防止勵(lì)磁涌流造成差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)的方法研究

摘 要：文章對(duì)防止電力變壓器在空載合閘情況下產(chǎn)生的勵(lì)磁涌流造成差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作的措施和制動(dòng)模式作了進(jìn)一步研究，深入分析了二次諧波制動(dòng)系數(shù)、波形對(duì)稱(chēng)原理制動(dòng)判別門(mén)檻值、制動(dòng)模式對(duì)差動(dòng)保護(hù)可靠躲過(guò)勵(lì)磁涌流的影響。

關(guān)鍵詞：勵(lì)磁涌流；差動(dòng)保護(hù)；二次諧波制動(dòng)；波形對(duì)稱(chēng)；誤動(dòng)

中圖分類(lèi)號(hào)：TM401 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2014）30-0086-01

作為電力變壓器的主保護(hù)，差動(dòng)保護(hù)的作用是非常關(guān)鍵的，而如何對(duì)勵(lì)磁涌流和故障電流進(jìn)行有效識(shí)別，避免空載合閘下因勵(lì)磁涌流而造成的差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)，是變壓器差動(dòng)保護(hù)中需要重點(diǎn)解決的問(wèn)題。通常在實(shí)際應(yīng)用中，多是采用基于勵(lì)磁涌流波形特征的識(shí)別方法，如二次諧波制動(dòng)、波形對(duì)稱(chēng)原理制動(dòng)和間斷角原理制動(dòng)，制動(dòng)模式主要有分相制動(dòng)、或門(mén)制動(dòng)和三取二制動(dòng)。目前，為防止勵(lì)磁涌流造成差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)，采用的各種方案都是基于勵(lì)磁涌流識(shí)別技術(shù)進(jìn)而采取制動(dòng)措施閉鎖差動(dòng)保護(hù)。但由于實(shí)際勵(lì)磁涌流的復(fù)雜性，現(xiàn)在所采用的一些方案在識(shí)別勵(lì)磁涌流并可靠閉鎖方面存在不少問(wèn)題，還不能完全保證差動(dòng)保護(hù)可靠躲過(guò)勵(lì)磁涌流而不誤動(dòng)。

1 一起勵(lì)磁涌流造成誤動(dòng)事例

某年10月29日，某500 kV變電站#1聯(lián)變年檢工作結(jié)束后進(jìn)行聯(lián)變恢復(fù)送電操作。21：06：35，由220 kV側(cè)24 A開(kāi)關(guān)對(duì)1#聯(lián)變充電時(shí)，1#聯(lián)變第一套R(shí)CS-978C、第二套R(shí)CS-978C比率差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作出口跳閘，24 A開(kāi)關(guān)跳開(kāi)；聯(lián)變非電量保護(hù)未動(dòng)作，瓦斯繼電器內(nèi)無(wú)氣體。

對(duì)事故進(jìn)行嚴(yán)密分析，判定本次某500 kV變電站#1聯(lián)變220 kV側(cè)24 A開(kāi)關(guān)在對(duì)#1聯(lián)變充電過(guò)程中RCS-978C保護(hù)動(dòng)作跳閘的原因是空投變壓器引起勵(lì)磁涌流達(dá)到差動(dòng)保護(hù)啟動(dòng)值，且本次年檢進(jìn)行變壓器繞組直流電阻測(cè)試，引起鐵芯剩磁加大，造成第一次空充時(shí)A、B兩相二次諧波含量低于定值（定值為15%），勵(lì)磁涌流制動(dòng)判據(jù)開(kāi)放差動(dòng)保護(hù)引起的保護(hù)誤動(dòng)作。

最后的處理方案是繼續(xù)送電，并規(guī)定今后嚴(yán)格控制大型變壓器高、中壓繞組直流電阻的測(cè)試電流≤5 A，在進(jìn)行變壓器繞組直流電阻測(cè)試后，采用反向去磁法對(duì)變壓器剩磁及時(shí)進(jìn)行消磁。

2 減少勵(lì)磁涌流造成誤動(dòng)的措施

2.1 二次諧波制動(dòng)

二次諧波制動(dòng)主要利用勵(lì)磁涌流中二次諧波含量較大的特點(diǎn)，該原理便于微機(jī)保護(hù)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)二次諧波制動(dòng)比K2？棕Z大于二次諧波制動(dòng)系數(shù)定值K2時(shí)閉鎖差動(dòng)保護(hù)，反之當(dāng)K2？棕Z小于K2時(shí)開(kāi)放差動(dòng)保護(hù)，即滿(mǎn)足式（1）所示的動(dòng)作方程時(shí)將差動(dòng)保護(hù)閉鎖。

K2？棕Z=■×100%>K2（1）

式（1）中，K2？棕Z為二次諧波制動(dòng)比；I2？棕為二次諧波電流；I1？棕為基波電流；K2為二次諧波制動(dòng)系數(shù)定值。

2.2 波形對(duì)稱(chēng)原理制動(dòng)

波形對(duì)稱(chēng)原理是指通過(guò)相應(yīng)的波形對(duì)稱(chēng)算法，對(duì)變壓器空載合閘時(shí)產(chǎn)生的勵(lì)磁涌流與故障電流進(jìn)行區(qū)分。利用這種原理進(jìn)行制動(dòng)，主要是由于故障電流本身呈現(xiàn)正弦的對(duì)稱(chēng)特征，與之相比，勵(lì)磁涌流則沒(méi)有這種特征。因此，可以對(duì)差動(dòng)電流進(jìn)行微分處理，然后對(duì)其前后半波進(jìn)行對(duì)稱(chēng)比較，根據(jù)波形的對(duì)稱(chēng)程度，對(duì)勵(lì)磁涌流進(jìn)行快速識(shí)別。

假設(shè)某采樣點(diǎn)滿(mǎn)足式（2），則可以認(rèn)為此點(diǎn)屬于對(duì)稱(chēng)點(diǎn)。反之，則為不對(duì)稱(chēng)點(diǎn)。如果不對(duì)稱(chēng)點(diǎn)的數(shù)量超過(guò)？濁%，則可以判定波形不對(duì)稱(chēng)，閉鎖差動(dòng)保護(hù)。

■≤K（2）

式（2）中，N為每周采樣點(diǎn)數(shù)；t為當(dāng)前點(diǎn)；K為不對(duì)稱(chēng)系數(shù)，一般取1/3；？濁為波形對(duì)稱(chēng)百分比，一般取50%。

2.3 間斷角原理制動(dòng)

變壓器內(nèi)部故障時(shí)，流入差動(dòng)繼電器的穩(wěn)態(tài)差電流屬于正弦波，不會(huì)出現(xiàn)間斷角，而勵(lì)磁涌流的波形中會(huì)出現(xiàn)間斷角，因此，可以利用這個(gè)特點(diǎn)，對(duì)勵(lì)磁涌流和故障電流進(jìn)行識(shí)別。間斷角原理制動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)在于，由于采用按相閉鎖的方法，在變壓器合閘故障時(shí)，可以快速動(dòng)作。其缺點(diǎn)也比較明顯，即當(dāng)電流互感器飽和時(shí)，涌流的間斷角區(qū)域會(huì)產(chǎn)生反向電流，使得間斷角消失，可能導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)。這時(shí)，就需要采取額外的措施，對(duì)間斷角進(jìn)行恢復(fù)，會(huì)在一定程度上增加保護(hù)裝置軟件的復(fù)雜性。而為了提高相角比較的正確性，就必須提高采樣率，以準(zhǔn)確地測(cè)量間斷角，并抑制A/D轉(zhuǎn)換芯片在零點(diǎn)附近的轉(zhuǎn)換誤差，對(duì)CPU的計(jì)算速度和A/D轉(zhuǎn)換芯片的分辨率提出了更高的要求。因此該方法在微機(jī)保護(hù)上的實(shí)際工程應(yīng)用還需要進(jìn)一步完善。

3 制動(dòng)模式分析

制動(dòng)方式主要有分相制動(dòng)、或門(mén)制動(dòng)（一相制動(dòng)多相）和三取二制動(dòng)。

①分相制動(dòng)是三相電流中各相分別進(jìn)行勵(lì)磁涌流判別，然后分相閉鎖或開(kāi)放差動(dòng)保護(hù)。對(duì)于采用二次諧波制動(dòng)原理的差動(dòng)保護(hù)，當(dāng)二次諧波制動(dòng)系數(shù)取15%時(shí)，如果設(shè)計(jì)為分相制動(dòng)方式，存在誤動(dòng)的可能。因?yàn)樽儔浩鲃?lì)磁涌流的波形和二次諧波含量與變壓器材料、剩磁等密切相關(guān)，在部分特殊情況下，某一相二次諧波含量可能會(huì)很小，遠(yuǎn)低于15%。因此設(shè)定二次諧波制動(dòng)系數(shù)為15%并采用分相制動(dòng)存在誤動(dòng)的可能。

②或門(mén)制動(dòng)是當(dāng)三相電流中只要有一相判為勵(lì)磁涌流時(shí)就認(rèn)為是勵(lì)磁涌流，并閉鎖差動(dòng)保護(hù)。采用或門(mén)制動(dòng)后，保護(hù)的動(dòng)作行為偏安全，但是由于非故障相勵(lì)磁涌流的存在，在大型電力變壓器中，差動(dòng)保護(hù)需要等到勵(lì)磁涌流衰減后才能發(fā)揮作用，由于衰減耗時(shí)較長(zhǎng)，影響了空投于內(nèi)部故障變壓器時(shí)差動(dòng)保護(hù)的快速可靠動(dòng)作。

③三取二制動(dòng)是當(dāng)三相電流中有兩相以上判為勵(lì)磁涌流時(shí)才認(rèn)為是勵(lì)磁涌流，并閉鎖差動(dòng)保護(hù)，可靠性介于分相制動(dòng)和或門(mén)制動(dòng)之間。

一般情況下，采用二次諧波制動(dòng)原理的差動(dòng)保護(hù)，分相制動(dòng)時(shí)二次諧波制動(dòng)系數(shù)取值相對(duì)最小，或門(mén)制動(dòng)時(shí)內(nèi)部故障變壓器取值相對(duì)最大，三取二制動(dòng)時(shí)二次諧波制動(dòng)系數(shù)取值介于分相制動(dòng)和或門(mén)制動(dòng)之間。

4 合理選擇制動(dòng)措施和制動(dòng)模式

對(duì)于二次諧波制動(dòng)來(lái)說(shuō)，合理采用制動(dòng)模式和二次諧波制動(dòng)系數(shù)定值，可以改善變壓器空載合閘下勵(lì)磁涌流造成差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)和空投于變壓器內(nèi)部故障保護(hù)延時(shí)動(dòng)作；同樣對(duì)于波形對(duì)稱(chēng)原理制動(dòng)，合理選擇制動(dòng)模式和不對(duì)稱(chēng)系數(shù)、波形對(duì)稱(chēng)百分比，從而有效確保差動(dòng)保護(hù)的合理性和有效性。

在實(shí)際應(yīng)用中，基于二次諧波制動(dòng)和波形對(duì)稱(chēng)原理制動(dòng)的變壓器差動(dòng)保護(hù)取得了相當(dāng)?shù)男Ч趪?guó)內(nèi)大型變壓器保護(hù)中得到了大量應(yīng)用。國(guó)內(nèi)主要微機(jī)繼電保護(hù)裝置（如南瑞RCS-978、許繼電氣WBH-801）的勵(lì)磁涌流識(shí)別方案，采用的都是上述兩種制動(dòng)原理，結(jié)合分相制動(dòng)模式。這樣，可以對(duì)勵(lì)磁涌流進(jìn)行快速識(shí)別，加快變壓器差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作速度，減少其誤動(dòng)的機(jī)率。在裝置內(nèi)部，也采取了一些有效的措施，如程序在勵(lì)磁涌流判別中采用了浮動(dòng)門(mén)檻定值的功能（如二次諧波制動(dòng)系數(shù)初始值為5%，逐漸增加到15%）和自適應(yīng)循環(huán)閉鎖判據(jù)（如利用二次諧波與基波的幅值關(guān)系和相位關(guān)系的變化動(dòng)態(tài)調(diào)整制動(dòng)系數(shù)）。

5 結(jié) 語(yǔ)

目前，為防止勵(lì)磁涌流造成差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)，提出的各種方案都是基于勵(lì)磁涌流識(shí)別技術(shù)進(jìn)而采取制動(dòng)措施閉鎖或開(kāi)放差動(dòng)保護(hù)。研究表明，由于變壓器具有剩磁效應(yīng)，嚴(yán)格控制大型變壓器高、中壓繞組直流電阻的測(cè)試電流≤5 A，在進(jìn)行變壓器繞組直流電阻測(cè)試后，采用反向去磁法對(duì)變壓器剩磁及時(shí)進(jìn)行消磁，可有效提高變壓器差動(dòng)保護(hù)躲過(guò)勵(lì)磁涌流的能力，減少勵(lì)磁涌流造成保護(hù)誤動(dòng)作。

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