基于CSC-326G系列裝置的變壓器保護(hù)原理研究

秦 彬，劉 錦

(國(guó)網(wǎng)北京市電力公司檢修分公司，北京 100068)

1 CSC-326G 系列保護(hù)裝置概述

北京電網(wǎng)某110 kV 變電站的變壓器電量保護(hù)由CSC-326GD 變壓器差動(dòng)保護(hù)裝置、CSC-326GH 變壓器高壓側(cè)后備保護(hù)及測(cè)控裝置、CSC-326GL 變壓器中、低壓側(cè)的后備保護(hù)及測(cè)控裝置三部分組成，三者功能各有側(cè)重。

(1) CSC-326GD 變壓器差動(dòng)保護(hù)裝置。作為變壓器繞組故障時(shí)變壓器的主保護(hù)，保護(hù)范圍為構(gòu)成差動(dòng)保護(hù)的各側(cè)CT 之間的區(qū)域，包括變壓器本身、電流互感器以及變壓器之間的引出線。

(2) CSC-326GH 變壓器高壓側(cè)后備保護(hù)及測(cè)控裝置。保護(hù)功能涉及三段式復(fù)合電壓閉鎖方向保護(hù)、零序過(guò)流保護(hù)、間隙零序保護(hù)等。

(3) CSC-326GL 變壓器中、低壓側(cè)的后備保護(hù)及測(cè)控裝置。保護(hù)功能涉及兩段式復(fù)合電壓閉鎖方向保護(hù)、限時(shí)速斷保護(hù)、充電保護(hù)、過(guò)負(fù)荷保護(hù)等。

2 CSC-326GD 保護(hù)裝置原理探究

2.1 差動(dòng)保護(hù)原理

變壓器縱差保護(hù)涉及變壓器的各側(cè)電流，如果變壓器的變比和變壓器星-角接線帶來(lái)的相位異常都能被正確補(bǔ)償，則變壓器在正常運(yùn)行或發(fā)生外部故障時(shí)，流過(guò)變壓器各側(cè)電流的相量和為零。即：

在正常情況或者外部短路情況下，流入差動(dòng)繼電器中的電流為，只要合理的選擇CT 的變比和接線方式，就可以使流入差動(dòng)繼電器的電流為零，此時(shí)差動(dòng)繼電器不動(dòng)作(如圖1所示)。

圖1 正常情況或外部短路原理

如果發(fā)生內(nèi)部短路，由于兩側(cè)電源向故障點(diǎn)提供短路電流，此時(shí)流入差動(dòng)繼電器中的電流為，且幅值較大，差動(dòng)繼電器動(dòng)作，切除故障(如圖2所示)。

圖2 內(nèi)部短路原理

2.2 相位校正與幅值校正

由于變壓器的接線方式不同以及各側(cè)CT 變比不同，流入差動(dòng)繼電器的電流可能存在相位差和幅值差。為了防止正常運(yùn)行或發(fā)生外部故障時(shí)差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)，應(yīng)對(duì)兩側(cè)電流進(jìn)行相位校正和幅值校正，同時(shí)還應(yīng)消除進(jìn)入差動(dòng)回路的零序電流分量。

2.2.1 相位校正

圖3為Yd11 接線的變壓器星型側(cè)和角型側(cè)的電流向量圖，兩側(cè)的CT 接線均為星形接線。正常運(yùn)行中，Y，d 兩側(cè)電流存在相位差，角差為30°，如果直接通過(guò)計(jì)算差流會(huì)存在不平衡電流。微機(jī)保護(hù)采取的方式是軟件校正，校正方法有兩種，即對(duì)d 側(cè)電流或Y 側(cè)電流進(jìn)行移相。

圖3 Yd11 正常情況下的Y，d 側(cè)電流向量分布

CSC-326GD 裝置采用Y 側(cè)移相方式進(jìn)行校正，相關(guān)公式如下：

移相后的相位分布如圖4所示。

圖4 Y 側(cè)移相前后的相位對(duì)比

2.2.2 幅值校正

因?yàn)樽儔浩鞲鱾?cè)CT 變比不同，且通過(guò)移相后其幅值發(fā)生 倍變化，因此不能直接用于相減，需要通過(guò)變比轉(zhuǎn)換以及補(bǔ)償轉(zhuǎn)換才能進(jìn)入差流繼電器。對(duì)于變比轉(zhuǎn)換，裝置存在CT 變比設(shè)定；對(duì)于補(bǔ)償轉(zhuǎn)換，裝置內(nèi)部會(huì)進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償?，F(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行中設(shè)置好CT 變比以及對(duì)應(yīng)的控制字，即可實(shí)現(xiàn)幅值校正。

2.3 比率制動(dòng)的差動(dòng)保護(hù)

比率制動(dòng)特性差動(dòng)保護(hù)簡(jiǎn)單說(shuō)就是使差動(dòng)電流定值隨制動(dòng)電流的增大而成某一比率的提高。這種保護(hù)在不平衡電流較大的外部故障時(shí)有制動(dòng)作用，而在內(nèi)部故障時(shí)制動(dòng)作用最小。采用比率制動(dòng)的差動(dòng)保護(hù)可以提高保護(hù)內(nèi)部故障時(shí)的靈敏度。

CSC-326GD 裝置采用的是三段式折線比率制動(dòng)，如圖5所示。Id為差動(dòng)電流，Ir為制動(dòng)電流，Ie為變壓器額定電流，ICD為穩(wěn)態(tài)比率差動(dòng)起動(dòng)定值，ISD為差動(dòng)速斷保護(hù)起動(dòng)定值。

圖5 CSC-326GD 裝置三段式比率制動(dòng)特性曲線

2.4 差動(dòng)速斷保護(hù)

差動(dòng)速斷保護(hù)的原理是任一相差動(dòng)電流大于整定值時(shí)，差動(dòng)速斷保護(hù)瞬時(shí)動(dòng)作，跳各側(cè)變壓器。

差動(dòng)速斷保護(hù)的設(shè)置基于兩個(gè)原因，即：涌流閉鎖元件判斷涌流需要一定時(shí)間，意味著變壓器內(nèi)部嚴(yán)重故障時(shí)差動(dòng)保護(hù)無(wú)法快速切除故障；變壓器內(nèi)部嚴(yán)重故障導(dǎo)致TA 飽和時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量諧波，從而使涌流判別元件誤判為勵(lì)磁涌流而閉鎖差動(dòng)保護(hù)，導(dǎo)致不能快速切除變壓器。

差動(dòng)速斷保護(hù)整定值很大，比勵(lì)磁涌流值要大，可躲過(guò)勵(lì)磁涌流，差動(dòng)速斷保護(hù)功能的實(shí)現(xiàn)需要同時(shí)投入差動(dòng)保護(hù)硬壓板和差動(dòng)速斷軟壓板。

差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作總出口跳閘，聯(lián)掉接地變開(kāi)關(guān)，閉鎖110 kV 母聯(lián)自投。

3 CSC-326GH/L 保護(hù)裝置原理探究

3.1 現(xiàn)場(chǎng)CSC-326GH/L 保護(hù)現(xiàn)狀

3.1.1 現(xiàn)場(chǎng)軟壓板整定值

(1) CSC-326GH 裝置投入。Ⅲ段復(fù)合電壓閉鎖的過(guò)流保護(hù)(Ⅱ時(shí)限)、TV 斷線檢測(cè)以及過(guò)負(fù)荷告警。

(2) CSC-326GL 裝置投入。Ⅱ段復(fù)合電壓閉鎖的過(guò)流保護(hù)(Ⅱ，Ⅲ時(shí)限)、TV 斷線檢測(cè)以及過(guò)負(fù)荷告警。

3.1.2 現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)跳閘情況

(1) CSC-326GH 裝置復(fù)壓閉鎖過(guò)流保護(hù)Ⅲ段Ⅱ時(shí)限動(dòng)作總出口跳閘，聯(lián)掉對(duì)應(yīng)接地變開(kāi)關(guān)，閉鎖110 kV 母聯(lián)自投。

(2) CSC-326GL 裝置復(fù)壓閉鎖過(guò)流Ⅱ段Ⅱ時(shí)限動(dòng)作跳母聯(lián)開(kāi)關(guān)，Ⅲ時(shí)限動(dòng)作跳對(duì)應(yīng)低壓側(cè)主開(kāi)關(guān)，閉鎖母聯(lián)自投。

(3) CSC-326GH 裝置復(fù)合電壓閉鎖過(guò)流保護(hù)功能分三段，Ⅰ，Ⅱ段可帶方向，Ⅲ段不帶方向。據(jù)現(xiàn)場(chǎng)投入的Ⅲ段情況判斷其保護(hù)功能不帶方向。

(4) CSC-326GL 裝置復(fù)合電壓閉鎖過(guò)流保護(hù)功能分兩段，均可帶方向，但根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)整定控制字，Ⅱ段復(fù)壓閉鎖過(guò)流保護(hù)方向是退出的，因而在此主要研究不帶方向的復(fù)合電壓閉鎖過(guò)流保護(hù)原理。

3.2 復(fù)合電壓閉鎖的過(guò)電流保護(hù)原理

根據(jù)對(duì)稱分量法進(jìn)行的短路故障分析可知，發(fā)生不對(duì)稱短路故障時(shí)，會(huì)產(chǎn)生負(fù)序電壓和零序電壓(僅當(dāng)接地短路時(shí)會(huì)有零序電壓)，此時(shí)負(fù)序電壓升高，正序電壓降低。通過(guò)這一特性可以設(shè)計(jì)出復(fù)合電壓閉鎖元件，判斷在負(fù)序電壓過(guò)高或者正序電壓過(guò)低時(shí)才開(kāi)放過(guò)電流保護(hù)裝置，從而提高保護(hù)的選擇性。

復(fù)合電壓閉鎖元件由相間低電壓元件和負(fù)序電壓元件通過(guò)“或”邏輯構(gòu)成，動(dòng)作判據(jù)如為：Min(Uab，Ubc，Uca)＜Uxjzd或U2＞Ufxzd。Uab，Ubc，Uca為三個(gè)相間電壓；Uxjzd為相間低電壓定值，現(xiàn)場(chǎng)整定為70 V/線；U2為負(fù)序電壓；Ufxzd為負(fù)序電壓定值，現(xiàn)場(chǎng)整定為5.2 V/相。

復(fù)合電壓閉鎖元件與過(guò)電流元件通過(guò)“與”邏輯連接，即只有滿足復(fù)合電壓閉鎖元件動(dòng)作的條件才有可能過(guò)電流動(dòng)作。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)CSC-326GH 定值分析，其TV 斷線后保護(hù)僅保留過(guò)流功能，即TV 斷線時(shí)復(fù)壓閉鎖及方向元件自動(dòng)滿足，保護(hù)變?yōu)榧冞^(guò)流保護(hù)，但此時(shí)不會(huì)輸出本側(cè)復(fù)壓滿足的觸點(diǎn)，也就不會(huì)影響其他側(cè)后備保護(hù)元件的動(dòng)作。

通過(guò)CSC-326G 系列保護(hù)裝置工作原理分析可知，不同現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)的實(shí)際功能投入不同，應(yīng)根據(jù)實(shí)際保護(hù)軟壓板整定情況開(kāi)展保護(hù)功能分析。