器帶旁路時差動保護不能退出。因此，可採取將旁路ta迴路當成差動的乙個支路固定接入，這樣，當主變壓器正常執行時，應將旁路ta迴路封口，而當主變壓器帶旁路時，將旁路ta迴路封口開啟；當切換操作完成後，將主變壓器本側ta迴路封口。上述措施可保證主變壓器帶旁路時差動保護不用退出。
3其他方面的優點
將1台主變壓器的全套電量保護整合在1套裝置中，其主保護、後備保護和異常執行保護共用一組ta。這樣的設計思想能對保護的原理設計、保護裝置的執行維護與除錯、二次迴路的簡化等方面帶來諸多好處。
3.1保護原理與保護裝置的故障錄波
由於被保護裝置的全部電量資訊量已能被裝置所知，當被保護系統和裝置出現故障或其他異常狀況時，裝置就能記錄同一時刻下主變壓器各側的電流、電壓量(包括各種零序與負序分量)。
有了上述模擬量，就能對事故的原因等進行詳盡的故障分析，這對於快速而準確地找到故障原因具有重要意義。有了這些電流、電壓量，可通過cpu的運算對變壓器和發電機的ta、tv極性(包括復壓閉鎖方向過流、零序功率方向和阻抗保護等極性)進行準確校驗，從而減輕了現場投運時保護人員的工作量，也減少了保護誤動的機率。
保護裝置有了這些模擬量，而各種保護功能又在同一裝置中實現，這就便於各種保護功能的邏輯關聯與配合，從而減少保護屏內部以及保護屏間的電纜連線，大大減少保護屏上保護投停壓板的數目；同時也能促進一些新的保護原理與判據的實施［３］，提高保護裝置的動作可靠性與安全性。例如，差動保護和ta斷線判別可引入電壓判據，變壓器各側後備保護中復合電壓併聯啟動功能等。3.
2保護裝置的執行維護與除錯
對主裝置保護進行雙重化配置，其主保護、後備保護和異常執行保護共用一組ta。這樣可簡化二次迴路電纜接線，減輕現場除錯人員的維護與除錯工作量，便於保護裝置的現場執行。變壓器的電量保護雙重化配置，可減少由於保護裝置自身原因所造成的被保護變壓器失去短路故障保護與異常保護，從而引起一次裝置不必要的停電現象。
同時也可避免由於保護裝置的年度檢修與校驗時必需停運一次裝置的現象，減少輕停電所造成的經濟損失。變壓器電量保護的雙重化配置，能使保護裝置的年度檢修與校驗工作相對簡化，即退出其中的一套電量保護裝置，將其出口迴路傳動一次，而微機保護裝置的取樣值校驗可通過正常狀態下的電流、電壓值顯示來校驗。這樣能縮短保護裝置年度檢修的校驗時間，做到一次裝置不需停運。
4結束語
針對主裝置保護提出了保護的設計思想，即將一台主變壓器全套電量保護整合在一套裝置中，其主保護、後備保護和異常執行保護共用一組ta，對每台被保護裝置採用雙套保護的配置原則。闡述了採用這一設計思想對保護與配置的簡化、保護原理的設計更新以及保護的執行維護與除錯等方面所帶來的影響。
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