負(fù)荷變壓器差動(dòng)速斷保護(hù)區(qū)外故障誤動(dòng)的原因與對(duì)策分析

摘要：差動(dòng)速斷保護(hù)是為了在變壓器內(nèi)部發(fā)生嚴(yán)重故障，一般的比率差動(dòng)保護(hù)可能誤判為涌流而失效時(shí)能夠快速切除故障而設(shè)置的，高壓廠用變壓器（簡稱高廠變）等負(fù)荷變壓器因低壓側(cè)區(qū)外故障電流互感器（TA）深度飽和引起的差動(dòng)速斷保護(hù)誤動(dòng)問題一直是實(shí)際運(yùn)行中的難題。針對(duì)高廠變差動(dòng)速斷保護(hù)區(qū)外故障誤動(dòng)的案例，通過對(duì)TAnbsp；飽和特性的分析，找到了常規(guī)差動(dòng)速斷保護(hù)誤動(dòng)的原因，提出了用工頻量差動(dòng)速斷保護(hù)來解決高廠變和直配線路負(fù)荷變壓器因低壓側(cè)TAnbsp；飽和引起的差動(dòng)速斷保護(hù)誤動(dòng)問題的對(duì)策。

關(guān)鍵詞：差動(dòng)速斷保護(hù)；故障；原因；對(duì)策

變壓器內(nèi)部發(fā)生嚴(yán)重故障時(shí)，差電流可能會(huì)因電流互感器（TA）飽和出現(xiàn)諧波，比率差動(dòng)保護(hù)可能誤判為涌流而失效，差動(dòng)速斷保護(hù)不加任何閉鎖措施，沒有制動(dòng)特性，定值按躲過涌流整定，能夠快速切除故障。但在實(shí)際運(yùn)行中，由于高壓廠用變壓器（簡稱高廠變）低壓側(cè)的TAnbsp；一般都安裝在斷路器屏內(nèi)，受安裝空間的限制，往往只能選用小容量的Pnbsp；級(jí)TA。當(dāng)?shù)蛪簜?cè)區(qū)外發(fā)生故障時(shí)，該TAnbsp；很容易深度飽和，造成差動(dòng)速斷保護(hù)誤動(dòng)。為解決此誤動(dòng)問題，要抬高定值，但即便按7～8nbsp；倍的額定電流進(jìn)行整定，也不一定能完全避免誤動(dòng)。本文針對(duì)一起誤動(dòng)案例，通過分析TAnbsp；飽和時(shí)二次電流的特征，找到了常規(guī)差動(dòng)速斷保護(hù)誤動(dòng)的原因，提出了防誤動(dòng)對(duì)策，該對(duì)策同樣適用于解決直配線路負(fù)荷變壓器的差動(dòng)速斷保護(hù)誤動(dòng)問題。

1.現(xiàn)場(chǎng)典型事故案例

某電廠4nbsp；號(hào)機(jī)組（100nbsp；MW）廠用變壓器低壓側(cè)Bnbsp；分支廠用電發(fā)生三相短路，差動(dòng)速斷保護(hù)動(dòng)作出口。差動(dòng)速斷定值為8Inbsp；e（Inbsp；enbsp；為額定電流），圖1、圖2分別為高廠變高、低壓側(cè)三相電流波形，圖3nbsp；為差流波形。對(duì)比圖1、圖2nbsp；的相位，發(fā)現(xiàn)高廠變高、低壓側(cè)同相電流之間的相位差大約為180°，說明短路點(diǎn)在區(qū)外。

從圖1nbsp；可以看出，Cnbsp；相電流始終對(duì)稱，波形沒有畸變，說明Cnbsp；相電流不含直流分量，Cnbsp；相鐵芯也沒有飽和，TAnbsp；傳變性能良好；ABnbsp；兩相電流在短路初期嚴(yán)重偏于時(shí)間軸的一側(cè)，說明短路電流的直流分量較大；ABnbsp；兩相電流在短路一個(gè)周期以后均發(fā)生了畸變，說明ABnbsp；兩相鐵芯在一個(gè)周期以后就飽和了，該飽和可能是短路電流里的直流分量引起的，也可能是剩磁通與直流分量磁通共同作用的結(jié)果。 從圖2nbsp；可以看出，ABnbsp；兩相電流在故障后第1nbsp；個(gè)峰值前就發(fā)生畸變，說明該兩相鐵芯的剩磁很嚴(yán)重，故障后不到5nbsp；msnbsp；就發(fā)生了嚴(yán)重飽和，TAnbsp；傳變故障電流的能力很差，于是就產(chǎn)生了很大的不平衡差流（見圖3）。

圖1nbsp； 高廠變高壓側(cè)電流波形

圖2 高廠變Bnbsp；分支電流波形

圖3 高廠變?nèi)嗖盍鞑ㄐ?/p>

圖3nbsp；中三相差流的峰值分別為13.50Inbsp；e，10.70Inbsp；e，6.85Inbsp；e，由半波積分法算得的三相差流的有效值分別為11.91Inbsp；e，9.01Inbsp；e，6.02Inbsp；e，而差動(dòng)速斷保護(hù)的動(dòng)作定值為8Inbsp；e，顯然，ABnbsp；兩相差流都大于差動(dòng)速斷保護(hù)定值，差動(dòng)速斷保護(hù)動(dòng)作。

2.高廠變差動(dòng)速斷保護(hù)誤動(dòng)原因分析

2.1高廠變TAnbsp；的特點(diǎn)

高廠變高壓側(cè)的TAnbsp；通常都安裝在戶外，選型時(shí)沒有太多的限制，可以選擇容量適中、能滿足短路電流水平要求的TA，故障時(shí)一般不易飽和。而低壓側(cè)的TAnbsp；一般都要求安裝在斷路器屏內(nèi)，受安裝空間的限制，不易選到大變比、大容量的TA，而小容量的Pnbsp；級(jí)TAnbsp；能夠承受的短路電流水平又比較低，剩磁也比較嚴(yán)重，故障時(shí)很容易深度飽和，引起差動(dòng)速斷保護(hù)誤動(dòng)[1]。

2.2影響TAnbsp；傳變特性的因素

發(fā)生故障時(shí)，鐵芯剩磁和一次電流非周期分量是引起TAnbsp；深度飽和的兩個(gè)重要因素，而TAnbsp；一旦深度飽和就基本喪失了電流傳變能力[2]。在短路初期的暫態(tài)階段，一次電流里通常含有比較大的直流分量，波形偏于時(shí)間軸的一側(cè)，由于TAnbsp；鐵芯磁通不能突變，于是在二次回路里也產(chǎn)生了一個(gè)自由分量電流。因此，在短路初始階段，只要TAnbsp；不飽和，它是能夠準(zhǔn)確傳變一次電流的，二次電流波形與一次電流接近。隨著時(shí)間的推移，一次電流的直流分量逐步進(jìn)入勵(lì)磁回路，于是鐵芯里又多了一個(gè)非周期性分量磁通。如果剩磁通與非周期性分量磁通同向疊加后的磁通接近或大于飽和磁通，TAnbsp；就飽和，勵(lì)磁電流就急劇上升，二次電流就嚴(yán)重畸變，TAnbsp；的傳變特性就急劇惡化。假定TAnbsp；的變比為1：1，并忽略變比誤差，則TAnbsp；嚴(yán)重飽和時(shí)的一、二次電流波形如圖4nbsp；所示[3]。

圖4 TAnbsp；嚴(yán)重飽和時(shí)一、二次電流波形

2.3高廠變差動(dòng)速斷保護(hù)誤動(dòng)的原因

對(duì)于高廠變，當(dāng)?shù)蛪簜?cè)區(qū)外發(fā)生故障時(shí)，高壓側(cè)TAnbsp；通常不易飽和，在故障初期，TAnbsp；能夠準(zhǔn)確傳變一次電流，二次電流波形與圖4nbsp；中的紅線很接近，含有很大的直流分量。低壓側(cè)TAnbsp；在故障后幾毫秒就深度飽和，其二次電流波形與圖4nbsp；中的藍(lán)線很接近，于是就在二次回路形成了很大的差流。常規(guī)差動(dòng)速斷保護(hù)都采用半波積分法計(jì)算差流，差流計(jì)算值與圖4nbsp；中紅線、藍(lán)線間的面積成正比，數(shù)值很大，保護(hù)很容易誤動(dòng)。常規(guī)差動(dòng)速斷保護(hù)使用半波積分法計(jì)算差流的好處是實(shí)現(xiàn)簡單、動(dòng)作速度快，不足是差流計(jì)算值受TAnbsp；飽和的影響較大。對(duì)于其他類型變壓器，由于可以通過選擇容量適中、能滿足短路電流水平要求的TAnbsp；來保證故障時(shí)不飽和或只有輕微飽和，區(qū)外故障時(shí)的差流計(jì)算誤差并不大，加上差動(dòng)速斷保護(hù)定值又是按躲過勵(lì)磁涌流整定的，因此不會(huì)誤動(dòng)。

3.工頻量差動(dòng)速斷保護(hù)

工頻量差動(dòng)速斷保護(hù)通過對(duì)變壓器各側(cè)電流的基波分量求差得到差流，基本不受直流分量和諧波影響。故障時(shí)，如果各側(cè)TAnbsp；都不飽和，則差流計(jì)算值與常規(guī)差動(dòng)速斷保護(hù)基本上是一樣的。對(duì)于高廠變低壓側(cè)區(qū)外故障，盡管低壓側(cè)TAnbsp；嚴(yán)重飽和會(huì)造成低壓側(cè)的電流工頻量幅值有比較大的損失，但工頻量差流計(jì)算值仍然比常規(guī)差動(dòng)速斷保護(hù)小得多，保護(hù)不容易誤動(dòng)[2]。

當(dāng)工頻量差動(dòng)速斷保護(hù)用于高廠變時(shí)，低壓側(cè)區(qū)外故障不會(huì)誤動(dòng)，區(qū)內(nèi)嚴(yán)重故障時(shí)能夠靈敏動(dòng)作。因?yàn)楦邚S變通常是兩繞組變壓器，只有高壓側(cè)有電源，且高壓側(cè)TAnbsp；不存在嚴(yán)重的飽和問題。區(qū)內(nèi)故障時(shí)，低壓側(cè)TAnbsp；由于不流過故障電流也不存在飽和問題，因此，工頻量差流實(shí)際上就是高壓側(cè)二次電流的基波分量。對(duì)于一般性區(qū)內(nèi)故障，完全可以由比率差動(dòng)保護(hù)來切除。對(duì)于嚴(yán)重的區(qū)內(nèi)故障，即使高壓側(cè)TAnbsp；有輕微的飽和，工頻量差流的幅值損失也不大，按正常要求整定的差動(dòng)速斷保護(hù)是能夠靈敏動(dòng)作的。所謂區(qū)內(nèi)嚴(yán)重故障，一般是指高壓側(cè)繞組引出線或高壓繞組端側(cè)附近發(fā)生嚴(yán)重短路故障工頻量差流算法計(jì)算值可見，當(dāng)?shù)蛪簜?cè)區(qū)外嚴(yán)重故障時(shí)，短路回路在包含高廠變短路阻抗的情況下，最大的工頻量差流有效值就已達(dá)到5.47Inbsp；e，區(qū)內(nèi)嚴(yán)重故障時(shí)，短路回路里基本不含或只含很少一部分高廠變短路阻抗，因此，如果定值按7～8nbsp；倍的額定電流整定的話，差動(dòng)速斷保護(hù)的靈敏度是有保證的。

4.負(fù)荷變壓器差動(dòng)速斷保護(hù)的防誤動(dòng)對(duì)策

4.1nbsp；高廠變差動(dòng)速斷保護(hù)的防誤動(dòng)對(duì)策

高廠變差動(dòng)速斷保護(hù)的誤動(dòng)問題由來已久，學(xué)術(shù)界也一直在研究對(duì)策。在實(shí)際運(yùn)行中，如果低壓側(cè)TAnbsp；剩磁很嚴(yán)重的話，其線性傳變時(shí)間可能只有2～3nbsp；ms。由于高廠變低壓側(cè)TAnbsp；在低壓側(cè)區(qū)外故障時(shí)很容易深度飽和的問題難以解決，筆者認(rèn)為，可以用工頻量差動(dòng)速斷保護(hù)替代常規(guī)的差動(dòng)速斷保護(hù)來解決低壓側(cè)區(qū)外故障的誤動(dòng)問題。

4.2nbsp；直配線路負(fù)荷變壓器差動(dòng)速斷保護(hù)的誤動(dòng)問題

電力系統(tǒng)配電網(wǎng)中存在著大量的直配線路，相應(yīng)的負(fù)荷變壓器也存在著與高廠變類似的情況。由于低壓側(cè)電壓等級(jí)較低時(shí)負(fù)荷電流很大，同時(shí)還受投資費(fèi)用和安裝空間等因素的限制，低壓側(cè)也是普遍采用小容量的Pnbsp；級(jí)TA。當(dāng)?shù)蛪簜?cè)區(qū)外發(fā)生嚴(yán)重短路故障時(shí)，低壓側(cè)TAnbsp；也很容易飽和，差動(dòng)速斷保護(hù)也存在誤動(dòng)問題[3]。筆者認(rèn)為，該問題也可以通過改用工頻量差動(dòng)速斷保護(hù)來解決。

5.結(jié)語

由于高廠變低壓側(cè)TAnbsp；一般都安裝在斷路器屏內(nèi)，受安裝空間的限制，只能選用Pnbsp；級(jí)小容量TA，低壓側(cè)區(qū)外故障時(shí)，在剩磁和非周期性分量電流的作用下很容易深度飽和，造成差動(dòng)速斷保護(hù)誤動(dòng)。本文通過一起差動(dòng)速斷保護(hù)誤動(dòng)的案例，分析了TAnbsp；飽和時(shí)二次電流的特征及其對(duì)基于半波積分法的常規(guī)差動(dòng)速斷保護(hù)的影響，提出了改用工頻量差動(dòng)速斷保護(hù)來解決因低壓側(cè)TAnbsp；飽和引起的差動(dòng)速斷保護(hù)誤動(dòng)問題的思路，并通過對(duì)一組故障實(shí)例數(shù)據(jù)的對(duì)比計(jì)算，驗(yàn)證了該思路的合理性，具有一定的工程實(shí)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

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