電力變壓器繼電保護(hù)的實(shí)際應(yīng)用

劉華云

（山西省電力公司太原供電分公司，山西 太原 030012）

繼電保護(hù)裝置的作用是在被保護(hù)元件發(fā)生故障時(shí)，裝置能自動(dòng)、有選擇性地將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，來保證無故障部分恢復(fù)正常運(yùn)行狀態(tài)，使故障元件避免繼續(xù)遭到損害，減少停電范圍，同時(shí)也是系統(tǒng)的監(jiān)控裝置，能實(shí)時(shí)測量系統(tǒng)電流電壓相位等參數(shù)，反映設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。

1 保護(hù)原理

作為成套保護(hù)裝置，它涵蓋了各種應(yīng)對(duì)變壓器異常運(yùn)行與故障的保護(hù)配置，有工頻變化量差動(dòng)、穩(wěn)態(tài)比率差動(dòng)，差動(dòng)速斷，零序比率差動(dòng)與分側(cè)差動(dòng)保護(hù)，過激磁保護(hù)，阻抗保護(hù)，復(fù)壓閉鎖方向過流保護(hù)，零序方向過流，零序過壓保護(hù)，間隙零序過流過壓保護(hù)，過負(fù)荷，起動(dòng)風(fēng)冷，過載閉鎖調(diào)壓。

1.1 穩(wěn)態(tài)比率差動(dòng)

圖1 穩(wěn)態(tài)比率差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作特性

動(dòng)作特性見圖1，圖中陰影部分為穩(wěn)態(tài)比率差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作區(qū)。Idz：動(dòng)作電流；Izd：制動(dòng)電流；Icdqd：差動(dòng)電流起動(dòng)定值；Kb1：比率差動(dòng)制動(dòng)系數(shù)整定值；Ie：變壓器額定電流。

穩(wěn)態(tài)比率差動(dòng)是用來區(qū)分差電流是由于外部故障還是內(nèi)部故障引起。保護(hù)動(dòng)作方程如下：

式中：I1、I2、···Im變壓器各側(cè)電流；

Icdqd：差動(dòng)電流起動(dòng)定值；

Izd：制動(dòng)電流；

Idz：差動(dòng)電流；

Kb1：比率制動(dòng)系數(shù)整定值（0.2≤Kb1≤0.75），裝置中依次按每相判別，滿足條件時(shí)穩(wěn)態(tài)比率差動(dòng)動(dòng)作。

（1）裝置利用三相差動(dòng)電流的波形作為識(shí)別勵(lì)磁涌流的判據(jù)，內(nèi)部故障時(shí)，差電流為工頻正弦波，當(dāng)勵(lì)磁涌流時(shí)，存在大量諧波分量，波形間斷不對(duì)稱。通過以下方程判別：

I2nd>K2xb×I1nd

I3nd>K3xb×I1nd

其中，I2nd、I3nd：差動(dòng)電流中的二、三次諧波；I1nd：差動(dòng)電流基波；K2xb、K3xb：制動(dòng)系數(shù)整定值。K2xb取 0.15，K3xb取 0.2。當(dāng)滿足條件時(shí)，勵(lì)磁涌流閉鎖差動(dòng)保護(hù)。

（2）按照變壓器差動(dòng)保護(hù)接線要求，要實(shí)現(xiàn)差動(dòng)保護(hù)，必須適當(dāng)選擇變壓器各側(cè)電流互感器的變比，使其比值等于變壓器的變比。

式中：Nl1：高壓側(cè)電流互感器的變比；

Nl2：低壓側(cè)電流互感器的變比；

NB為變壓器的變比。

要注意電流互感器的二次接線，TA極性必須準(zhǔn)確，一般規(guī)定變壓器各側(cè)的TA是以各側(cè)的母線為正，這樣，正常負(fù)荷時(shí)及變壓器外部故障時(shí)，進(jìn)入差動(dòng)回路的電流相互抵消為零，保護(hù)不動(dòng)作，而變壓器內(nèi)部故障時(shí)，進(jìn)入差動(dòng)回路的短路電流相疊加，保護(hù)可靠動(dòng)作。

要注意由TA飽和引起保護(hù)誤動(dòng)，當(dāng)故障發(fā)生在區(qū)外時(shí)，短路電流引起的TA飽和會(huì)產(chǎn)生很大的虛假差動(dòng)電流，在各側(cè)的TA飽和情況不同時(shí)更為嚴(yán)重。如果由此產(chǎn)生的量值落在了比率差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作范圍區(qū)內(nèi)，如不采取措施保護(hù)就會(huì)誤動(dòng)，針對(duì)這種情況，裝置內(nèi)應(yīng)設(shè)有一個(gè)TA飽和判據(jù)，裝置利用以下方程判別：

式中：IΦ3、IΦ2：某相電流中的三、二次諧波；

IΦ1：對(duì)應(yīng)相電流基波；

KΦ3xb、KΦ2xb：系數(shù)整定值。

當(dāng)滿足條件時(shí)，則認(rèn)為差動(dòng)電流為電流互感器飽和引起，閉鎖穩(wěn)態(tài)比率差動(dòng)保護(hù)。

為避免在變壓器內(nèi)部故障時(shí)因電流互感器飽和引起二、三次諧波誤閉鎖差動(dòng)保護(hù)，裝置設(shè)有一高比例和高起動(dòng)值的差動(dòng)保護(hù)，當(dāng)外部故障時(shí)，電流互感器飽和閉鎖差動(dòng)，而內(nèi)部故障時(shí)保護(hù)能正確動(dòng)作。

當(dāng)電流互感器二次回路開路并報(bào)警在差動(dòng)起動(dòng)后，滿足以下任意條件則開放差動(dòng)保護(hù)：①任一側(cè)任一相工頻變化量電壓元件起動(dòng)；②任一側(cè)負(fù)序相電壓大于6 V；③起動(dòng)后任一側(cè)任一相電流比起動(dòng)前增加；④起動(dòng)后最大相電流大于1.1Ie，通過“TA斷線閉鎖差動(dòng)”軟壓板即控制字整定為0，或1，或2來實(shí)現(xiàn)。

變壓器在過激磁時(shí)勵(lì)磁電流將猛增，為防止這種情況下保護(hù)誤動(dòng)作，根據(jù)以下方程判別：

式中：I5th、I1st：差動(dòng)電流中的5次諧波和基波；

K5xb：過激磁倍數(shù)。當(dāng)大于1.4倍基波電流時(shí)，差動(dòng)保護(hù)開放。

1.2 工頻變化量比率差動(dòng)

保護(hù)動(dòng)作邏輯框圖見圖2。

圖2 工頻變化量比率差動(dòng)邏輯框圖

工頻變化量比率差動(dòng)保護(hù)利用工頻故障分量構(gòu)成，不受負(fù)荷電流影響，抗TA飽和能力強(qiáng)，靈敏度高。

2 保護(hù)定值整定計(jì)算

2.1 穩(wěn)態(tài)比率差動(dòng)（主保護(hù)）

式中：Se：變壓器最大額定容量；

U1e：變壓器計(jì)算側(cè)額定電壓。

式中：I1e：變壓器一次側(cè)額定電流；

nLH：相應(yīng)側(cè)的電流互感器變比。

式中：I2e：變壓器二次側(cè)額定電流；

I2e-min、I2e-max：變壓器各側(cè)二次額定電流中最小值、最大值。

可見，差動(dòng)各側(cè)平衡系數(shù)調(diào)整范圍最大可到16倍。

差動(dòng)電流起動(dòng)定值（保護(hù)最小動(dòng)作電流值）Icdqd整定。

Icdqd應(yīng)大于變壓器額定負(fù)載正常運(yùn)行時(shí)的最大不平衡電流，即：

式中：Ie：變壓器二次側(cè)額定電流，可靠系數(shù)Krel取1.3～1.5；

Ker：CT的比誤差；

ΔU：變壓器調(diào)壓誤差；

Δm：CT變比不匹配誤差，一般取 Icdqd=（0.2～0.5）Ie。

2.2 復(fù)合電壓閉鎖方向過流（后備保護(hù)）

復(fù)合電壓起動(dòng)的過電流保護(hù)電流繼電器動(dòng)作電流Iop=Krel×Ie/Kr

其中，可靠系數(shù)Krel取1.2，返回系數(shù)Kr取0.95，Ie為變壓器二次側(cè)額定電流。

復(fù)合電壓起動(dòng)過流保護(hù)的低電壓繼電器動(dòng)作電壓Uop，當(dāng)?shù)碗妷豪^電器由變壓器低壓側(cè)PT供電時(shí)，Uop=Umin/Krel×1/Kr，其中Krel取1.1～1.2，Kr取1.05，Umin為變壓器正常運(yùn)行可能出現(xiàn)的最低電壓。當(dāng)?shù)碗妷豪^電器由變壓器高壓側(cè)PT供電時(shí)，Uop=0.7Ue，其中Ue為二次側(cè)額定線電壓。

復(fù)合電壓起動(dòng)過流保護(hù)的負(fù)序電壓繼電器的動(dòng)作電壓Uop可?。?.06～0.08)UΦe，其中，UΦe為二次側(cè)額定相電壓。

3 結(jié)束語

近10年來繼電保護(hù)裝置已從電磁型、晶體管型、集成電路型徹底更換到了微機(jī)保護(hù)時(shí)代。微機(jī)保護(hù)的廣泛應(yīng)用大大提高了電網(wǎng)運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)效益，它革新了傳統(tǒng)保護(hù)裝備的面貌，集主、后備保護(hù)功能為一身，運(yùn)行良好；自檢功能、異常報(bào)警、強(qiáng)電磁兼容性提高了裝置安全工況；具備遠(yuǎn)方通訊功能，滿足自動(dòng)化要求；調(diào)試方便規(guī)范，故障事件錄波與保護(hù)硬件相互獨(dú)立，互不影響。隨著計(jì)算機(jī)、通訊技術(shù)的快速發(fā)展，微機(jī)保護(hù)將會(huì)越來越現(xiàn)代化。