農(nóng)網(wǎng)35kV變電站主變壓器差動(dòng)保護(hù)技術(shù)分析

王　剛

（河北省巨鹿縣供電公司）

農(nóng)網(wǎng)35kV變電站主變壓器差動(dòng)保護(hù)技術(shù)分析

王剛

（河北省巨鹿縣供電公司）

本文闡述了差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作原理，介紹了微機(jī)差動(dòng)保護(hù)的整定方法，使技術(shù)人員能夠在故障出現(xiàn)后快速判斷引起事故的原因，盡快恢復(fù)主設(shè)備運(yùn)行。

變電站項(xiàng)目；主變壓器差動(dòng)保護(hù)；微機(jī)保護(hù)裝置

0　引言

隨著我國(guó)電網(wǎng)工程的快速發(fā)展，電力變壓器作為電網(wǎng)工程中不可或缺的重要組成部分，扮演著非常重要的角色?？h城35kV變電站是縣農(nóng)副業(yè)、小工業(yè)的硬支柱，因此電力變壓器的安全穩(wěn)定運(yùn)行關(guān)系重大。做為電力變壓器主保護(hù)的差動(dòng)保護(hù)主要用以保證在變壓器內(nèi)部發(fā)生嚴(yán)重故障時(shí)快速動(dòng)作跳閘。通過(guò)以下對(duì)差動(dòng)保護(hù)原理的分析，可使檢修人員縮短檢查、分析時(shí)間，減少大范圍停電時(shí)間。

1　變電站主變壓器的差動(dòng)保護(hù)原理

變電站主變壓器的差動(dòng)保護(hù)是其主保護(hù)，主要是保護(hù)變壓器單相匝間、變壓器繞組內(nèi)部以及引出線(xiàn)上發(fā)生的各種短路故障。理論上來(lái)講，正常運(yùn)行及外部故障時(shí)，差動(dòng)回路電流為零，而兩側(cè)的電流互感器按差接法接線(xiàn)，在正常和外部故障時(shí)，流入繼電器的電流為兩側(cè)電流之差，其值接近為零，繼電器不動(dòng)作。內(nèi)部故障時(shí)，流入繼電器的電流為兩側(cè)電流之和，其值為短路電流，繼電器動(dòng)作。

2　影響主變差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作的幾個(gè)因素

從變壓器的差動(dòng)保護(hù)原理可知，當(dāng)正常運(yùn)行及外部故障時(shí)，差動(dòng)回路電流為零，這是由于許多因素的制約從而產(chǎn)生了不平衡電流，不平衡電流太大，就將降低內(nèi)部故障時(shí)保護(hù)的靈敏度。有時(shí)，甚至使保護(hù)無(wú)法正常工作，所以，減小不平衡電流以及對(duì)于保護(hù)的影響程度就成為了實(shí)現(xiàn)縱差保護(hù)的主要問(wèn)題。

2.1穩(wěn)態(tài)情況下的不平衡電流

1）由電流互感器變化的標(biāo)準(zhǔn)化而產(chǎn)生的不平衡電流。

2）三相變壓器接線(xiàn)產(chǎn)生的不平衡電流。對(duì)于Yy0接線(xiàn)的變壓器，一次和二次兩側(cè)對(duì)應(yīng)相電流的相位幾乎是一模一樣的，而對(duì)Yd11接線(xiàn)的變壓器來(lái)說(shuō)，由于其星形和三角形一側(cè)所對(duì)應(yīng)相的線(xiàn)電壓，在相位上存在著 30°的差距，相應(yīng)的相電流相位也必須保持30°的相差。所以，在三角形側(cè)的電流與星形側(cè)的同一相電流，在相位關(guān)系上三角形側(cè)的電流要比星形側(cè)的同一相電流在相位上超出 30°，由此便知即使在變壓器兩側(cè)電流互感器二次電流的數(shù)值相同的情況下，不平衡電流在差動(dòng)保護(hù)回路中還是會(huì)存在的。如何解決因變壓器Yd11的接線(xiàn)而引發(fā)的不平衡電流，相應(yīng)的措施可以利用相位補(bǔ)償法來(lái)進(jìn)行處理，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是將變壓器星形側(cè)的電流互感器在二次側(cè)接為三角形的；同理可將變壓器三角形側(cè)的電流互感器在二次側(cè)接為星形，借此處理就可以解決變壓器接線(xiàn)所產(chǎn)生的不平衡電流影響。

3）帶負(fù)荷調(diào)整變壓器的分接頭處產(chǎn)生的不平衡電流。

4）因電流互感器變換誤差而引起的不平衡電流。

2.2變壓器的差動(dòng)保護(hù)中減小涌流影響的有效措施

根據(jù)上述分析可以看出，在變壓器的差動(dòng)保護(hù)過(guò)程中，如果沒(méi)有采取有效措施來(lái)消除勵(lì)磁涌流所帶來(lái)的影響，就會(huì)導(dǎo)致保護(hù)的誤動(dòng)作。根據(jù)勵(lì)磁涌流的特性，可以采取以下措施進(jìn)行：

1）利用勵(lì)磁涌流的非周期分量來(lái)使繼電器鐵心實(shí)現(xiàn)飽和，自動(dòng)地增加保護(hù)的動(dòng)作電流；

2）利用提高保護(hù)動(dòng)作值或是延時(shí)動(dòng)作來(lái)躲過(guò)勵(lì)磁涌流。但前者降低了保護(hù)動(dòng)作的靈敏度，而后者則失去了速動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，因此現(xiàn)在不能采用；

3）采用勵(lì)磁涌流波形的差異（有無(wú)間斷角）和內(nèi)部的短路電流來(lái)躲過(guò)勵(lì)磁涌流；

4）利用二次諧波制動(dòng)；

5）利用比率制動(dòng)。

比率制動(dòng)特性的概念：眾所周知，當(dāng)變壓器的工作狀態(tài)在正常負(fù)荷的范圍內(nèi)，變壓器電流的互感器產(chǎn)生的誤差非常小，甚至可以忽略不計(jì)，因此，往往這個(gè)時(shí)候?qū)τ诓顒?dòng)保護(hù)來(lái)講，差回路不平衡電流Iub也是非常小的。但是，如果變壓器的外部由于短路而使電流逐漸增大時(shí)，電流互感器就會(huì)隨之產(chǎn)生飽和，其電流互感器所產(chǎn)生的誤差也將會(huì)隨之而增大，而這個(gè)時(shí)候?qū)τ诓顒?dòng)保護(hù)來(lái)講，差回路不平衡電流Iub也會(huì)隨之增高，一旦差回路不平衡電流Iub超過(guò)預(yù)定的保護(hù)動(dòng)作電流的時(shí)候，差動(dòng)保護(hù)裝置便會(huì)誤動(dòng)。但是，若上述誤動(dòng)不再出現(xiàn)，可以這樣設(shè)想，將繼電器的動(dòng)作電流按比例增大，同時(shí)要比不平衡電流的增大速度快很多，理論可以這樣理解，在這種特性的作用之下便可解決。因此，在變壓器工作的過(guò)程中引進(jìn)差動(dòng)電流來(lái)作為動(dòng)作電流，同時(shí)再引進(jìn)外部短路電流，將其作為制動(dòng)電流，這樣的話(huà)，只要變壓器的外部發(fā)生短路而導(dǎo)致電流逐漸增大，制動(dòng)電流也隨之增大，相應(yīng)地其繼電器的動(dòng)作電流也會(huì)隨之增大。而這種繼電器的制動(dòng)特性就被稱(chēng)為比率制動(dòng)式差動(dòng)繼電器。

比率制動(dòng)、二次諧波制動(dòng)式差動(dòng)繼電器和鑒別波形間斷角的差動(dòng)繼電器中，均設(shè)有防止外部故障的環(huán)流制動(dòng)回路，它們?nèi)叩闹苿?dòng)作用均是隨外部短路電流的增加而增大，所不同的是，比率制動(dòng)式的無(wú)躲過(guò)變壓器勵(lì)磁涌流的功能，故一般均需增設(shè)二次諧波和三次諧波制動(dòng)部分，以克服這一缺點(diǎn)。但由于制動(dòng)系數(shù) Kbrk=動(dòng)作電流/制動(dòng)電流＜1，而且因?yàn)橐话阍谥苿?dòng)電流小于變壓器額定電流時(shí)，制動(dòng)不起作用，故內(nèi)部故障時(shí)，靈敏度高，即使是在單側(cè)電源時(shí)也能有較靈敏的動(dòng)作。

3　目前微機(jī)保護(hù)裝置保護(hù)原理

3.1變壓器的接線(xiàn)方式和補(bǔ)償

變壓器各側(cè)的電流互感器，二次都采用星形接線(xiàn)（或者是選擇按常規(guī)接線(xiàn)），其二次電流是直接接入裝置的，這就簡(jiǎn)化了CT的二次接線(xiàn)，增加了電流回路的可靠性，有利于CT斷線(xiàn)的識(shí)別。電流互感器各側(cè)的極性都以指向母線(xiàn)為同極性端，如圖1所示。

圖1

變壓器CT二次電流相位由軟件自校正，是指對(duì)Y側(cè)的校正，兩卷變壓器一般都為Y/△-11接線(xiàn)。

3.2低壓側(cè)補(bǔ)償系數(shù)的計(jì)算

當(dāng)變壓器兩側(cè)的PT和CT的變化比不能完全匹配時(shí)，需要根據(jù)兩側(cè)一、二次側(cè)的PT變比以及CT變比來(lái)計(jì)算出一個(gè)補(bǔ)償系數(shù) KL，從而使得高、低壓側(cè)的電流能夠相匹配。

式中，CTL、PTL分別為低壓側(cè)CT、PT變比；CTH、PTH分別為高壓側(cè)CT、PT變比。

實(shí)際的低壓側(cè)電流乘以該側(cè)低壓系數(shù) KL，高、低壓側(cè)電流就可以實(shí)現(xiàn)平衡。

3.3差動(dòng)速斷保護(hù)

差動(dòng)速斷保護(hù)不受制動(dòng)電流制動(dòng)或諧波電流閉鎖控制（見(jiàn)圖2）。

圖2

3.4差動(dòng)保護(hù)

如圖3所示，以A相為例（B、C相同理），比率制動(dòng)動(dòng)作的條件為：Iazd＞制動(dòng)定值，且Iacd＜比率系數(shù)·Iazd。

圖3

諧波的制動(dòng)條件是：Icd2＞Iacd·K2（Icd2為三相差動(dòng)電流中二次諧波的最大值；Iacd則為A相的差動(dòng)電流；K2為二次諧波制動(dòng)系數(shù)，通過(guò)整定“諧波系數(shù)”可以獲得）。

3.5定值整定原則

選擇合適的CT變比。

速斷定值（也就是差動(dòng)速斷電流的定值），按照其躲過(guò)主變空投時(shí)產(chǎn)生的最大涌流電流來(lái)整定，一般情況下，選取變壓器高壓側(cè)二次額定電流（以Ie表示）的6～12倍，并且要保證靈敏度的要求。

比率制動(dòng)功能，Izds一般選取Izds=（0.8～1.2）Ie，Icds一般選取（0.2～0.6）Ie；如果Izds＞Ie，動(dòng)作不可靠，而 Izds＜Ie時(shí)，內(nèi)部故障的靈敏度有一定下降，比率系數(shù) K1一般選取 0.3～0.7，但同時(shí)應(yīng)該滿(mǎn)足K1≤Icds/Izds。

諧波系數(shù)（也就是二次諧波制動(dòng)比率系數(shù)），一般選取0.15～0.25，所依據(jù)的基本原則是：整定比較小時(shí)，制動(dòng)比較可靠，但內(nèi)部出現(xiàn)故障時(shí)，靈敏度就會(huì)下降；K2整定較大時(shí)，內(nèi)部出現(xiàn)故障時(shí)靈敏度就會(huì)增加；一般應(yīng)該根據(jù)主變投運(yùn)前的數(shù)次空投試驗(yàn)。

4　主變差動(dòng)誤動(dòng)故障分析

目前農(nóng)網(wǎng) 35kV變電站大多改造為綜自保護(hù)設(shè)備，經(jīng)常出現(xiàn)發(fā)生差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作時(shí)變壓器并未發(fā)生嚴(yán)重故障，大多是因?yàn)槠渌蛩匾鸬?，主要是由于技術(shù)人員對(duì)差動(dòng)保護(hù)原理不清楚造成的。

現(xiàn)象1：變比修正系數(shù)計(jì)算不正確，主變低負(fù)荷時(shí)問(wèn)題未發(fā)現(xiàn)，當(dāng)變壓器負(fù)荷增大時(shí)，不平衡電流快速明顯增加，造成差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作。

現(xiàn)象2：二次側(cè)相位補(bǔ)償接線(xiàn)時(shí)相序接反，主變低負(fù)荷時(shí)問(wèn)題未發(fā)現(xiàn)，當(dāng)變壓器負(fù)荷增大時(shí)，差動(dòng)電流快速明顯增加，造成保護(hù)誤動(dòng)作。

現(xiàn)象3：二次側(cè)相位補(bǔ)償接線(xiàn)時(shí)極性接反，也存在造成低負(fù)荷時(shí)問(wèn)題未發(fā)現(xiàn)，當(dāng)變壓器負(fù)荷增大時(shí)，差動(dòng)電流快速明顯增加，造成保護(hù)誤動(dòng)作。

現(xiàn)象4：試驗(yàn)時(shí)粗心，個(gè)別差動(dòng)回路二次端子未擰緊或未將試驗(yàn)連接片恢復(fù)，造成差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作。

現(xiàn)象5：由于比率制動(dòng)系數(shù)或二次諧波制動(dòng)系數(shù)選擇不合適造成主變差動(dòng)保護(hù)靈敏度增大引起差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作。

5　結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)對(duì)主變差動(dòng)動(dòng)作原理的分析，使技術(shù)人員能夠在故障出現(xiàn)后快速判斷引起事故的原因，在排除設(shè)備誤動(dòng)作時(shí)，結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)，迅速找出設(shè)備故障點(diǎn)，縮短搶修時(shí)間，盡快恢復(fù)主設(shè)備運(yùn)行。

［1］ 李瑋. 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)事故案例與分析［M］. 北京：中國(guó)電力出版社， 2012.

［2］ 崔家佩， 孟慶炎， 陳永芳， 等. 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)與安全自動(dòng)裝置整定計(jì)算［M］. 北京： 中國(guó)電力工業(yè)出版社， 1993.

（2015-09-25）