二次諧波閉鎖的牽引變壓器差動(dòng)保護(hù)的構(gòu)成及整定計(jì)算

摘 要：牽引變壓器在牽引供電系統(tǒng)中具有十分重要的作用，一旦發(fā)生故障，其影響范圍較大，因此必須對(duì)牽引變壓器設(shè)置性能完善的保護(hù)裝置。差動(dòng)保護(hù)作為牽引變壓器主保護(hù)之一，其構(gòu)成和整定計(jì)算是十分重要的。

關(guān)鍵詞：牽引變壓器;比率差動(dòng)保護(hù);二次諧波閉鎖;差動(dòng)速斷保護(hù)

牽引變壓器在牽引供電系統(tǒng)中具有十分重要的作用，一旦發(fā)生故障，其影響范圍較大，因此必須對(duì)牽引變壓器設(shè)置性能完善的保護(hù)裝置。牽引變壓器應(yīng)配置差動(dòng)保護(hù)作為其主保護(hù)之一。差動(dòng)保護(hù)主要用來(lái)保護(hù)牽引變壓器內(nèi)部、套管以及引出線上的相間短路，同時(shí)也可以保護(hù)繞組單相層間短路和接地短路。差動(dòng)保護(hù)為瞬時(shí)動(dòng)作，動(dòng)作后牽引變壓器各側(cè)斷路器均跳閘，牽引變壓器退出運(yùn)行。

牽引變壓器差動(dòng)保護(hù)一般由二次諧波閉鎖的比率差動(dòng)保護(hù)和差動(dòng)速斷保護(hù)兩個(gè)元件組成，其動(dòng)作特性如圖1所示。

圖1 "變壓器差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作特性

一、二次諧波閉鎖的比率差動(dòng)保護(hù)

（一）比率差動(dòng)保護(hù)

由于電流互感器的誤差、變壓器的接線方式及勵(lì)磁涌流等因素的影響，在正常運(yùn)行及外部故障時(shí)流入到差動(dòng)繼電器中的電流并不為零，而是有一定的電流，這個(gè)電流叫做不平衡電流。由電流互感器傳變產(chǎn)生的不平衡電流與變壓器外部故障時(shí)的穿越性電流有關(guān)。在變壓器區(qū)外短路時(shí)，穿越性短路電流越大，不平衡電流也就越大。如果按照躲過(guò)最大外部故障時(shí)的不平衡電流來(lái)整定動(dòng)作電流，將會(huì)使差動(dòng)保護(hù)的靈敏度降低。因此，在差動(dòng)繼電器中引入一個(gè)能反應(yīng)變壓器穿越性短路電流大小的制動(dòng)電流，差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作電流的大小根據(jù)制動(dòng)電流的大小自動(dòng)調(diào)整，令其動(dòng)作電流總大于區(qū)外短路故障時(shí)的穩(wěn)態(tài)不平衡電流，從而提高了差動(dòng)保護(hù)的靈敏度，這種差動(dòng)保護(hù)稱為比率差動(dòng)保護(hù)。

比率差動(dòng)保護(hù)的制動(dòng)特性由三個(gè)線段組成，見(jiàn)圖1。第一段為水平線，用來(lái)躲過(guò)變壓器正常運(yùn)行時(shí)的不平衡電流。當(dāng)不平衡電流很小時(shí)，無(wú)制動(dòng)作用，將大大提高保護(hù)的靈敏性。第二段AB為斜線，用來(lái)躲過(guò)電流互感器未飽和時(shí)的不平衡電流，其反方向延長(zhǎng)線通過(guò)原點(diǎn)。第三段斜線BC，用來(lái)躲過(guò)電流互感器飽和產(chǎn)生的不平衡電流。

對(duì)于雙繞組變壓器，三段折線式比率差動(dòng)保護(hù)的制動(dòng)特性可用下述動(dòng)作方程或算法實(shí)現(xiàn)。

（1）

式（1）中，表示比率差動(dòng)保護(hù)的最小動(dòng)作電流，由變壓器正常運(yùn)行時(shí)的不平衡電流決定。

（1）

式中—可靠系數(shù)，取1.3;

—由于電流互感器計(jì)算變比和實(shí)際變比不一致引起的相對(duì)誤差，單相變壓按式計(jì)算，Yd11接線三相變壓器按式計(jì)算;當(dāng)采用中間變流器進(jìn)行補(bǔ)償時(shí)，取補(bǔ)償后剩余的相對(duì)誤差;

—由于變壓器分接頭改變引起的相對(duì)誤差，一般可取調(diào)壓范圍的一半;

—電流互感器的同型系數(shù)， 同型時(shí)取為0.5， 不同型時(shí)取1。

—變壓器正常運(yùn)行時(shí)計(jì)算側(cè)的最大負(fù)荷電流。

由于牽引負(fù)荷的特點(diǎn)，牽引變壓器經(jīng)常處于短時(shí)過(guò)負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)。牽引供電操作規(guī)程規(guī)定，當(dāng)牽引供電負(fù)荷達(dá)到3倍額定電流時(shí)，牽引變壓器還應(yīng)繼續(xù)運(yùn)行2min，所以牽引變壓器的一般較大。

、表示制動(dòng)系數(shù)，的整定計(jì)算必須考慮不平衡電流的影響和差動(dòng)保護(hù)對(duì)流出電流的要求;而對(duì)于的整定要保證差動(dòng)保護(hù)在外部故障電流很大且含有大量非周期分量的情況下不誤動(dòng)。在實(shí)際應(yīng)用中一般由運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定，因?yàn)檫@些參數(shù)的精確計(jì)算往往比較困難。通常取0.3～0.5，可以整定的較大，一般取0.5～0.7。

、表示制動(dòng)電流整定值。對(duì)于，可按照正比例函數(shù)求得，即

（2）

是B點(diǎn)的橫坐標(biāo)，需要滿足

（3）

（二）二次諧波閉鎖

當(dāng)變壓器空載投入或外部短路故障切除后電壓恢復(fù)過(guò)程中，勵(lì)磁電流很大，電流可達(dá)到額定電流的6～8倍，即勵(lì)磁涌流。勵(lì)磁涌流數(shù)值可能很大，所以差動(dòng)保護(hù)在勵(lì)磁涌流的沖擊下可能誤動(dòng)作，必須采取措施加以克服。在模擬式差動(dòng)保護(hù)中廣泛應(yīng)用的是采用具有速飽和變流器或帶短路線圈的速飽和變流器的差動(dòng)繼電器來(lái)構(gòu)成差動(dòng)保護(hù)。采用此種方法的差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作電流大、靈敏度低，并且在變壓器內(nèi)部故障時(shí)，會(huì)延緩保護(hù)的動(dòng)作，已逐漸被淘汰。微機(jī)式差動(dòng)保護(hù)中，差動(dòng)繼電器可以采用更豐富的手段來(lái)鑒別勵(lì)磁涌流，目前，我國(guó)鐵路供電系統(tǒng)廣泛采用的是二次諧波閉鎖方法。

二次諧波閉鎖方法是根據(jù)勵(lì)磁涌流中含有大量二次諧波分量而內(nèi)部故障電流中二次諧波含量很低的特點(diǎn)，當(dāng)檢測(cè)到差動(dòng)電流中二次諧波含量大于整定值時(shí)就將差動(dòng)繼電器閉鎖，以防止勵(lì)磁涌流引起的誤動(dòng)。

如果采取二次諧波閉鎖原理，該比率差動(dòng)保護(hù)又稱為二次諧波閉鎖的比率差動(dòng)保護(hù)。

二、 差動(dòng)速斷保護(hù)

在某些情況下二次諧波閉鎖會(huì)導(dǎo)致差動(dòng)保護(hù)延時(shí)動(dòng)作。當(dāng)保護(hù)范圍內(nèi)部發(fā)生短路故障時(shí)，暫態(tài)短路電流中也可能存在二次諧波;電流互感器鐵屑飽和時(shí)也會(huì)在二次電流中產(chǎn)生二次諧波分量。如果二次諧波含量超過(guò)二次諧波制動(dòng)系數(shù)整定值，則二次諧波閉鎖的具有比率制動(dòng)特性的差動(dòng)保護(hù)也將被閉鎖，一直等到暫態(tài)短路電流衰竭（變化）到一定程度后差動(dòng)保護(hù)才能動(dòng)作，這就相對(duì)地延遲了動(dòng)作時(shí)間，減慢了動(dòng)作速度。為了在變壓器發(fā)生嚴(yán)重故障時(shí)差動(dòng)保護(hù)能迅速動(dòng)作，往往增加一個(gè)不需要考慮勵(lì)磁涌流影響的差動(dòng)速斷保護(hù)元件，其動(dòng)作判據(jù)為

（4）

式中—差動(dòng)速斷保護(hù)的動(dòng)作電流，按躲過(guò)變壓器的最大勵(lì)磁涌流來(lái)整定，即

（5）

式中可靠系數(shù)取1.2～1.4，最大勵(lì)磁涌流一般按變壓器額定電流的8-10倍估算。