主変圧器バックアップ保護：主要機能と障害処理ガイド

主変圧器のバックアップ保護

主変圧器のバックアップ保護の目的は、外部障害による変圧器巻線の過電流を防止し、隣接するコンポーネント（バスバーまたはライン）のバックアップ保護として機能することです。また、内部障害が発生した場合に可能な限り変圧器の一次保護のバックアップとしても機能します。バックアップ保護は、一次保護または遮断機が故障した場合に障害を分離するために使用されます。

主変圧器の零相保護は、直接接地された中性点システムにおける変圧器のバックアップ保護です。非直接接地の中性点システムでは適用されません。

変圧器の一般的な相間短絡バックアップ保護には、過電流保護、低電圧起動過電流保護、複合電圧起動過電流保護、負序過電流保護があります。インピーダンス保護も時々バックアップ保護として使用されます。

主変圧器バックアップ保護の動作原因分析

• 合成電圧ブロッキング付き方向性過電流保護

• バスバー方向: 通常、保護が動作しなかったバスバーまたはフィーダーラインでの短絡を示します。

• 変圧器方向: 通常、保護が動作しなかった下流のバスバーまたはフィーダーラインでの短絡を示します。変圧器の主要な保護が故障することはほとんどありません。

• 合成電圧ブロッキング付き非方向性過電流保護

• セグメントI: 通常、バスバーオープンを示します。最初の時間遅延でバスタイがトリップし、2回目の時間遅延で局所側がトリップします。

• セグメントII: ライン保護と連携して動作し、通常、ライン保護の故障を示します。

• セグメントIII: セグメントIIのバックアップとして機能し、動作すると変圧器の3つの側面すべてがトリップします。

• 一般に、端末変電所のバックアップ保護として機能します。

• 330kV以上の変圧器では、高圧および中圧側の合成電圧ブロック過電流保護は大きなバックアップとして機能し、方向性がなく、時間遅延が長いです（例：甘粛省永登変電所の330kVでの完全停止事故）。

• 変圧器の中圧側の方向設定がシステムに向いている場合、バックアップ保護として機能し、実質的に中圧バスバー保護のバックアップとなります：

• 主変圧器のバックアップ保護がトリップし、一次保護が動作しない場合は、通常、外部障害（バスバーまたはライン障害）が悪化し、主変圧器のバックアップ保護がトリップしたと考えるべきです。

• 中性点ギャップ保護: 動作すると、系統の接地障害を示します。

• 零相過電流保護:

• セグメントI: 変圧器およびバスバーの接地障害に対するバックアップ保護として機能します。

• セグメントII: 出力ライン上の接地障害に対するバックアップ保護として機能します。

• 動作電流と時間遅延は、隣接するコンポーネントの接地バックアップステージと調整する必要があります。

障害範囲検査

• 主変圧器のバックアップ保護トリップ後、ライン障害がバスバー障害よりもトリップを引き起こす可能性が高いです。したがって、トリップ後の焦点は、ライン保護が動作したかどうかを確認することです。220kV以上のラインでは、保護装置自体が故障していないかにも注意が必要です。

• ライン上に保護動作信号が見つからない場合、2つの可能性があります：障害時に保護が動作しなかったか、バスバー障害があったかです。

• フィーダー上に保護動作信号がある場合、対応するライン遮断機を切断します。バスバーと変圧器のトリップスイッチに異常がないことを確認した後、ライン遮断機のトリップ失敗の原因を特定します。

障害の隔離と処理

• 保護動作、信号、計器表示などに基づいて、障害範囲と停電範囲を決定します。障害記録レポートを印刷します。駅サービス変圧器が失われた場合、まずバックアップの駅サービス変圧器に切り替えて非常照明を有効にします。

• 停電したバスバーのすべてのフィーダースイッチを切断します。開かなかったものが見つかった場合は、手動でトリップします。バスバーと変圧器のスイッチに異常がないことを確認した後、停電したバスバーを充電します：

• 高圧側スイッチがトリップした場合、バスタイスイッチを使用して停電したバスバーを充電します（充電保護をオンにします）。

• 中圧または低圧側スイッチがトリップした場合、主変圧器スイッチを使用してバスバーを充電します（通常、バックアップ保護の時間遅延を短縮します）。

• 二重バスバー構成の変電所では、バスバー障害が発生した場合、コールドバス転送法を使用して故障したバスバー上で動作している遮断機を正常なバスバーに移動して電力を復旧します。

• 障害点の隔離によりバスバーPTが停電した場合、まずPTを隔離し、次に停電したバスバーを充電します。充電が正常に完了したら、PT二次並列スイッチを閉じてから、ラインへの電力を復旧します。

• 停電したバスバーとラインに障害または異常がない場合、すべてのフィーダースイッチが切断されていることを確認し、ディスパッチ指示に従って主変圧器スイッチとバスタイスイッチを閉じてバスバーを充電します。充電が正常であれば、ライン自動再同期を無効にして、各ラインを順番に試験充電してトリップしなかったブレーカーを特定します。

• ギャップ保護が動作した後、設備に異常がない場合、ディスパッチ指示を待って処理します。

事例説明

500kV変電所では、2台のオートトランスフォーマーが並列運転しており、それぞれにデュアル保護システムが装備されています。220kVバスバーの一部または接続されたラインで障害が発生し、対応するバスバーやライン遮断機（およびその保護装置）が正しく動作しない場合、両方の変圧器のバックアップ保護（インピーダンス保護、合成電圧ブロッキング付き方向性過電流保護、方向性零相過電流保護など）が同時に動作し、トリップを開始します。バスタイまたはセクショニングスイッチが最初に切断され、非故障バスバーセクションの正常な運転が保証され、停電エリアが制限され、停電の影響が最小限に抑えられます。

具体的な操作は以下の通りです：

• 220kVバスバーまたはラインの障害と遮断機の動作不良を検出した場合、変圧器のバックアップ保護システムが即座に対応します。

• バックアップ保護はまずバスタイまたはセクショニングスイッチの切断をトリガーして故障ゾーンを隔離し、障害が他の正常に動作している部分に広がらないようにします。

• この戦略により、一次保護が迅速に反応しなくても、残りのシステムが保護され、影響を受けずに、停電範囲が最小限に抑えられます。

この事例は、特に予期せぬ障害の影響を効果的に抑制し、電力システムの安定性と信頼性を維持するという観点から、変圧器のバックアップ保護が電力網運用において重要な役割を果たしていることを示しています。