淺析220kV主變的差動(dòng)保護(hù)原理及調(diào)度處理原則

摘 要：文章深入分析了RCS978變壓器保護(hù)裝置的差動(dòng)保護(hù)原理，并解釋其關(guān)于差動(dòng)保護(hù)一些技術(shù)難題的解決，有助于幫助運(yùn)維人員和調(diào)度人員理解變壓器差動(dòng)保護(hù)原理，和更好地分析和處理變壓器故障。

關(guān)鍵詞：變壓器；RCS978變壓器主保護(hù)原理；調(diào)度處理原則

1 概述

變壓器是電力系統(tǒng)中發(fā)電、輸電、變電、配電中的一個(gè)關(guān)鍵設(shè)備，若變壓器故障可能會(huì)導(dǎo)致供電可靠性降低，也可能會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)穩(wěn)定裕度降低。同時(shí)，變壓器保護(hù)在區(qū)內(nèi)故障時(shí)拒動(dòng)，而在區(qū)外故障時(shí)誤動(dòng)，都會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定構(gòu)成極大的威脅，所以變壓器必須要具備可靠的、完備的繼電保護(hù)來(lái)切除故障。目前，很多220kV變電站的主變保護(hù)都采用南瑞繼保的RCS978變壓器保護(hù)裝置，下面將介紹RCS978變壓器保護(hù)裝置的主保護(hù)-差動(dòng)保護(hù)的原理以及調(diào)度員面對(duì)主變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作后的處理原則。

2 RCS978變壓器主保護(hù)（差動(dòng)保護(hù)）原理介紹

與其他元件保護(hù)（如母線(xiàn)、發(fā)電機(jī)）的差動(dòng)保護(hù)相同，變壓器的差動(dòng)保護(hù)的原理是以克希荷夫第一定律為基礎(chǔ)，即流入和流出元件的電流的和應(yīng)為0，從物理意義上解釋?zhuān)褪钱?dāng)變壓器正常運(yùn)行或者區(qū)外故障的時(shí)候，流入變壓器的電流應(yīng)該與流出變壓器的電流相等；而當(dāng)變壓器發(fā)生區(qū)內(nèi)故障的時(shí)候，電流只會(huì)流進(jìn)變壓器，而沒(méi)有電流流出變壓器。因此，可以從流入和流出變壓器的差流而判定差動(dòng)保護(hù)是否應(yīng)該動(dòng)作。

2.1 穩(wěn)態(tài)比率差動(dòng)保護(hù)

2.1.1 穩(wěn)態(tài)低值比率差動(dòng)

區(qū)內(nèi)故障與區(qū)外故障

當(dāng)變壓器發(fā)生區(qū)內(nèi)故障的時(shí)候，變壓器每一側(cè)的短路電流都是從母線(xiàn)流入變壓器，與參考方向一致，定義為正值，所以差動(dòng)電流將遠(yuǎn)大于0值，容易滿(mǎn)足差動(dòng)動(dòng)作條件，差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作。

當(dāng)變壓器發(fā)生區(qū)外故障的時(shí)候，例如在低壓母線(xiàn)上發(fā)生故障，高、中壓側(cè)的短路電流從母線(xiàn)流入變壓器，定義為正值。而低壓側(cè)電流則是從變壓器流出到母線(xiàn)，與參考方向相反，定義為負(fù)值。而高、中壓側(cè)的電流大小和低壓側(cè)的電流大小剛好相等（不考慮變比、角度等造成的差流），所以電流向量和等于0，因此差動(dòng)保護(hù)不應(yīng)動(dòng)作。

2.1.2 穩(wěn)態(tài)高值比率差動(dòng)

考慮到區(qū)內(nèi)嚴(yán)重故障同時(shí)TA飽和，低值差動(dòng)可能會(huì)受到閉鎖，所以TA飽和的判據(jù)不會(huì)參與到高值比率差動(dòng)的判定中。

2.2 工頻變化量比率差動(dòng)

匝間短路是電力變壓器主要的內(nèi)部故障形式之一， RCS978裝置利用工頻變化量差動(dòng)保護(hù)可以很好地反映并隔離此種故障，從而提高保護(hù)的可靠性和靈敏度。裝置利用變壓器各側(cè)電流中的工頻變化量與差電流中的工頻變化量，實(shí)現(xiàn)工頻變化量比率差動(dòng)保護(hù)。

2.3 差動(dòng)速斷保護(hù)

當(dāng)變壓器區(qū)內(nèi)發(fā)生故障，有時(shí)候會(huì)因?yàn)楣收想娏鬟^(guò)大而使得電流互感器飽和，導(dǎo)致電流互感器的二次電流波形發(fā)生嚴(yán)重畸變，從而使得二次電流含有大量的諧波分量，這就有可能被勵(lì)磁涌流的判別元件閉鎖，導(dǎo)致差動(dòng)保護(hù)延遲動(dòng)作甚至拒動(dòng)，加重了故障對(duì)變壓器的損壞。

對(duì)于以上的缺陷，RCS978的差動(dòng)保護(hù)增設(shè)差動(dòng)速斷元件，差動(dòng)速斷元件反映的也是差流，但與穩(wěn)態(tài)差動(dòng)保護(hù)、工頻變化量差動(dòng)保護(hù)的區(qū)別是差動(dòng)速斷保護(hù)只反映差動(dòng)電流的有效值，只要差流的有效值超過(guò)預(yù)設(shè)定值，不論差動(dòng)電流的波形是否畸變、是否含有諧波分量，立刻跳開(kāi)變壓器各側(cè)開(kāi)關(guān)，把變壓器從電網(wǎng)中切除。差動(dòng)速斷的動(dòng)作依據(jù)就是當(dāng)任一相差動(dòng)電流大于差動(dòng)速斷整定值時(shí)瞬時(shí)動(dòng)作跳開(kāi)變壓器各側(cè)開(kāi)關(guān)。一般差動(dòng)速斷整定值整定為5至10倍額定電流

3 RCS978保護(hù)裝置對(duì)勵(lì)磁涌流的處理方法

變壓器的高低壓側(cè)是通過(guò)電磁聯(lián)系的，故僅在電源的一側(cè)存在勵(lì)磁電流，這勵(lì)磁電流將全部流入差動(dòng)回路。在變壓器正常運(yùn)行時(shí)，此值一般較小，不會(huì)導(dǎo)致差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作。而變壓器空載合閘時(shí)，會(huì)出現(xiàn)勵(lì)磁涌流，在電壓值為零時(shí)合閘時(shí)，變壓器的鐵芯中磁通將短時(shí)間內(nèi)急劇增大，鐵芯從而達(dá)到飽和，因此將會(huì)造成一個(gè)很大的沖擊電流，此即為勵(lì)磁涌流。而這個(gè)大電流很容易造成差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作。RCS978裝置采用諧波識(shí)別和波形畸變識(shí)別來(lái)防止差動(dòng)保護(hù)因勵(lì)磁涌流而誤動(dòng)作。

3.1 諧波含量判別勵(lì)磁涌流

勵(lì)磁涌流含有大量的諧波分量，尤其是二次諧波分量含量較大。因此，可以利用這個(gè)特征來(lái)進(jìn)行判別。RCS-978裝置的差動(dòng)保護(hù)采用二、三次諧波的含量來(lái)判別勵(lì)磁涌流，當(dāng)二次諧波分量、三次諧波分量達(dá)到整定的基波占比后，就閉鎖差動(dòng)保護(hù)。

3.2 波形畸變判別勵(lì)磁涌流

一般故障時(shí)，差動(dòng)電流的波形基本上是正弦波。而勵(lì)磁涌流中含有大量的諧波分量，從而使波形出現(xiàn)不對(duì)稱(chēng)、間斷和畸變。通過(guò)差動(dòng)電流波形的這種區(qū)別，就可以判別出是否勵(lì)磁涌流。

4 變壓器故障的處理原則

從以上對(duì)RCS978裝置的差動(dòng)保護(hù)的原理分析，可以知道當(dāng)變壓器差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，即變壓器內(nèi)部或其引線(xiàn)發(fā)生了故障。而變壓器保護(hù)還有其他保護(hù)，起到不同的保護(hù)作用。當(dāng)差動(dòng)保護(hù)或其他保護(hù)動(dòng)作時(shí)，其處理原則如下：

（1）變壓器跳閘導(dǎo)致廠站內(nèi)其他變壓器過(guò)載，運(yùn)行值班員應(yīng)及時(shí)匯報(bào)值班調(diào)度員，并告知調(diào)度員設(shè)備允許過(guò)載能力。值班調(diào)度員應(yīng)迅速采取措施，按以下原則處置：a.按現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行規(guī)程過(guò)負(fù)荷運(yùn)行，并盡快在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)降低負(fù)荷。b.投入備用變壓器。c.轉(zhuǎn)移負(fù)荷。d.改變系統(tǒng)接線(xiàn)方式，調(diào)整潮流。e.按事故限電要求限制負(fù)荷。

（2）變壓器保護(hù)動(dòng)作跳閘后，根據(jù)保護(hù)動(dòng)作的正確與否，以及檢查內(nèi)、外部現(xiàn)象判斷跳閘原因，進(jìn)行相應(yīng)的處理：a.變壓器的差動(dòng)和瓦斯保護(hù)同時(shí)動(dòng)作時(shí)，在沒(méi)有查清楚故障原因及消除故障之前，不得送電。b.變壓器差動(dòng)與重瓦斯保護(hù)兩者其中之一動(dòng)作時(shí)，首先對(duì)其保護(hù)范圍內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行外部檢查，若檢查到外部無(wú)明顯故障，并且檢查瓦斯繼電器氣體顏色和可燃性證明變壓器內(nèi)部無(wú)明顯故障時(shí)，可用發(fā)電機(jī)對(duì)變壓器零起升壓，如升壓無(wú)異常，可將變壓器恢復(fù)運(yùn)行。若無(wú)條件用發(fā)電機(jī)對(duì)變壓器零起升壓，則應(yīng)取油樣及氣樣進(jìn)行分析檢查，證實(shí)變壓器內(nèi)部無(wú)故障后，經(jīng)設(shè)備主管單位總工程師同意，方可試送電。c.變壓器后備保護(hù)動(dòng)作，經(jīng)檢查變壓器外部無(wú)異常，可以試送電。d.若因其他設(shè)備故障而其相應(yīng)開(kāi)關(guān)拒動(dòng)，導(dǎo)致變壓器保護(hù)越級(jí)動(dòng)作跳閘，在故障點(diǎn)隔離或消除后，可將變壓器恢復(fù)運(yùn)行。如果保護(hù)屬于不正確動(dòng)作，應(yīng)退出該保護(hù)，再恢復(fù)變壓器運(yùn)行。e.若因?yàn)槿藶樵颍ㄕ`碰、誤導(dǎo)通二次回路等），導(dǎo)致變壓器保護(hù)跳閘，值班調(diào)度員經(jīng)核實(shí)情況后可同意將該變壓器恢復(fù)運(yùn)行。

5 結(jié)束語(yǔ)

文章介紹了RCS978變壓器保護(hù)裝置的差動(dòng)保護(hù)原理，包括穩(wěn)態(tài)低值比率差動(dòng)、穩(wěn)態(tài)高值比率差動(dòng)、工頻變化量比率差動(dòng)和差動(dòng)速斷保護(hù)；另外，也解析了RCS978裝置如何解決差動(dòng)保護(hù)的技術(shù)難題，從而更好地幫助運(yùn)行和調(diào)度人員在處理變壓器故障時(shí)，能做出更準(zhǔn)確的判斷。

參考文獻(xiàn)

[1]南京南瑞繼保電氣有限公司.RCS-978型變壓器成套保護(hù)裝置220kV版技術(shù)說(shuō)明書(shū)（V3.01）[S].南京：南京南瑞繼保電氣有限公司出版，2005.