綜合運(yùn)行環(huán)境下差動(dòng)保護(hù)中TA斷線判別的研究與實(shí)現(xiàn)

付斌杰 ，朱 云 ，楊 啟

（1.南京中德保護(hù)控制系統(tǒng)有限公司，江蘇 南京 210003；2.中國(guó)石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司西南分公司，四川 成都 610017）

縱差保護(hù)[1]是變壓器和大容量異步電動(dòng)機(jī)的主保護(hù)。但在運(yùn)行中，若發(fā)生電流互感器（TA）二次回路斷線，則勢(shì)必造成縱差動(dòng)保護(hù)的啟動(dòng)元件和差動(dòng)元件動(dòng)作，從而引起縱差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作。特別是對(duì)于大容量的異步電動(dòng)機(jī)[2]一般不允許在運(yùn)行過(guò)程中輕易停止，所以對(duì)縱差動(dòng)保護(hù)都要求設(shè)置TA斷線閉鎖比率差動(dòng)元件。

TA斷線必須在差動(dòng)動(dòng)作前識(shí)別出來(lái)，才能達(dá)到閉鎖差動(dòng)的目的，考慮到差動(dòng)動(dòng)作的快速性，目前TA斷線閉鎖比率差動(dòng)元件都是利用TA斷線時(shí)電流變化特征瞬時(shí)判斷的。但從目前運(yùn)行情況看，現(xiàn)有的TA瞬時(shí)斷線判別元件存在以下幾個(gè)問(wèn)題[3]：

（1）TA斷線閉鎖比率差動(dòng)后，若又發(fā)生區(qū)內(nèi)故障，則經(jīng)常出現(xiàn)拒動(dòng)或延時(shí)動(dòng)作的問(wèn)題；

（2）TA斷線，恢復(fù)過(guò)程中易發(fā)生差動(dòng)誤動(dòng)的情況；

（3）三相TA斷線識(shí)別對(duì)差動(dòng)動(dòng)作存在隱患。

1 綜合運(yùn)行情況下TA斷線情況及對(duì)策

1.1 TA斷線判別基本原理

因?yàn)樗矔r(shí)TA斷線[4]報(bào)警目的在于閉鎖差動(dòng)，所以該功能在差動(dòng)保護(hù)啟動(dòng)后才進(jìn)行判斷，常用的判據(jù)為滿足下述2個(gè)條件則認(rèn)為該側(cè)TA斷線。

（1）差動(dòng)啟動(dòng)；

（2）該側(cè)至少有一相電流啟動(dòng)后降為0，而啟動(dòng)前大于0（有流）。

TA斷線識(shí)別動(dòng)作方程為

式中：Idφ1（n）為采樣點(diǎn)的三相差動(dòng)電流基波含量；Id.q為差動(dòng)電流啟動(dòng)值；k1為無(wú)流定值，一般取2%～6%In；k2為有流定值，一般取 8%～12%In；Iφ.qdh為差動(dòng)啟動(dòng)后任一側(cè)某相電流；Iφ.qdq為差動(dòng)啟動(dòng)前任一側(cè)某相電流。

判據(jù)式（1）是基于變壓器各側(cè)電氣量物理特征來(lái)實(shí)現(xiàn)，只有在差動(dòng)啟動(dòng)后，才進(jìn)入瞬時(shí)TA斷線判別程序，這也防止了瞬時(shí)TA斷線的誤閉鎖。利用TA斷線時(shí)電流從有到無(wú)的變化來(lái)判斷TA斷線，保證了判斷的瞬時(shí)性，同時(shí)該判據(jù)對(duì)于一相、二相和三相TA斷線都能識(shí)別。

1.2 故障情況下TA斷線誤閉鎖的解決方案

除了上述判據(jù)外，TA斷線還需考慮2個(gè)情況：

（1）單電源系統(tǒng)降壓變壓器高壓側(cè)故障低壓側(cè)電流可能變小，造成TA斷線誤閉鎖；

（2）TA斷線后發(fā)生故障，要快速解除閉鎖保證差動(dòng)快速動(dòng)作。

單電源系統(tǒng)降壓變壓器高壓側(cè)若發(fā)生三相短路故障，低壓側(cè)電流將降為0，故障波形見(jiàn)圖1。此時(shí)僅利用判據(jù)式（1），將誤判TA斷線閉鎖差動(dòng)，造成差動(dòng)誤動(dòng)。

同樣TA斷線后又發(fā)生故障，僅利用判據(jù)式（1），TA斷線判據(jù)將始終閉鎖差動(dòng)，造成差動(dòng)拒動(dòng)。

針對(duì)上述問(wèn)題TA斷線閉鎖比率差動(dòng)元件，必須增加故障識(shí)別判據(jù)，排除故障情況的條件，常規(guī)的識(shí)別故障判據(jù)為：

（1）任一側(cè)負(fù)序相電壓大于0；

（2）啟動(dòng)后任一側(cè)最大相電流大于1.2Ie；

（3）啟動(dòng)后任一側(cè)電流比啟動(dòng)前增加。

TA斷線閉鎖比率差動(dòng)元件中排除故障情況的動(dòng)作方程為

圖1 單電源系統(tǒng)降壓變壓器高壓側(cè)三相短路故障波形

式中：Uφ2為任一側(cè)負(fù)序相電壓；k3為負(fù)序電壓有壓定值，一般取2～6 V；Iφmax為差動(dòng)啟動(dòng)后任一側(cè)最大相電流；k4為啟動(dòng)后任一側(cè)電流比啟動(dòng)前增加電流定值，一般取10%～20%In。如果式（2）條件滿足，則認(rèn)為有故障TA斷線閉鎖差動(dòng)解除。具體實(shí)現(xiàn)如圖2所示。

圖2 瞬時(shí)TA斷線判斷邏輯框圖

2 三相TA斷線識(shí)別問(wèn)題

利用判據(jù)式（1）可以識(shí)別一相、二相和三相TA斷線，對(duì)于一相、二相TA斷線情況，利用式（1）并結(jié)合式（2）可以有效解決TA斷線閉鎖差動(dòng)和故障發(fā)生解除閉鎖之間的矛盾。但對(duì)于三相TA斷線，情況卻更復(fù)雜一些，因?yàn)槿郥A斷線閉鎖差動(dòng)后可能對(duì)故障的識(shí)別會(huì)產(chǎn)生影響。

對(duì)于單電源系統(tǒng)降壓、變壓器的故障電流按圖1所示，高壓側(cè)發(fā)生三相短路故障時(shí)只有高壓側(cè)電流增大，如果高壓側(cè)三相TA斷線，則差動(dòng)將不能啟動(dòng)。為此必須對(duì)這種情況特殊處理，一方面要保證三相TA斷線的可靠識(shí)別，另一方面要考慮三相TA斷線后，發(fā)生故障并且電流沒(méi)有增大的情況下能保證解除閉鎖直接跳閘。仔細(xì)分析圖1可以發(fā)現(xiàn)，單電源系統(tǒng)降壓變壓器高壓側(cè)發(fā)生三相短路故障時(shí)，高壓側(cè)電流在增大的同時(shí)，低壓側(cè)電流變小。為此得出結(jié)論發(fā)生區(qū)內(nèi)故障，變壓器各側(cè)電流必然發(fā)生變化，可能變大也可能變小。利用這個(gè)特性可以對(duì)三相TA斷線做特殊處理，在式（1）和式（2）判出TA斷線的基礎(chǔ)上同時(shí)滿足下述2個(gè)條件時(shí)，認(rèn)為發(fā)生故障，差動(dòng)解除閉鎖出口跳閘。

（1）該側(cè)三相電流啟動(dòng)后降為0，而啟動(dòng)前大于 0（有流）；

（2）其他側(cè)電流有變化（增大或變小）。

三相TA斷線閉鎖比率差動(dòng)元件中排除故障情況補(bǔ)充動(dòng)作方程為

式中：Ia.qdh，Ib.qdh，Ic.qdh為變壓器啟動(dòng)后三相降為 0 側(cè)的三相電流；Iφ.other.qdh為其他側(cè)啟動(dòng)后電流；Iφ.other.qdq為其他側(cè)啟動(dòng)前電流。

3 現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行中的一些異常情況

3.1 TA斷線恢復(fù)過(guò)程中差動(dòng)誤動(dòng)的處理

在實(shí)際的運(yùn)行過(guò)程中，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)TA斷線恢復(fù)過(guò)程中，差動(dòng)誤動(dòng)的現(xiàn)象，原因是TA斷線恢復(fù)過(guò)程中電流從無(wú)到有，TA斷線在差動(dòng)返回前提前解除閉鎖，造成差動(dòng)誤動(dòng)，如圖3所示。為此考慮TA斷線延時(shí)5～10 ms返回，但延時(shí)必然造成同時(shí)發(fā)生故障情況下，差動(dòng)延時(shí)動(dòng)作。為此可以綜合各側(cè)物理量特征來(lái)對(duì)差動(dòng)進(jìn)行限制，因?yàn)樽儔浩靼l(fā)生內(nèi)部故障，至少變壓器有兩側(cè)電流會(huì)發(fā)生變化，在不考慮兩側(cè)TA同時(shí)斷線的情況下，在TA斷線恢復(fù)過(guò)程中，可以利用另一側(cè)電流無(wú)變化對(duì)差動(dòng)進(jìn)行限制，保證差動(dòng)不誤動(dòng)。

圖3 TA斷線后又恢復(fù)變壓器兩側(cè)波形圖

3.2 差動(dòng)出口跳閘后誤報(bào)TA斷線告警信號(hào)

在差動(dòng)動(dòng)作出口跳閘電流消失過(guò)程中，有時(shí)差動(dòng)保護(hù)裝置會(huì)誤報(bào)“TA斷線”告警信息。其根本原因是目前基本上所有的差動(dòng)啟動(dòng)元件是延時(shí)返回的，這樣在差動(dòng)動(dòng)作電流消失過(guò)程中，某相電流判斷由有流變?yōu)闊o(wú)流時(shí)，差動(dòng)沒(méi)有返回，滿足式（1）和式（2）判據(jù)，所以就有“TA斷線”誤報(bào)信息。為避免這種情況，可考慮增加“比率差動(dòng)沒(méi)有動(dòng)作出口“的限制條件。若差動(dòng)已經(jīng)跳閘則閉鎖TA斷線判別元件。

綜合上述對(duì)各種運(yùn)行環(huán)境下TA斷線判別元件存在問(wèn)題的分析，得到TA瞬時(shí)識(shí)別元件新原理邏輯圖，如圖4所示。

4 結(jié)束語(yǔ)

TA斷線閉鎖比率差動(dòng)元件是變壓器差動(dòng)的重要組成部分，文章分析了TA斷線在各種運(yùn)行環(huán)境下存在的問(wèn)題，并給出了解決方案，得出了一種快速又可靠的TA瞬時(shí)斷線識(shí)別方案，該方案在本公司差動(dòng)保護(hù)中早有應(yīng)用，動(dòng)模試驗(yàn)和長(zhǎng)期的現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況都證明該方案切實(shí)可行。

圖4 綜合運(yùn)行環(huán)境下的瞬時(shí)TA斷線判斷新原理邏輯框圖

[1]王維儉.電氣主設(shè)備繼電保護(hù)原理及應(yīng)用[M].北京：中國(guó)電力出版社，2002.

[2]唐 濤，諸偉楠，楊儀松，等.發(fā)電廠與變電站自動(dòng)化技術(shù)及其應(yīng)用[M].北京：中國(guó)電力出版社，2005.

[3]陳松林，李海英.RCS-978變壓器成套保護(hù)裝置[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2000，24（22）.

[4]許正亞.變壓器及中低壓網(wǎng)絡(luò)數(shù)字式保護(hù)[M].北京：中國(guó)水利水電出版社，2005.