10kV電網(wǎng)主變保護(hù)誤動(dòng)的故障分析

王忠友

摘要：如果想保證實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中變壓器的安全性和穩(wěn)定性，那么就要正確利用主變壓器，充分發(fā)出它的作用，阻抗內(nèi)部短路問(wèn)題，更好的保護(hù)主變壓器，提升保護(hù)效果。一旦變壓器處在運(yùn)行狀態(tài)下，大多數(shù)主變壓器保護(hù)誤動(dòng)和各種故障問(wèn)題存在密切聯(lián)系。加強(qiáng)對(duì)主變壓器短路阻抗的調(diào)整，能夠防止對(duì)主變壓器進(jìn)行保護(hù)，提升變壓器運(yùn)行過(guò)程中的安全性和穩(wěn)定性。對(duì)此，本文首先介紹主變壓器的作用，然后分析主變壓器誤動(dòng)原因，最后說(shuō)明解決電流互感器暫態(tài)飽和的策略。

關(guān)鍵詞：10kV電網(wǎng);主變保護(hù);故障

建立保護(hù)系統(tǒng)的主要目的是保護(hù)電網(wǎng)主變壓器的安全性和可靠性，但是因?yàn)?0kV線路發(fā)生各種不同的故障問(wèn)題，例如，線路設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)存在問(wèn)題、實(shí)際運(yùn)行中出現(xiàn)動(dòng)蕩等，這些問(wèn)題使保護(hù)裝置傳送一些錯(cuò)誤動(dòng)作信號(hào)，錯(cuò)誤的動(dòng)作信號(hào)會(huì)使差動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)作，如果想找到出現(xiàn)問(wèn)題的原因和科學(xué)合理的解決方法，那么相關(guān)工作人員就要根據(jù)電網(wǎng)實(shí)際情況，進(jìn)行詳細(xì)分析，找到對(duì)應(yīng)的解決辦法。

一、電網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中主變壓器的作用

按照實(shí)際用電量、用電途徑等方面的要求，通常配電系統(tǒng)需要挑選對(duì)應(yīng)數(shù)量以及結(jié)構(gòu)的主變壓器，確保選擇的主變壓器能夠做好基礎(chǔ)電壓轉(zhuǎn)換工作，幫助各個(gè)電力設(shè)備開(kāi)展科學(xué)合理的調(diào)配，主變壓器是變電站的一種基礎(chǔ)設(shè)備[1]。

第一點(diǎn)，主變壓器在掌控電壓數(shù)值轉(zhuǎn)變方面存在一些作用，主變壓器是變電關(guān)鍵設(shè)備之一，它能夠幫助傳輸以及轉(zhuǎn)換電能，滿足電力系統(tǒng)中各個(gè)設(shè)備以及用電居民的各項(xiàng)需求，并且還能夠變換電壓等級(jí)，確保每個(gè)傳輸階段電壓數(shù)值的準(zhǔn)確性，提升運(yùn)送電能的效果，防止出現(xiàn)超載安全隱患。

第二點(diǎn)，主變壓器在調(diào)控電子設(shè)備方面存在一些作用，因?yàn)殡娏υO(shè)備內(nèi)部線圈結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，主變壓器能夠根據(jù)電力設(shè)備性能不斷調(diào)整電能供應(yīng)，確保將實(shí)際功率、傳輸電壓等各個(gè)參數(shù)控制在合理范圍里，根據(jù)變電站設(shè)備的實(shí)際情況，建立對(duì)應(yīng)的安全保護(hù)和支持。

如果遇到主變壓器發(fā)生跳閘問(wèn)題后，值班工作人員要立刻將這一情況報(bào)告給調(diào)度員，第一時(shí)間內(nèi)安排維修工作者進(jìn)行維修檢查，按照實(shí)際檢查結(jié)果制定對(duì)應(yīng)對(duì)策?，F(xiàn)場(chǎng)維修工作者要搜集與故障有關(guān)的信息，例如保護(hù)文件資料等，因?yàn)閮商撞顒?dòng)保護(hù)有著鎖定功能，所以這種情況下保護(hù)動(dòng)作是正確的。按照相應(yīng)圖紙檢查保護(hù)設(shè)定值，詳細(xì)檢查二次回路氣體。

二、主變壓器誤動(dòng)原因

（一）詳細(xì)分析主變壓器誤動(dòng)技術(shù)

在線路發(fā)生故障的過(guò)程中，主變壓器動(dòng)作能夠反映出變壓器里面壓力的合成。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果能夠看出，主變壓器的短路阻抗以及直流電阻試驗(yàn)都符合要求，做出相應(yīng)的判斷，主變壓器保護(hù)誤動(dòng)和變壓器放電沒(méi)有直接關(guān)系。

詳細(xì)分析電流和電壓波形，能夠看出在勵(lì)磁涌流中，電壓波形為正常狀態(tài)。實(shí)際上，普通繞組電流與高壓側(cè)電流這兩種電流形式相同，但是兩種電流形式方向相反。電流通過(guò)時(shí)，保護(hù)跳閘系統(tǒng)的使用可以產(chǎn)生效果。兩個(gè)主變壓器的功率比較大，三向電流衰減過(guò)程中，需要花費(fèi)較長(zhǎng)的時(shí)間。由此可知，當(dāng)截止時(shí)刻處于最大值時(shí)，磁通量極性將會(huì)直接決定剩余的磁通量。一旦主變壓器通過(guò)電流過(guò)大時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)鐵芯振動(dòng)現(xiàn)象，導(dǎo)致主變壓器動(dòng)作[2]。

（二）詳細(xì)分析勵(lì)磁涌流

沖擊電流能夠直接決定閉合時(shí)施加電壓的相位角，且磁芯內(nèi)剩余磁通量的大小和方向都將會(huì)被影響。沖擊電流也影響著磁芯的飽和度。單相自炊變壓器可以在不同方向合閘的瞬間增加電壓，進(jìn)而導(dǎo)致初相角出現(xiàn)不同現(xiàn)象，事故變壓器在合閘的瞬間也會(huì)作用到初相角上，滿足勵(lì)磁涌流要求。氣體保護(hù)動(dòng)作符合各種不同要求，其他兩種保護(hù)動(dòng)作不符合各種不同的要求。因此其他兩項(xiàng)無(wú)法進(jìn)行正常動(dòng)作。由此可以得知，外電壓初始相角和變壓器合閘瞬間產(chǎn)生勵(lì)磁涌流有著直接關(guān)系。

（三）正確使用各種具有抗飽和性能的保護(hù)裝置

10kV電網(wǎng)出現(xiàn)故障后，將會(huì)給主變壓器帶來(lái)一些影響。一些主變壓開(kāi)啟保護(hù)裝置主要是為了預(yù)防實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)故障問(wèn)題，運(yùn)用TA飽和判據(jù)，防止引起差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作。若是因?yàn)椴顒?dòng)電流導(dǎo)致間斷，那么可以通過(guò)運(yùn)用閉鎖差動(dòng)保護(hù)方法進(jìn)行解決。借助TA飽和識(shí)別技術(shù)，能夠使保護(hù)誤動(dòng)發(fā)生幾率降低。在解決常見(jiàn)差動(dòng)問(wèn)題時(shí)，可以借助半波積分法進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算。這種解決方法可以使變壓器各個(gè)方面的側(cè)電流基波分量求差獲得相應(yīng)的差流，直流分量也不會(huì)給它帶來(lái)過(guò)大的影響。

三、解決電流互感器暫態(tài)飽和的策略

電流互感器借助自身內(nèi)部鐵芯建立電磁感應(yīng)，通過(guò)這種方式得到與一次和二次電流有關(guān)的數(shù)值，然而若是鐵芯剩余磁含量不斷增加，或因?yàn)榫€路故障問(wèn)題傳送大量非周期分量，那么就會(huì)出現(xiàn)暫態(tài)飽和問(wèn)題，在判斷電流數(shù)值時(shí)會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤問(wèn)題，如果想解決這些問(wèn)題，可以在更換硬件等方面進(jìn)行升級(jí)和改造。

（一）針對(duì)保護(hù)電流互感器的特點(diǎn)，提高電流互感器的穩(wěn)態(tài)性能

要準(zhǔn)確判斷用電量的情況，出現(xiàn)暫態(tài)飽和現(xiàn)象的環(huán)節(jié)都存在保護(hù)性能的電流互感器，不斷提高P級(jí)電流互感器的穩(wěn)態(tài)性能以及TP級(jí)的暫態(tài)性能，在電學(xué)角度盡能減少因飽和狀態(tài)產(chǎn)生的誤差。

在提升電流互感器穩(wěn)態(tài)性的過(guò)程中，要經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)進(jìn)行測(cè)試，確保其處于良好狀態(tài)下，其中涉及到的主要參數(shù)就是互感器的伏安特性，并且要繪制圖形，根據(jù)圖形和計(jì)算數(shù)據(jù)得到一次、二次電流瞬時(shí)值等各種關(guān)鍵參數(shù)，一般使用極限電動(dòng)勢(shì)法進(jìn)行計(jì)算。

第一步，按照電流互感器的特性得到有關(guān)它的準(zhǔn)確限制等相關(guān)參數(shù)。第二步，根據(jù)計(jì)算額定電流得到額定二次極限電動(dòng)勢(shì)，并且實(shí)際工作中負(fù)載的電動(dòng)勢(shì)不能超過(guò)這個(gè)數(shù)值。如果電網(wǎng)中具有處于飽和狀態(tài)下的互感器和線路中出現(xiàn)短路故障問(wèn)題，那么就要科學(xué)降低二次負(fù)載實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，確保它不超過(guò)額定二次極限電動(dòng)勢(shì)，符合極限電動(dòng)勢(shì)法的計(jì)算規(guī)則，通過(guò)這種方式提升電流互感器的穩(wěn)態(tài)性能，使其具有的飽和程度不斷降低[3]。

（二）更換PR系統(tǒng)以及TPY電流互感器

如今暫態(tài)保護(hù)的關(guān)鍵設(shè)備就是TPY電流互感器，這種類(lèi)型的互感器里面鐵芯結(jié)構(gòu)有著氣隙特點(diǎn)，而且氣隙長(zhǎng)度占磁路平均長(zhǎng)度的百分之五，通過(guò)這種方式可以使勵(lì)磁電流不斷下降，通過(guò)掌控和調(diào)節(jié)內(nèi)部鐵芯的磁通密度，可以使出現(xiàn)飽和現(xiàn)象的幾率比較小。一般來(lái)說(shuō)，很少會(huì)大范圍使用TPY電流互感器，因?yàn)檫@種類(lèi)型互感器需要花費(fèi)較多的資金，導(dǎo)致工程成本上升。

基于P系列電流互感器，增添限制剩余磁系數(shù)的性能，形成了PR系列電流互感器。如果穩(wěn)態(tài)互感器長(zhǎng)時(shí)間處在工作狀態(tài)中，那么就會(huì)累積過(guò)多磁力，一旦線路出現(xiàn)故障后，那么就可以在極短時(shí)間內(nèi)讓電流互感器處于暫態(tài)飽和狀態(tài)。PR系統(tǒng)電流互感器里面鐵芯同樣有著氣隙特點(diǎn)，能夠限制和掌控磁力的含量，當(dāng)剩余磁系數(shù)等于或者小于百分之十時(shí)，這種電流互感器的準(zhǔn)確級(jí)別可以達(dá)到5PR以及10PR。若是遇到線路發(fā)生短路故障，僅發(fā)生一次的情況下，不會(huì)出現(xiàn)飽和問(wèn)題，并且該設(shè)備的市場(chǎng)價(jià)格比較低，不會(huì)大幅度提升工程成本。它比普通電流互感器更加先進(jìn)，但是卻無(wú)法和TPY級(jí)別的電流互感器進(jìn)行比較[4]。

四、結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)上述介紹可以看出，一旦電流互感器出現(xiàn)飽和現(xiàn)象后，那么將會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤判斷電流。10kV電網(wǎng)故障傳輸?shù)碾娏餍畔o(wú)法通過(guò)主變電器的保護(hù)互感器進(jìn)行處理，錯(cuò)誤開(kāi)啟差動(dòng)保護(hù)。因此，相關(guān)工作者在日常工作中要認(rèn)真做好管理工作，提高相關(guān)設(shè)備的性能，提升電流互感器的穩(wěn)態(tài)性能以及暫態(tài)性能，防止電流互感器出現(xiàn)剩磁問(wèn)題或者飽和現(xiàn)象。

參考文獻(xiàn)：

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[2]何瑕妮， 張曦. 基于10kV電力系統(tǒng)相電壓變化與接地故障現(xiàn)象分析[J]. 電子測(cè)試， 2018， 400（19）：101-102.

[3]陳忠. 關(guān)于10kV電力電纜的施工故障分析及防范措施[J]. 建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)， 2018，（26）：2162-2162.

[4]肖景耀， 鄒德濤. 試論10kV電力系統(tǒng)單相接地故障分析與處理方法[J]. 山東工業(yè)技術(shù)， 2019， 291（13）：201-201.