變壓器差動保護誤動分析及對策

蘇貴標

摘要:文章對微機型變壓器差動保護動作的原因,從事件的形成以及保護的原理給予了詳細地分析。對新建的、運行的或設備更新改造的發(fā)電廠和變電站的變壓器差動保護誤動提出了對策。

關鍵詞:差動保護誤動動作特性電流互感器

0 引言

電力變壓器是電力系統(tǒng)中最關鍵的主設備之一,它承擔著電壓變換,電能分配和傳輸,并提供電力服務。因此,變壓器的正常運行是對電力系統(tǒng)安全、可靠、優(yōu)質、經(jīng)濟運行的重要保證。作為主設備主保護的微機型縱聯(lián)差動(簡稱縱差或差動)保護,雖然經(jīng)過不斷的改進,但是還存在一些誤動作的情況,這將造成變壓器的非正常停運,影響電力系統(tǒng)的發(fā)供電,甚至是造成系統(tǒng)振蕩,對電力系統(tǒng)發(fā)供電的穩(wěn)定運行是很不利的。因此對新建或設備更新改造的發(fā)電廠和變電站的變壓器差動保護誤動原因進行分析,并提出了防止變壓器差動誤動的對策。

1 變壓器差動保護

變壓器差動保護一般包括:差動速斷保護、比率差動保護、二次(五次)諧波制動的比率差動保護,不管哪種保護功能的差動保護,其差動電流都是通過變壓器各側電流的向量和得到,在變壓器正常運行或者保護區(qū)外部故障時,該差動電流近似為零,當出現(xiàn)保護區(qū)內故障時,該差動電流增大?，F(xiàn)以雙繞組變壓器為例進行說明。

1.1 比率差動保護的動作特性 比率差動保護的動作特性見圖1。當變壓器輕微故障時,例如匝間短路的圈數(shù)很少時,不帶制動量,使保護在變壓器輕微故障時具有較高的靈敏度。而在較嚴重的區(qū)外故障時,有較大的制動量,提高保護的可靠性。

二次諧波制動主要區(qū)別是故障電流還是勵磁涌流,因為變壓器空載投運時會產(chǎn)生比較大的勵磁涌流,并伴隨有二次諧波分量,為了使變壓器不誤動,采用諧波制動原理。通過判斷二次諧波分量,是否達到設定值來確定是變壓器故障還是變壓器空載投運,從而決定比率差動保護是否動作。二次諧波制動比一般取0.12～0.18。對于有些大型的變壓器,為了增加保護的可靠性,也有采用五次諧波的制動原理。

1.2 差動速斷保護的作用 差動速斷保護是在較嚴重的區(qū)內故障情況下,快速跳開變壓器各側斷路器,切除故障點。差動速斷的定值是按躲過變壓器的勵磁涌流,和最大運行方式下穿越性故障引起的不平衡電流,兩者中的較大者。定值一般取(4～14)Ie。

2 變壓器差動保護誤動作原因分析

根據(jù)變壓器差動保護誤動作可能性的大小,大致分為新建發(fā)電廠和變電站、運行中發(fā)電廠和變電站、設備更新改造的發(fā)電廠和變電站三個方面進行說明,這種分類方法并不是絕對相互區(qū)別,只是為了便于在分析問題時優(yōu)先考慮現(xiàn)實問題。

2.1 新建發(fā)電廠和變電站變壓器差動保護誤動作原因分析 新建變電站的變壓器差動保護誤動作,在變壓器差動保護誤動作中占了較大的比例,但這種情況的誤動作,一般大多在變壓器投運帶負荷試運行的72小時就會被發(fā)現(xiàn)。根據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗,可以總結以下幾方面:

2.1.1 整定值不合理造成變壓器差動保護誤動作 差動速斷定值和二次諧波制動的比率差動定值選擇不正確造成誤動作。差動速斷是在較嚴重的區(qū)內故障情況下,快速跳開變壓器各側的斷路器,切除故障點。差動速斷的定值是按躲過變壓器的勵磁涌流和最大運行方式下,穿越性故障引起的不平衡電流,兩者中的較大者。定值一般取(4～14)Ie。對于保護定值的計算部門,特別是非電力系統(tǒng)的定值計算部門,往往根據(jù)運行經(jīng)驗,將差動速斷定值取為(5～6)Ie。這樣,就會造成變壓器在空載合閘時斷路器出現(xiàn)誤跳。特別是勵磁涌流對保護的影響,廣東某發(fā)電廠在變壓器保護設備更新改造后由于空合變壓器產(chǎn)生的勵磁應涌流曾出現(xiàn)過以上誤跳現(xiàn)象。比率差動是當變壓器內部出現(xiàn)輕微故障時,保護不帶制動量動作跳開各側的斷路器,使保護在變壓器輕微故障時具有較高的靈敏度;而在區(qū)外故障時,通過一定的比率進行制動,提高保護的可靠性;同時利用變壓器空載合閘時,產(chǎn)生的二次諧波量來區(qū)別是故障電流還是勵磁涌流,實現(xiàn)保護制動。一般差動電流和制動電流都在額定情況下計算得到,但現(xiàn)場變壓器卻在一般運行方式下,由于電流互感器變比、同時系數(shù)、計算誤差的影響,就會導致變壓器實際運行時形成一定的差電流,導致比率差動保護誤動作。二次電流互感器(TA)接線方式整定值選擇不正確造成誤動作。對于微機保護來說,實現(xiàn)高、低壓側電流相角的轉移由軟件來完成,不管高壓側是采用Y型接線還是采用△型接線,都能得到正確的差動電流,和傳統(tǒng)的常規(guī)繼電保護比較,實際運用更方便、靈活,但也是由于這種靈活性、方便性,往往導致現(xiàn)場的差動保護誤動作。對于變壓器差動保護來說,如果二次電流互感器(TA)接線方式整定值選擇不正確,就不能實現(xiàn)高壓側相角的轉移,高低壓側差電流在正常運行情況下就不能平衡,從而造成差動保護誤動作。

2.1.2 接線錯誤造成變壓器差動保護誤動作 電流互感器(TA)極性接反導致誤動作。對于微機保護來說,實現(xiàn)差動電流的計算由軟件來完成,不管是采用加的算法還是采用減的算法都能得到差動電流。從電磁感應知道,電流互感器(TA)有極性,也就是同名端,變壓器差動回路電流互感器(TA)的同名端指向母線側還是指向變壓器,將對差動電流的計算結果正確與否有直接影響。相序接反導致誤動作。電力系統(tǒng)正常的相序為正序,也就是以A相為基準,B相比A相超前120°,C相比A相滯后120°。如果變壓器任意一側的電流互感器(TA)出現(xiàn)相序接錯的情況,就會形成差電流,導致變壓器差動保護誤動作。電流互感器(TA)中性線沒有按照一點接地原則接線導致誤動作。差動保護的二次電流回路接地時,包括各側電流互感器(TA)的二次電流回路,必須通過一點可靠接于接地網(wǎng)。因為一個發(fā)電廠和變電站的接地網(wǎng)各點并非絕對等電位,在不同點之間有一定的電位差,當發(fā)生區(qū)外短路故障時,有較大的電流流入接地網(wǎng),各點之間將會產(chǎn)生較大的電位差。如果差動保護的二次電流回路在接地網(wǎng)的不同點接地,接地網(wǎng)中的不同接地點間的電位差,產(chǎn)生的電流將會流入保護二次回路,這一電流將可能增加差動回路中的不平衡電流,使差動保護誤動作。高低壓側斷路器操作回路存在寄生現(xiàn)象導致誤動作。對采用兩套獨立運行的雙直流系統(tǒng)的變電站,當高低壓側斷路器操作回路存在寄生現(xiàn)象,亦即兩套直流系統(tǒng)之間存在寄生回路時,容易造成保護誤動。

2.2 發(fā)電廠和變電站變壓器運行中差動保護誤動作原因分析 發(fā)電廠和變電站變壓器運行中出現(xiàn)差動保護誤動作的也不少見,但對于一個發(fā)電廠和變電站來說,這種誤動作情況不是經(jīng)常性的出現(xiàn),而是要滿足一定的條件,甚至正常運行是很長時間以后才會出現(xiàn),現(xiàn)就根據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗,總結以下幾個方面原因:P類電流互感器(TA)的暫態(tài)飽和特性導致差動保護誤動作。電流互感器(TA)的飽和實際就是鐵芯中的磁通達到飽和,電流互感器(TA)分為P和TP兩大類。P類電流互感器(TA)要求在穩(wěn)態(tài)情況下不飽和,而TP類電流互感器(TA)則要求在穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)的情況下都不飽和。當采用P類電流互感器(TA)時,當外部存在故障,外部故障切除瞬間,外部存在間歇性的短路情況等,均容易導致變壓器差動保護誤動作。從國內多起變壓器差動保護誤動作的實例,也得到進一步證明。變壓器低壓側真空斷路器絕緣性能不良時,會導致差動保護誤動作。

2.3 設備更新改造的發(fā)電廠和變電站變壓器差動保護誤動作原因分析 電流互感器(TA)變比提供不準確造成差動保護誤動作。更換電流互感器(TA)后,變壓器各側電流互感器(TA)不匹配,造成差動保護誤動作。為使變壓器差動回路選用的電流互感器(TA),均是能躲過暫態(tài)飽和特性,然而在發(fā)電廠和變電站改造更換電流互感器(TA)的過程中,忽視了這一點,將電流互感器(TA)更換成P類或者同時將兩側電流互感器(TA)更換為P類的,這樣在外部故障存在時,當滿足一定條件時,必然將導致變壓器差動保護誤動作。

3 防止變壓器差動保護誤動作的對策

對于新建或設備更新改造的發(fā)電廠和變電站的那些原因造成的變壓器保護誤動情況,應嚴格按照國家相關標準、文件或者廠家說明書執(zhí)行,每一個流程均需要嚴格把關。特別是變壓器初次投運,一定要帶負荷查看差電流,根據(jù)現(xiàn)場負荷情況再適當調整定值。由于變壓器的勵磁涌流或和應涌流造成變壓器差動保護誤動作的,可采用調整差動保護啟動門檻定值和調整差動保護二次諧波制動系數(shù)定值。對于P類電流互感器(TA)的暫態(tài)飽和特性造成變壓器差動保護誤動作,可采用以下幾點改進方法:采用D類、PR類帶氣隙的或者是TPY類的,或者是電流變換器等抗暫態(tài)飽和的電流互感器(TA);提高微機繼電保護裝置抗飽和的能力,特別是抗暫態(tài)飽和的能力。

4 結論

近年來,微機保護裝置的應用日益廣泛,但是變壓器主保護的誤動原因仍是多方面的。我們只有在安裝調試過程中把每一環(huán)節(jié)工作做細,按照檢驗條例和有關規(guī)程規(guī)定,嚴把整組試驗關,積極采取相應措施,是可以提高變壓器差動保護的可靠性的,或者完全可以避免變壓器在運行中差動保護的誤動作。