邱立新
(大慶市兒童公園管理處,黑龍江 大慶 163000)
變壓器的故障可分為內(nèi)部故障和外部故障兩類。內(nèi)部故障主要是變壓器繞組的相間短路、匝間短路和中性點(diǎn)接地側(cè)單相接地短路。內(nèi)部故障是和危險(xiǎn)的,因?yàn)槎搪冯娏鳟a(chǎn)生的電弧不僅會(huì)破壞繞組的絕緣,燒毀鐵心,而且由于絕緣材料和變壓器油受熱分解會(huì)產(chǎn)生大量的氣體,可能引起變壓器郵箱的爆炸。變壓器最常見(jiàn)的外部故障,是引出線絕緣套管的故障,它可能引起引出線相間短路或接地(對(duì)變壓器外殼)短路。變壓器的不正常工作情況有:由于外部短路或過(guò)負(fù)荷引起的過(guò)電流、油面的降低和溫度升高等。
變壓器縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)是反應(yīng)變壓器一、二次側(cè)電流差值的一種快速動(dòng)作的保護(hù)裝置。用來(lái)保護(hù)變壓器內(nèi)部以及引出線和絕緣套管的相間短路,并且也可用來(lái)保護(hù)變壓器的匝間短路,其保護(hù)區(qū)在變壓器一、二次側(cè)所裝電流互感器之間。
變壓器縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的單相原理接線如下圖所示,在變壓器的兩側(cè)裝有電流互感器,兩側(cè)電流互感器同級(jí)性端子相連接,電流繼電器接在差流回路內(nèi)。將變壓器看成是一個(gè)節(jié)點(diǎn)(將兩側(cè)電流歸算至同一個(gè)電壓等級(jí)),設(shè)一次側(cè)的電流為I1和I'2。二次側(cè)的電流為I"1 和I"2,流入電流繼電器的電流IKA。在正常運(yùn)行和外部k-1 點(diǎn)短路時(shí),如果TA1 的二次電流I"1 和TA2 的二次電流I"2相等(或相差極?。﹦t流入繼電器KA的電流為IKA=I"1-I"2=0(或差流值極小),繼電器KA 不動(dòng)作。而在差動(dòng)保護(hù)的保護(hù)區(qū)內(nèi)k-2 點(diǎn)短路時(shí),對(duì)于單端供電的變壓器來(lái)說(shuō)I"2=0,所以IKA=I"1,超過(guò)繼電器KA 所整定的動(dòng)作電流IOP,使KA 瞬時(shí)動(dòng)作,然后通過(guò)出口繼電器KM 使斷路器QF1 和QF2 跳閘,切除故障變壓器,同時(shí)由信號(hào)繼電器KS1 和KS2 發(fā)出信號(hào)。
變壓器差動(dòng)保護(hù)是利用保護(hù)區(qū)內(nèi)發(fā)生短路故障時(shí)變壓器兩側(cè)電流在差動(dòng)回路中引起的不平衡電流而動(dòng)作的一種保護(hù)。該不平衡電流用IUN表示,IUN=I'1-I'2,在正常運(yùn)行和外部k-1 點(diǎn)短路時(shí),希望IUN盡可能地減小,理想情況下是IUN=0。但這幾乎是不可能的,不僅與變壓器和電流互感器的接線方式及結(jié)構(gòu)性能等因素有關(guān),而且與變壓器的運(yùn)行方式有關(guān),因此只能設(shè)法使之盡可能地減小。下面簡(jiǎn)述不平衡電流產(chǎn)生的原因及其減小或消除的措施。
(1)由于變壓器一、二次側(cè)接線不同引起的不平衡電流,工廠總降壓變電所采用Y,dll 接線的變壓器,其高、低壓側(cè)電流之間就有30 度的相位差,因此,即使高、低壓側(cè)電流互感器二次側(cè)電流做到大小相等,其差也不會(huì)為零,因而出現(xiàn)由相位差引起的不平衡電流。
為了消除這一不平衡電流,必須消除上述30 度的相位差。為此,將變壓器Y 型界限冊(cè)的電流互感器接成d 形接線;而d 形接線電流互感器接成Y 形接線。這樣,可以使電流互感器二次連接臂(差動(dòng)臂)上的每相電流相位一致,如下圖所示。這樣即可消除因變壓器高。低壓側(cè)電流相位不同而引起的不平衡電流。
(2)由兩側(cè)電流互感器變比的計(jì)算值與標(biāo)準(zhǔn)值不同引起的不平衡電流 采用上述方法可以使Y,dll 變壓器的差動(dòng)保護(hù)連接臂上電流相位一致,但還沒(méi)做到其大小相等,這樣兩者的差仍然不為零。如果變壓器兩側(cè)電流互感器選的變比與計(jì)算結(jié)果完全一樣,則不平衡電流 =0。但實(shí)際所選電流互感器變比不可能與計(jì)算值完全相同,而只能選擇與計(jì)算值接近的標(biāo)準(zhǔn)變比。故兩連接臂撒謊能夠還是存在不平衡電流。為了消除這一不平衡電流,可以在電流骨干起二次回路接入自耦電流互感器來(lái)進(jìn)行平衡,或利用專門的差動(dòng)繼電器中的平衡線圈來(lái)進(jìn)行補(bǔ)償,消除不平衡電流。
(3)各側(cè)電流互感器型號(hào)和特性不同引起的不平衡電流 當(dāng)變壓器兩側(cè)電流互感器的型號(hào)和特性不同時(shí),其飽和特性也不同(即使型號(hào)相同,其特性也不會(huì)完全相同)。在變壓器差動(dòng)保護(hù)范圍外發(fā)生短路時(shí),各側(cè)電流互感器在短路電流作用下其飽和成都相差更大,因此,出現(xiàn)的不平衡電流也就更大。這個(gè)不平衡電流,可采用提高保護(hù)動(dòng)作電流躲過(guò)。
(4)由于變壓器分接頭改變引起的不平衡電流 變壓器在運(yùn)行時(shí),往往采用改變分接頭未知(即改變高壓繞組的匝數(shù))進(jìn)行調(diào)壓。因?yàn)榉纸宇^的改變,就是變壓器變比的改變,因此,電流互感器二次側(cè)電流將改變,引起新的不平衡電流。也可采用提高保護(hù)動(dòng)作電流的措施躲過(guò)。
(5)由于變壓器勵(lì)磁涌流引起的不平衡電流 變壓器的勵(lì)磁電流僅流過(guò)變壓器電源側(cè),因此,本身就是不平衡電流。在正常運(yùn)行及外部故障時(shí),此電流很小,引起的不平衡電流可以忽略不計(jì)。但在變壓器空載投入和外部故障切除后電壓恢復(fù)時(shí),則可能有很大的勵(lì)磁電流(即勵(lì)磁涌流)。
勵(lì)磁涌流產(chǎn)生的原因是由于變壓器鐵心中的磁通不能突變引起過(guò)度過(guò)程產(chǎn)生的。因此,在變壓器差動(dòng)保護(hù)中減小勵(lì)磁涌流影響的方法是如下。
①采用具有速飽和鐵心的差動(dòng)繼電器。
②采用比較波形間斷角來(lái)鑒別內(nèi)部故障和勵(lì)磁涌流的差動(dòng)保護(hù)。
③利用二次諧波制動(dòng)而躲開(kāi)勵(lì)磁涌流。
在常規(guī)保護(hù)中現(xiàn)普篇使用的是BCH-2 型(DCD-2 型、DCD-2M 型)帶速飽和變流器短路線圈的差動(dòng)繼電器。
綜合上述分析可知,變壓器差動(dòng)保護(hù)中的不平衡電流要完全消除是不可能的,但采取措施,減小其影響,用以提高差動(dòng)保護(hù)構(gòu)成的差動(dòng)保護(hù)。
電力變壓器的微機(jī)保護(hù)的配置原則與常規(guī)保護(hù)的配置是基本相同,但是由于微機(jī)保護(hù)軟件的特點(diǎn),一般微機(jī)保護(hù)的配置較齊全,靈活。
4.1 中、低壓變電所主變壓器的保護(hù)配置
4.1.1 主保護(hù)配置
(1)比率制動(dòng)式差動(dòng)保護(hù)。由于中,低壓變電所容量不大,通常采用二次諧波閉鎖原理的比率制動(dòng)差動(dòng)保護(hù)。(2)差動(dòng)速斷保護(hù)。(3)本體重瓦斯、有載調(diào)壓重瓦斯和壓力釋放。
4.1.2 后備保護(hù)配置
主變壓器后備保護(hù)按側(cè)配置,各側(cè)后備之間、各側(cè)后備保護(hù)與主保護(hù)之間軟件、硬件均相互獨(dú)立。(1)中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)變壓器過(guò)電流保護(hù)。Ⅰ段動(dòng)作跳本側(cè)分段斷路器,Ⅱ段動(dòng)作跳本側(cè)斷路器,Ⅲ段動(dòng)作斷開(kāi)三側(cè)斷路器。(2)三段過(guò)負(fù)荷保護(hù)。Ⅰ段發(fā)信,Ⅱ段啟動(dòng)風(fēng)冷,Ⅲ段閉鎖有載調(diào)壓。(3)冷控失電,主變壓器過(guò)溫報(bào)警。
4.1.3 中線點(diǎn)直接接地系統(tǒng)變壓器后備保護(hù)的配置。
對(duì)于高壓側(cè)中性點(diǎn)接地的變壓器,除了上述保護(hù)外應(yīng)考慮設(shè)置接地保護(hù)。1)中性點(diǎn)直接接地運(yùn)行,配置二段式零序過(guò)電流保護(hù)。2)中性點(diǎn)可能接地或不接地運(yùn)行,配置一段兩實(shí)現(xiàn)間隙零序過(guò)電流保護(hù)。3)中性點(diǎn)經(jīng)放電間隙接地運(yùn)行,配置一段兩實(shí)現(xiàn)間隙零序過(guò)地阿牛保護(hù)。對(duì)于雙繞組變壓器,后備保護(hù)可以配置一套,裝于降壓變壓器的高壓側(cè)(或升壓變壓器的低壓側(cè))。對(duì)于三繞組變壓器,后備保護(hù)可以配置兩套:一套裝于高壓側(cè)作為變壓器本身的后備保護(hù);另一套裝于中壓側(cè)或低壓的電源側(cè),并只作為相鄰元件的后備保護(hù),餓日不作為變壓器本身的后備保護(hù)。
4.2 高壓變電所主變壓器的保護(hù)配置
4.2.1 主保護(hù)配置
(1)比率制動(dòng)式差動(dòng)保護(hù),除采用二次諧波閉鎖原理外,還可以采用波形鑒別閉鎖原理或?qū)ΨQ識(shí)別原理以客服勵(lì)磁涌流誤動(dòng)。(2)工頻變化量比率差動(dòng)保護(hù)。(3)差動(dòng)速斷保護(hù)。(4)本體重瓦斯、有載調(diào)壓重瓦斯和壓力釋放。
4.2.2 后備保護(hù)配置
高壓側(cè)后備保護(hù)可按下列方式配置:(1)相間阻抗保護(hù),方向阻抗元件帶3%的偏移度。(2)兩段零序方向過(guò)流保護(hù)。(3)反時(shí)限過(guò)激磁保護(hù)。(4)過(guò)負(fù)荷報(bào)警。
中壓側(cè)后備保護(hù)同高壓側(cè)。低壓側(cè)后備保護(hù)設(shè)兩實(shí)現(xiàn)過(guò)電流保護(hù)及零序過(guò)電壓保護(hù)。
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