微機(jī)型變壓器差動保護(hù)動作原因分析與對策

本文通過對一起微機(jī)型變壓器差動保護(hù)誤動作的原因分析，揭示了變壓器的暫態(tài)飽和對差動保護(hù)的影響。提出了利用制動電流的二次諧波比進(jìn)行閉鎖的新方法，該方法可提高微機(jī)型變壓器差動保護(hù)的可靠性。
　　關(guān)鍵詞：差動保護(hù); 暫態(tài)飽和

Analysis and solving action reason of the microprocessor based transformer differential protection?

LI De-jia

( Nuclear Power QINSHAN Join Venture CO.,LTD Zhejiang Haiyan,China 314300)

　　Abstract: This paper via once to the microprocessor based transformer differential the reason the to analyze, announce the transformer transient saturation influence to differential protection. Putting forward the new method that exploiting the second harmonic current ratio to lock protection mistake action, the method can increase the differential protection dependable.
　　Key words: differential protection transient saturation


一、 引言
　　差動保護(hù)廣泛作為發(fā)電機(jī)、電動機(jī)、變壓器、母線等電氣主設(shè)備內(nèi)部短路故障的主保護(hù)。從動作原理上講是最好的。在外部故障的選擇性決定于CT對短路電流的正確變換和差動繼電器的優(yōu)良性能。歷年主保護(hù)動作統(tǒng)計表明差動保護(hù)正確動作率偏低。主要原因:①、維護(hù)及運(yùn)行不良。②、CT暫態(tài)誤差的影響。變壓器差動保護(hù)不僅有電路問題，還存在磁路問題。由于大型變壓器的磁路正常運(yùn)行于微飽和工況下。所以，變壓器在帶非線性負(fù)載，如空充負(fù)載變壓器時就會發(fā)生暫態(tài)飽和，勵磁電流增大，導(dǎo)致差動保護(hù)的不平衡電流過大而誤動。舉例如下：
　?、?、 二灘電廠從首臺機(jī)發(fā)電運(yùn)行到現(xiàn)在，廠高變差動保護(hù)誤動過三次，每次動作都是在廠高變的下級廠用電切換時動作，動作后檢查一次設(shè)備無故障，保護(hù)裝置和回路沒問題。
　　結(jié)論：是由于廠高變CT配置不合理，多次切換廠用電引起誤動作。
　　現(xiàn)階段的解決辦法：提高廠高變差動保護(hù)定值。
　?、凇?秦山二期輔助變差動保護(hù)在調(diào)試的一年時間內(nèi)誤動過五次，每次都是在電鍋爐變空充時發(fā)生誤動作。帶大容量電動機(jī)及其它工況下，保護(hù)裝置運(yùn)行良好。動作后檢查一次設(shè)備無故障，保護(hù)裝置及回路良好，保護(hù)裝置帶負(fù)荷檢查差電流也很小。
　　當(dāng)時的結(jié)論：CT飽和及定值不合理。
　　現(xiàn)階段的解決方法：提高輔助變差動保護(hù)定值和采用三取二循環(huán)閉鎖。
　　下面通過分析秦山二期輔助變差動保護(hù)錄波圖，來說明變壓器暫態(tài)飽和對差動保護(hù)的影響，并探討解決該問題的方法和對策。

二、 保護(hù)動作原因分析
1、 設(shè)備情況簡介：
　?、?、設(shè)備用途
　　 輔助變壓器作為核電廠的廠外第二路電源，在第一路電源故障且孤島運(yùn)行不成功的條件下，將由慢切換裝置使廠用中壓電源倒至由輔助變壓器供電。這路電源同時帶有電鍋爐負(fù)荷。
　?、凇⒃O(shè)備參數(shù)
　　 輔助變壓器：額定容量31500KVA；電壓比220KV/6KV；接線組別Y0/Y；220KV側(cè)電流互感器參數(shù)：625/5， 5P20， 40VA， 50HZ，6KV側(cè)電流互感器參數(shù)：3000/5， 5P20， 25VA， 50HZ。
　　 電鍋爐變壓器：額定容量26000 KVA；電壓比6.3KV/13.8KV；接線組別d/Y0；
　?、邸?a target="_blank">繼電保護(hù)配置及整定值
　　 保護(hù)配置采用完全雙重化，既從直流控制電源、跳閘線圈、電流互感器、保護(hù)類型等均實現(xiàn)了獨(dú)立。保護(hù)配置采用的是許繼廠生產(chǎn)的WBH-100型微機(jī)保護(hù)。差動保護(hù)配置為帶有二次諧波制動的比率式差動保護(hù)。
　　 整定值：差動最小動作電流為35%×(變壓器220KV側(cè)額定電流),Icd,min.op=35%×0.66=0.23A；二次諧波制動系數(shù)為20%；最小制動電流為變壓器220KV側(cè)額定電流 Izd=0.66A；斜率S為0.5.
　　④、一次主接線及差動保護(hù)接線方式
　　如圖2所示。

2、保護(hù)動作情況簡介
　　2001年8月26日在電鍋爐變調(diào)試過程中，當(dāng)合3DL空充電鍋爐變時，輔助變差動保護(hù)動作，跳開變壓器兩側(cè)開關(guān)（1DL、2DL）。
　　現(xiàn)場檢查情況如下：
　　1) 輔助變差動保護(hù)動作信號燈點亮。
　　2) 電鍋爐變保護(hù)均未動作。
　　3) 發(fā)變組故障錄波器啟動，但一次系統(tǒng)無故障。
3、保護(hù)動作原因初步分析：

　　1）、錄波圖初步分析：從微機(jī)保護(hù)錄波圖的初步分析，發(fā)現(xiàn)如下情況：
　　①、輔助變差動保護(hù)誤動是由于電鍋爐變空充產(chǎn)生的勵磁涌流導(dǎo)致的，而對于輔助變這種情況下流過的電流為穿越性負(fù)荷電流，此情況下動作是不正確的。
　　②、在涌流的前3個周波，輔助變兩側(cè)電流在數(shù)值及相位關(guān)系均正確。但過了3個周波后輔助變兩側(cè)電流在數(shù)值及相位關(guān)系均發(fā)生了變化。變化規(guī)律為輔助變低壓側(cè)（6KV側(cè)）相對于高壓側(cè)（220KV側(cè)）電流減小了。
　　③、保護(hù)誤動時間為空充電鍋爐變0.3秒之后。
　　2）、從錄波圖選取4個特征點進(jìn)行詳細(xì)分析如下：
　　從輔助變微機(jī)保護(hù)錄波圖（圖2）選取特征點為:
　　第1特征點：空充電鍋爐變前；第2特征點：空充電鍋爐變產(chǎn)生的勵磁涌流第一個波峰點；第3特征點：電流波形突變點；第4特征點：跳閘時刻。
　　錄波分析軟件分析的數(shù)據(jù)如表1：

　　通過計算所得數(shù)據(jù)如表2：

　　通過表2分析可見：當(dāng)差動電流大于最小啟動電流時（微機(jī)型差動保護(hù)只有當(dāng)差動電流大于最小啟動電流時，才進(jìn)行二次諧波制動判斷。），差動電流中基波分量遞減；二次諧波分量與基波分量的比例遞減；五次諧波與基波比例遞增。制動電流中基波分量遞減，二次諧波分量與基波分量的比例遞增。
　　3） 、實際準(zhǔn)確限值系數(shù)（ALF）的計算:
　　高壓側(cè)、低壓側(cè)CT至輔助變保護(hù)屏距離相同，兩側(cè)CT二次負(fù)擔(dān)是匹配的。
　　實測參數(shù)：CT二次負(fù)擔(dān)的各相最大值為0.5歐姆（包括：繼電器和電纜的阻抗），CT內(nèi)阻Rin=0.1歐姆。由于國內(nèi)保護(hù)廠家尚無差動保護(hù)所用CT的使用要求。因此，下面計算是采用ABB公司《SPAD346C差動保護(hù)用CT的使用建議》的要求進(jìn)行的。
　　Fa=Fn×(Sin+Sn)/(Sin+Sa) （1）?
式中：Fa －實際負(fù)荷下CT準(zhǔn)確限值系數(shù)；Fn－額定負(fù)荷下CT準(zhǔn)確限值系數(shù)；Sin－CT內(nèi)部負(fù)荷； Sa －實際負(fù)荷；Sn－額定負(fù)荷。
　　要求：Fa>40 （2）
　　這主要是考慮到區(qū)外故障切除后CT會產(chǎn)生剩磁，在重合于故障時，防止差動保護(hù)誤動作。
　　高壓側(cè)CT實際的準(zhǔn)確限值系數(shù)：∵Sin＝5×5×0.1；Sn＝40；Sa＝5×5×0.5；Fn＝20；∴Fa=56.67。低壓側(cè)CT實際的準(zhǔn)確限值系數(shù)：∵Sin＝5×5×0.1；Sn＝25；Sa＝5×5×0.5；Fn＝20；∴Fa=43.33。
　　高、低壓側(cè)CT均滿足要求。
　　4） 、通過上述分析和計算，筆者認(rèn)為變壓器的暫態(tài)飽和是引起輔助變差動保護(hù)誤動的一個重要原因。據(jù)有關(guān)資料介紹，變壓器穩(wěn)態(tài)飽和勵磁電流最大可達(dá)額定電流的50％左右。從表2可見，變壓器暫態(tài)飽和勵磁電流最大已達(dá)到額定電流的146％。如不采取新的措施，僅靠提高差動保護(hù)定值的方法是不可行的。通過提高差動保護(hù)定值的方法，不僅降低了變壓器匝間短路時保護(hù)的靈敏度，而且將失去比例制動式差動保護(hù)能保護(hù)變壓器匝間短路的優(yōu)點，這是不可取得。

三、 采取的對策探討：
　　變壓器的穩(wěn)態(tài)飽和是由于電源電壓過高、頻率過低引起的，用五次諧波制動的方法來處理是完全可行的。從表2可見，跳閘時刻的五次諧波比例很小，不到基波電流的10％。因此，變壓器的暫態(tài)飽和用五次諧波制動的方法是不可行的。差動電流的基波和二次諧波比都在衰減，利用差動電流中二次諧波比制動的方法也不能避免這種情況下的誤動作。筆者提出利用制動電流中的二次諧波比來制動的方法，能解決微機(jī)型差動保護(hù)在變壓器暫態(tài)飽和時的誤動作。即當(dāng)差動電流與制動電流均大于差動最小動作電流時，進(jìn)行二次諧波比制動的判別。
　　對于微機(jī)型變壓器保護(hù)，由于其具有強(qiáng)大的數(shù)值處理能力，故在二次諧波制動比計算方法的選擇上具有較大的靈活性，目前常用的有以下幾種方法：
　?、?、諧波比最大相制動：
　
　　即利用滿足差動動作條件的差流中二次諧波與基波比的最大值來制動。

　　②、 按相制動：
　
　　即利用差流中最大相的二次諧波與基波比值來制動。
　　③、 綜合相制動：
　
　　即利用三相差流中二次諧波的最大值與基波的最大值之比來制動。
　?、?、 筆者提出的方法，制動電流的諧波比最大相制動：
　
　　即利用滿足差動動作條件的制動電流中二次諧波與基波比的最大值來制動。
　　制動電流的選取有以下三種方式：
　
式中：Ih1，Il1－變壓器高、低壓側(cè)基波電流 ;Ih2，Il2－變壓器高、低壓側(cè)二次諧波電流。
　　下面列表對上述四種方法二次諧波比進(jìn)行比較（僅比較第4特征點）

　　從表3分析可得如下結(jié)論：
　　1、方法④實際是利用負(fù)載變壓器勵磁涌流中的二次諧波來進(jìn)行制動的，因此二次諧波比比較高。
　　2、應(yīng)采用單相制動三相的制動方式。方法④在被保護(hù)變壓器空充及區(qū)內(nèi)故障時的影響與方法①相同。采用該閉鎖方式只能提高微機(jī)型變壓器差動保護(hù)的可靠性，而且能更好的發(fā)揮比例制動式差動保護(hù)能保護(hù)變壓器匝間短路的優(yōu)點。

四、 結(jié)論
　　本文通過一起微機(jī)型變壓器差動保護(hù)誤動原因的分析，揭示了大型變壓器暫態(tài)飽和對差動保護(hù)的影響。這也是比例式變壓器差動保護(hù)誤動頻繁的一個重要原因。并提出了解決該問題的新辦法。望繼電保護(hù)專家與變壓器專家共同研究大型變壓器暫態(tài)飽和的特點及現(xiàn)象，這對提高變壓器差動保護(hù)的正確動作率大有好處。