和應(yīng)涌流對(duì)繼電保護(hù)誤動(dòng)的分析及對(duì)策

張 明

（上海漕涇熱電有限責(zé)任公司，上海 201507）

上海漕涇熱電有限責(zé)任公司位于上海市級(jí)化學(xué)工業(yè)園區(qū)，于2004年建設(shè)2套300 MW等級(jí)9FA多軸燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)熱電聯(lián)供機(jī)組，2005年投產(chǎn)發(fā)電。公司主要經(jīng)營(yíng)生產(chǎn)電力及熱力，為電網(wǎng)供電，同時(shí)為化工區(qū)的大型化工企業(yè)供熱。

1 差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作

1.1 事故概況

發(fā)生事故時(shí)1號(hào)機(jī)組主要運(yùn)行參數(shù)：11號(hào)燃機(jī)有功150 MW、12號(hào)汽機(jī)有功50 MW；21號(hào)燃機(jī)主變220 k V開關(guān)后，11號(hào)發(fā)電機(jī)跳閘。11號(hào)發(fā)電機(jī)第二套保護(hù)出口繼電器（86 G）動(dòng)作，保護(hù)裝置面板Trip、差動(dòng)保護(hù)B相指示紅燈亮，并且保護(hù)裝置內(nèi)部事件顯示：STATOR DIFF 0P B（發(fā)電機(jī)差動(dòng)B相啟動(dòng)）；Stator Diff Ibd（差動(dòng)電流）1078.1 A，127 ms后跳閘86G1 ON（跳閘出口）。發(fā)變組故障錄波器啟動(dòng)錄波，波形圖顯示為在21號(hào)主變220 k V開關(guān)合閘后，11號(hào)發(fā)電機(jī)三相電流波形均有沿縱向偏移現(xiàn)象，即空充主變到發(fā)電機(jī)跳閘有1 min時(shí)間，直流分量顯示B相較大，其波形符合和應(yīng)涌流的特點(diǎn)，如圖1所示。

圖1 B相差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作錄波

1.2 事故原因分析

變壓器空載合閘產(chǎn)生的勵(lì)磁電流，有可能會(huì)導(dǎo)致差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)，因此針對(duì)勵(lì)磁涌流的特點(diǎn)，變壓器差動(dòng)保護(hù)大多采用2次諧波制動(dòng)原理來有效防止誤動(dòng)。特別是通過對(duì)國(guó)內(nèi)出現(xiàn)的多起空投變壓器，導(dǎo)致相鄰變壓器或發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)和后備保護(hù)誤動(dòng)的分析，提出了發(fā)電廠和變電站中，有很多并列運(yùn)行的變壓器和發(fā)電機(jī)變壓器組，變壓器在投運(yùn)過程中會(huì)在相鄰運(yùn)行設(shè)備中產(chǎn)生和應(yīng)涌流的現(xiàn)象，該涌流在合閘變壓器勵(lì)磁涌流持續(xù)一段時(shí)間后才產(chǎn)生，偏向時(shí)間軸的一側(cè)，并且在幾個(gè)周期內(nèi)迅速達(dá)到最大值，隨后再逐漸減?。缓蛻?yīng)涌流中非周期分量衰減時(shí)間非常慢，容易引起電流互感器（TA）的暫態(tài)飽和，從而導(dǎo)致空投變壓器以后相鄰運(yùn)行差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作［1］。

隨著微機(jī)保護(hù)的發(fā)展，差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作速度進(jìn)一步提高，整定值變得更加靈敏。為了提高閘匝間短路靈敏度，差動(dòng)保護(hù)的啟動(dòng)值也大幅降低，因而造成誤動(dòng)的機(jī)率大大提高。從保護(hù)裝置故障錄波（圖1）中可以看到，當(dāng)21號(hào)主變充電后，11號(hào)燃機(jī)發(fā)電機(jī)的B相出現(xiàn)了的差動(dòng)電流，并且差動(dòng)電流達(dá)到了繼電器的差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作設(shè)置值（0.09 pu），導(dǎo)致繼電器的B相差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作。

非周期分量是引起TA暫態(tài)飽和的主要因素，TA飽和時(shí)，二次電流發(fā)生畸變，波形發(fā)生變化，并且當(dāng)TA含有剩磁時(shí)，非周期分量將影響其飽和時(shí)間。對(duì)于突變量暫態(tài)過程對(duì)保護(hù)裝置和TA的影響，難以用理論進(jìn)行整定計(jì)算。當(dāng)遠(yuǎn)方電流突變（變壓器勵(lì)磁涌流等）或短路時(shí)，發(fā)電機(jī)兩側(cè)TA由于剩磁及誤差引起暫態(tài)特性不一致時(shí)，使兩側(cè)TA的二次電流的幅值，波形、相角差出現(xiàn)差異，從而產(chǎn)生差流，即使電流突變量小于額定電流也能引起差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)。

將機(jī)端電流與中性點(diǎn)端電流重疊，B相電流出現(xiàn)位移，形成差流。即主變充電時(shí)，11號(hào)發(fā)電機(jī)兩端的B相電流不一致，導(dǎo)致B相出現(xiàn)差動(dòng)電流，從而引發(fā)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，如圖2所示。

圖2 B相差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作分析

2 和應(yīng)涌流的產(chǎn)生及特點(diǎn)

2.1 和應(yīng)涌流的產(chǎn)生原因

通過理論分析和試驗(yàn)，國(guó)內(nèi)對(duì)和應(yīng)涌流產(chǎn)生的原因，主要有兩種觀點(diǎn)。

1）空載合閘變壓器產(chǎn)生勵(lì)磁涌流中的直流分量，通過變壓器的中性點(diǎn)接地回路流過運(yùn)行變壓器，使其飽和產(chǎn)生和應(yīng)涌流［2］。

2）變壓器空載合閘的瞬間，產(chǎn)生起始涌流，該涌流由系統(tǒng)供給，此電流的出現(xiàn)在線路上產(chǎn)生了壓降，從而引起運(yùn)行變壓器端口的電壓變化，即運(yùn)行變壓器的勵(lì)磁電壓受到影響，必然引起運(yùn)行變壓器磁鏈的變化，就會(huì)產(chǎn)生和應(yīng)涌流［1］。

2.2 和應(yīng)涌流的特點(diǎn)［3］

1）運(yùn)行變壓器的和應(yīng)涌流是在合閘變壓器勵(lì)磁涌流持續(xù)一段時(shí)間后才產(chǎn)生的，并且在幾個(gè)周期內(nèi)迅速達(dá)到最大值，隨后逐漸減小。

2）在相同初始合閘條件下，出現(xiàn)和應(yīng)涌流后，兩變壓器的相互作用使得涌流的衰減過程較單個(gè)變壓器合閘時(shí)要慢得多。

3）當(dāng)變壓器空投而鐵心正向飽和時(shí)，并聯(lián)運(yùn)行變壓器的鐵心趨向反向飽和，因此相對(duì)空投變壓器的勵(lì)磁涌流而言，運(yùn)行變壓器的和應(yīng)涌流為反向，即勵(lì)磁涌流與和應(yīng)涌流方向相反，并且正負(fù)交替產(chǎn)生。

4）和應(yīng)涌流中非周期分量衰減非常慢，容易引起TA暫態(tài)飽和，從而導(dǎo)致運(yùn)行設(shè)備的差動(dòng)保護(hù)。

3 減小或消除和應(yīng)涌流的對(duì)策

3.1 兩種觀點(diǎn)的切磋

1）斷開和應(yīng)涌流的通道措施可行 有學(xué)者認(rèn)為：空載合閘變壓器產(chǎn)生勵(lì)磁涌流中的直流分量，通過變壓器的中性點(diǎn)接地回路流過運(yùn)行變壓器，使其飽和產(chǎn)生和應(yīng)涌流，從而提出將空載合閘變壓器的中性點(diǎn)斷開后再合閘，或在變壓器空載合閘前將運(yùn)行變壓器的中性點(diǎn)斷開，即采用斷開和應(yīng)涌流通道的措施來消除和應(yīng)涌流。

2）斷開和應(yīng)涌流的通道措施不可行 有學(xué)者認(rèn)為：在變壓器空載合閘的瞬間，運(yùn)行變壓器的勵(lì)磁電壓受到影響，必然會(huì)引起運(yùn)行變壓器磁鏈的變化而產(chǎn)生和應(yīng)涌流，采取斷開變壓器中性點(diǎn)的做法并不能消除和應(yīng)涌流，而且1臺(tái)變壓器空載合閘，運(yùn)行設(shè)備都有可能產(chǎn)生和應(yīng)涌流，況且中性點(diǎn)在不同接地的不同組合狀態(tài)下，運(yùn)行設(shè)備產(chǎn)生的和應(yīng)涌流是不相同的。

3.2 現(xiàn)場(chǎng)采取的措施

1）提高差動(dòng)保護(hù)整定值 文獻(xiàn)［1］介紹了防止和應(yīng)涌流引起差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)的措施，主要是提高保護(hù)定值或降低二次諧波制動(dòng)比。將發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)整定值由原先的0.09pu調(diào)整至0.25pu，用以減小外部影響造成的誤動(dòng)，包括在特殊工況下，因各種實(shí)際狀態(tài)而使負(fù)荷狀態(tài)下不平衡電流異常增大時(shí)保護(hù)不誤動(dòng)。

2）滿足系統(tǒng)突變時(shí)的誤差要求 文獻(xiàn)［4］通過對(duì)二次回路負(fù)載阻抗、TA伏安特性試驗(yàn)，檢驗(yàn)TA特性、精度和二次回路負(fù)載滿足誤差要求，減小系統(tǒng)突變時(shí)對(duì)繼電保護(hù)的影響。

4 結(jié)語

通過此次對(duì)11號(hào)燃機(jī)發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)原因的排查與分析，查出了造成保護(hù)裝置誤動(dòng)的直接原因是“和應(yīng)涌流”問題，也涉及到相關(guān)定值的整定問題。經(jīng)過整改，在對(duì)TA伏安特性、二次回路負(fù)載阻抗試驗(yàn)等周檢過程中，檢驗(yàn)TA特性、精度和二次回路負(fù)載滿足誤差要求，解決了差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)問題。

［1］ 畢大強(qiáng)，孫葉，李德佳，王祥珩，等.變壓器中性點(diǎn)接地方式對(duì)和應(yīng)涌流產(chǎn)生的影響分析［J］.繼電器，2007，35（20）.

［2］ 王維儉.發(fā)電機(jī)變壓器繼電保護(hù)應(yīng)用［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2004.

［3］ 許云雅.變壓器勵(lì)磁涌流與和應(yīng)涌流的分析研究［J］.華北電力大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，35（20）.

［4］ 李艷鵬，侯啟方，劉承志.非周期分量對(duì)電流互感器暫態(tài)飽和的影響［J］.電力自動(dòng)化，2008，26（8）.