電力變壓器差動(dòng)保護(hù)技術(shù)分析

王靚 欒艷爍

【摘 要】電力變壓器是電力系統(tǒng)中最關(guān)鍵的主設(shè)備之一，它承擔(dān)著電壓變換，電能分配和傳輸，并提供電力服務(wù)，變壓器差動(dòng)保護(hù)中諸多問題，不能夠很好的解決這些問題，就會(huì)直接影響變壓器差動(dòng)保護(hù)的性能，甚至造成變壓器差動(dòng)保護(hù)的誤動(dòng)或拒動(dòng)。本文筆者根據(jù)多年從事工作經(jīng)驗(yàn)對(duì)其技術(shù)進(jìn)行闡述，談?wù)剛€(gè)人一些認(rèn)識(shí)與見解。

【關(guān)鍵詞】電力系統(tǒng)；變壓器；差動(dòng)保護(hù)；技術(shù)分析

1.電力變壓器差動(dòng)保護(hù)的原理

差動(dòng)保護(hù)的原理是基于節(jié)點(diǎn)電流定律，利用基爾霍夫電流定理工作的，當(dāng)變壓器正常工作或發(fā)生區(qū)外故障時(shí)，將其看作理想變壓器，則流入變壓器的電流和流出電流（折算后的電流）相等，差動(dòng)繼電器不動(dòng)作。當(dāng)變壓器內(nèi)部故障時(shí)，兩側(cè)（或三側(cè)）向故障點(diǎn)提供短路電流，差動(dòng)保護(hù)感受到的二次電流和的正比于故障點(diǎn)電流，差動(dòng)繼電器動(dòng)作。因而它只對(duì)被保護(hù)設(shè)備內(nèi)部發(fā)生的短路故障發(fā)出響應(yīng)，因此差動(dòng)保護(hù)具有百分之百的選擇性，即使外部的故障極其嚴(yán)重，它也不會(huì)對(duì)其做出任何動(dòng)作，因此也可以作為線路、電機(jī)等電力設(shè)施的主保護(hù)。繞組變壓器兩側(cè)設(shè)有電流互感器，而它的二次側(cè)則是按照循環(huán)電流法進(jìn)行線路連接。兩側(cè)的電流互感器同極端如果同時(shí)朝向母線，則會(huì)與同極性的端子連接，并且會(huì)在兩個(gè)接線之間接入電流繼電器。繼電線圈內(nèi)部的電流為兩邊的電流互感器的二次電流差，所以差動(dòng)繼電器的位置是在差動(dòng)回路上。

2.變壓器差動(dòng)保護(hù)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)

總結(jié)變壓器縱差保護(hù)所遇到的技術(shù)問題，要實(shí)現(xiàn)變壓器差動(dòng)保護(hù)必須做到：使差動(dòng)保護(hù)各側(cè)電流的相位相同或相反；使由變壓器各側(cè)TA二次流入差動(dòng)保護(hù)的電流產(chǎn)生的效果相同，即是等效的；變壓器差動(dòng)保護(hù)能可靠躲過勵(lì)磁涌流空，保證投變壓器時(shí)不會(huì)誤動(dòng)；大電流側(cè)系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生接地故障時(shí)保護(hù)不會(huì)誤動(dòng)，即避開零序電流的影響；能可靠躲過穩(wěn)態(tài)及暫態(tài)不平衡電流。

2.1變壓器差動(dòng)保護(hù)兩側(cè)電流的移相

呈Y，d接線的變壓器，兩側(cè)電流的相位不同，就不能滿ΣI=0。因此，要使正常工況下差動(dòng)保護(hù)各側(cè)的電流向量和為零，首先應(yīng)將某一側(cè)差動(dòng)TA二次電流進(jìn)行移相。在傳統(tǒng)的模擬量變壓器差動(dòng)保護(hù)中，主要采取改變二次TA接線的方式（例如YN， dll接線方式的變壓器，其差動(dòng)回路協(xié)接成Dynll）或采用輔助TA。運(yùn)行實(shí)踐表明：通過改變變壓器差動(dòng)TA接線方式對(duì)電流進(jìn)行移相的方法存在一些缺點(diǎn)：第一次投運(yùn)的變壓器，若某相差動(dòng)TA的極性接錯(cuò)，分析及處理相對(duì)較麻煩，實(shí)現(xiàn)差動(dòng)元件的TA斷線閉鎖也比較困難。在微機(jī)保護(hù)中通過計(jì)算軟件對(duì)變壓器縱差保護(hù)某側(cè)電流的移相方式，對(duì)于Y，d接線的變壓器，當(dāng)用計(jì)算機(jī)軟件對(duì)某側(cè)電流移相時(shí)，差動(dòng)TA的接線均采用Y，y。用計(jì)算機(jī)軟件對(duì)變壓器高壓側(cè)差動(dòng)TA二次電流的移相方式，是采用計(jì)算差動(dòng)TA二次兩相電流差的方式。分析表明，這種移相方式與采用改變TA接線進(jìn)行移相的方式是完全等效的。這是因?yàn)槿形接線TA二次兩相電流之差與將Y形接線TA改成△形接線后取一相的輸出電流是等效的。

值得注意的是：用軟件實(shí)現(xiàn)移相時(shí)，究竟取哪兩相TA二次電流之差？這應(yīng)由變壓器的接線組別決定。例如：當(dāng)變壓器的接線組別為YN， d11時(shí)，在Y側(cè)流入A、B、C三個(gè)差動(dòng)元件的計(jì)算電流，應(yīng)分別取Ia-Ib， Ib-Ic， Ic-Ia （Ia、Ib、Ic為差動(dòng)TA二次三相電流）。

2.2消除變壓器差動(dòng)保護(hù)兩側(cè)電流中的零序

對(duì)于YN， d接線的變壓器，當(dāng)高壓側(cè)線路上發(fā)生接地故障時(shí)，差動(dòng)保護(hù)不應(yīng)動(dòng)作，但有零序電流流過高壓側(cè)，而由于低壓側(cè)繞組為d聯(lián)接，在變壓器的低壓側(cè)無零序電流輸出。若不采取相應(yīng)的措施變壓器縱差保護(hù)可能誤動(dòng)而切除變壓器。

當(dāng)變壓器高壓側(cè)發(fā)生接地故障時(shí)，為使變壓器縱差保護(hù)不誤動(dòng)，應(yīng)消除零序電流對(duì)差動(dòng)保護(hù)的影響。在傳統(tǒng)的差動(dòng)保護(hù)中，由于TA接線方式的原因，零序不會(huì)產(chǎn)生影響。在微機(jī)差動(dòng)保護(hù)中，對(duì)于D， YN接線的變壓器，軟件做差時(shí)已將零序消除。對(duì)于YN，y接線方式的變壓器，在高壓側(cè)電流的采樣過程中濾掉零序。

2.3變壓器差動(dòng)各側(cè)之間的平衡系數(shù)

一般變壓器差動(dòng)高低壓側(cè)的TA二次電流大小是不同的，無法滿足ΣI=0。在實(shí)現(xiàn)變壓器差動(dòng)保護(hù)時(shí)，需將高低壓側(cè)大小不等的電流產(chǎn)生等同的作用。在微機(jī)型變壓器保護(hù)裝置中，引用了一個(gè)將兩個(gè)大小不等的電流折算成作用完全相向電流的折算系數(shù)，將該系數(shù)稱作為平衡系數(shù)。

根據(jù)變壓器的容量，接線組別、各側(cè)電壓及各側(cè)差動(dòng)TA的變比，可以計(jì)算出差動(dòng)兩側(cè)之間的平衡系數(shù)。

3.新投變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作種類

新投變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作，在變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作中占了較大的比例，但這種情況的誤動(dòng)作，一般大多在變壓器投運(yùn)帶負(fù)荷試運(yùn)行的七十二小時(shí)就會(huì)被發(fā)現(xiàn)。筆者總結(jié)有以下幾方面：

（1）接線錯(cuò)誤造成變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作。

電流互感器（TA）極性接反導(dǎo)致誤動(dòng)作。對(duì)于差動(dòng)保護(hù)來說，一般采用減的算法都能得到差動(dòng)電流。從電磁感應(yīng)知道，電流互感器（TA）有極性，也就是同名端，變壓器差動(dòng)回路電流互感器（TA）的同名端指向母線側(cè)還是指向變壓器，將對(duì)差動(dòng)電流的計(jì)算結(jié)果正確與否有直接影響。相序接反導(dǎo)致誤動(dòng)作。電力系統(tǒng)正常的相序?yàn)檎?，也就是以A相為基準(zhǔn)，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(cè)的電流互感器（TA）出現(xiàn)相序接錯(cuò)的情況，就會(huì)形成差電流，導(dǎo)致變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作。

（2）整定值不合理造成變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作。

差動(dòng)速斷定值和二次諧波制動(dòng)的比率差動(dòng)定值選擇不正確造成誤動(dòng)作。差動(dòng)速斷的定值是按躲過變壓器的勵(lì)磁涌流和最大運(yùn)行方式下，穿越性故障引起的不平衡電流，兩者中的較大者。區(qū)外故障時(shí)，通過一定的比率進(jìn)行制動(dòng)，提高保護(hù)的可靠性；同時(shí)利用變壓器空載合閘時(shí)，產(chǎn)生的二次諧波量來區(qū)別是故障電流還是勵(lì)磁涌流，實(shí)現(xiàn)保護(hù)制動(dòng)。

（3）現(xiàn)場(chǎng)變壓器卻在一般運(yùn)行方式下，由于電流互感器變比、同時(shí)系數(shù)、計(jì)算誤差的影響，就會(huì)導(dǎo)致變壓器實(shí)際運(yùn)行時(shí)形成一定的差電流，導(dǎo)致比率差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作。

高、低壓側(cè)電流相角的轉(zhuǎn)移由高壓側(cè) CT 采用△型接線，但要考慮 CT 一次同名端的接線方式 （是同時(shí)指向母線或變壓器，還是兩側(cè)不一致的），時(shí)鐘差以一次為準(zhǔn)，都能得到正確的差動(dòng)電流。

4.變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作的預(yù)防措施

對(duì)于新建或設(shè)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(hù)誤動(dòng)情況，應(yīng)嚴(yán)格按照國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、文件或者廠家說明書執(zhí)行，每一個(gè)流程均需要嚴(yán)格把關(guān)：即：正確選擇高低壓側(cè)CT（要求保護(hù)用的電流互感器在通過15倍甚至是20倍額定電流的情況下，誤差不超過5%或 10%，即不出現(xiàn)飽和變比） 減小差流和飽和的差距。提高整定的嚴(yán)密性，保證接線正確率，特別是變壓器初次投運(yùn)，一定要帶負(fù)荷查看差電流，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)負(fù)荷情況再適當(dāng)調(diào)整定值。我們只有在安裝調(diào)試過程中把每一環(huán)節(jié)工作做細(xì)，按照檢驗(yàn)條例和有關(guān)規(guī)程規(guī)定，嚴(yán)把整組試驗(yàn)關(guān)，積極采取相應(yīng)措施，是可以提高變壓器差動(dòng)保護(hù)的可靠性的，或者完全可以避免變壓器在運(yùn)行中差動(dòng)保護(hù)的誤動(dòng)作。

5.結(jié)束語

隨著變壓器的復(fù)雜性的增加及設(shè)備貴重程度的提高等，對(duì)變差器的主保護(hù)差動(dòng)保護(hù)的可靠性、快速性、反應(yīng)的準(zhǔn)確性要（下轉(zhuǎn)第76頁）（上接第5頁）求將會(huì)越來越高。變壓器保護(hù)的方法也會(huì)越來越多，更先進(jìn)的變壓器保護(hù)裝置也會(huì)不斷出現(xiàn)，為電力系統(tǒng)的安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行提供保障，取得多方面的效益。■

【參考文獻(xiàn)】

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