電力變壓器中縱差保護(hù)運(yùn)用的分析

孟劼++涂偉

摘 要：在電力系統(tǒng)中電力變壓器有著非常廣泛的應(yīng)用，現(xiàn)有的縱差保護(hù)是一種重要的保護(hù)措施，縱差保護(hù)雖然具有不少優(yōu)勢，但一系列新的問題也正在不斷產(chǎn)生。該研究就電力變壓器中的縱差保護(hù)的工作原理和研究應(yīng)用中存在的問題進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：電力變壓器 縱差保護(hù) 不平衡電流 勵(lì)磁涌流

中圖分類號：TM4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）08（c）-0034-02

作為電力保護(hù)的重點(diǎn)對象的電力變壓器不僅是因其本身具有很高的價(jià)格，而且它在維持整個(gè)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性中發(fā)揮著不可取代的重要作用。而縱差保護(hù)作為一種廣泛應(yīng)用的保護(hù)裝置，其能否合理運(yùn)用、正確動(dòng)作對電網(wǎng)的安全運(yùn)行來說至關(guān)重要。近縱差保護(hù)在變壓器的運(yùn)行中出現(xiàn)的問題仍舊值得關(guān)注。

1 電力變壓器縱差保護(hù)的基本原理

縱差保護(hù)全稱縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)，變壓器的縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)防御的是油箱外面套管和引出線等的故障。在正常情況下或保護(hù)范圍外發(fā)生故障時(shí)，兩側(cè)電流互感器二次側(cè)電流大小相等，相位相反，因此流經(jīng)繼電器的差電流為零，但如果在保護(hù)區(qū)內(nèi)發(fā)生短路故障，流經(jīng)繼電器的差電流不再為零，因此繼電器將動(dòng)作，使斷路器跳閘，起到保護(hù)作用。

2 縱差保護(hù)中常見問題

（1）首先有必要一提的是最常見的問題便是安裝過程中出現(xiàn)的問題；目前常見的電流互感器，出廠時(shí)都在外殼上明確標(biāo)注P1、P2；抽頭S1、S2；意思是當(dāng)CT一次側(cè)的電流由P1流向P2時(shí)，二次側(cè)感應(yīng)電流的方向?yàn)镾1到S2。差動(dòng)裝置取的是保護(hù)區(qū)域兩端的兩個(gè)CT的二次側(cè)感應(yīng)電流進(jìn)行計(jì)算，此時(shí)就一定要注意差動(dòng)保護(hù)裝置本身的固有特性：是180度接線還是0度接線。所謂180度接線要求，就是對兩端兩個(gè)CT進(jìn)入保護(hù)裝置的電流求和，和為零時(shí)不動(dòng)作；0度接線要求就是對兩端兩個(gè)CT進(jìn)入保護(hù)裝置的電流求差值，差值為零時(shí)不動(dòng)作。安裝作業(yè)人員甚至一些設(shè)計(jì)人員常常由于對該原理的模糊導(dǎo)致對于發(fā)電機(jī)的差動(dòng)保護(hù)習(xí)慣性設(shè)置為0接線，對變壓器采用180接線；這就與很有可能與差動(dòng)保護(hù)裝置本身的計(jì)算屬性要求不符，繼而造成差動(dòng)保護(hù)的誤動(dòng)作。雖然現(xiàn)在的自適應(yīng)接線方式的差動(dòng)保護(hù)裝置很好的解決了這個(gè)問題，但這種裝置電廠普及度不高，極易出現(xiàn)問題，這就要求現(xiàn)場人員在施工過程中要嚴(yán)格校驗(yàn)。

（2）差動(dòng)繼電器的電流回路接線問題，現(xiàn)在電力變壓器主要分為干式變壓器和油浸式變壓器兩類，在變壓器的規(guī)格參數(shù)中有一項(xiàng)被稱之為聯(lián)接組標(biāo)號。也就是平時(shí)說的接線方式。暫以常規(guī)的Dyn11來闡明差動(dòng)繼電器電流回路接線問題。根據(jù)基礎(chǔ)電路理論，角型接法的線電壓比星型接法的相電壓超前30度，所以就變壓器自身來說高壓側(cè)的電流會(huì)超前低壓側(cè)30度。那么如果兩側(cè)的CT采用相同的接線方式的話，在高壓側(cè)CT處產(chǎn)生的二次電流也會(huì)比低壓側(cè)CT產(chǎn)生的二次電流在相位上相差30度，那么正常運(yùn)行時(shí)也就可能超過保護(hù)定值造成誤動(dòng)。

對此問題現(xiàn)在普遍采用改變CT二次繞組接線方式的辦法來解決。以Dyn11為例來說明，高壓側(cè)采用三角形接線，那么高壓側(cè)對應(yīng)的CT的二次繞組就采用星型接線；低壓側(cè)采用星型接線，那么低壓側(cè)對應(yīng)的二次繞組就采用角型接線；這樣一次側(cè)雖然高壓側(cè)的感應(yīng)的線電壓雖然會(huì)比低壓側(cè)感應(yīng)的相電壓超前30度；但由于接線方式，星型接法的CT的感應(yīng)電流會(huì)比角型接法的CT的感應(yīng)電流滯后30度。這樣流入差動(dòng)保護(hù)裝置的兩組電流就剛好可達(dá)到相位一致的狀態(tài)。

（3）勵(lì)磁涌流的問題，當(dāng)變壓器合閘時(shí)或外區(qū)域故障時(shí)，可能產(chǎn)生很大的電流，然后很快返回到正常的空載電流值，這個(gè)沖擊電流稱之為勵(lì)磁涌流，勵(lì)磁涌流對變壓器并無危險(xiǎn)，因?yàn)檫@個(gè)沖擊電流存在的時(shí)間很短。解決方法最主要的的是如何識別涌流、利用涌流中的一些特性來構(gòu)成差動(dòng)保護(hù)的閉鎖條件，找到準(zhǔn)確、可靠的閉鎖判據(jù)。

間斷角原理就是利用短路電流波形是連續(xù)變化的，而勵(lì)磁涌流波形是具有明顯的間斷角特征作為鑒別涌流的判據(jù)。該方法是以精確測量間斷角為基礎(chǔ)的，間斷角的測量必須考慮電流互感器傳變對勵(lì)磁涌流的影響，尤其當(dāng)電流互感器飽和后對二次電流波形的影響。同時(shí)還受到采樣率、 采樣精度的影響及硬件的限制，因此這種原理在變壓器差動(dòng)保護(hù)中的應(yīng)用效果曾不十分理想 。但是隨著人們在這方面的研究的深入細(xì)致和進(jìn)行了大量的試驗(yàn)工作，恢復(fù)間斷角的算法被提出來，改進(jìn)后應(yīng)用效果還比較理想。

關(guān)于二次諧波法，目前常采用二次諧波構(gòu)成差動(dòng)保護(hù)的閉鎖條件來防止涌流誤動(dòng)。二次諧波制動(dòng)目前也有幾種方案 ，最常用的是三相“或”的閉鎖方式，只要判斷出一相差流中的二次諧波的含量滿足涌流制動(dòng)的條件，即閉鎖使保護(hù)指令不能發(fā)出。這種原理的保護(hù)在現(xiàn)場應(yīng)用的效果還是比較理想 ，基本能夠有效的區(qū)別變壓器真正故障和空載合閘或外部故障切除后電壓恢復(fù)時(shí)的涌流。

涌流中的三次諧波成分也比較大，僅次于二次諧波，但是三次諧波不能作為涌流的特征量來組成差動(dòng)保護(hù)的制動(dòng)或閉鎖部分。如果以直流分量來構(gòu)成差動(dòng)保護(hù)的閉鎖條件的話，變壓器內(nèi)部短路時(shí)勢必會(huì)延緩保護(hù)的動(dòng)作速度，并且三相涌流中往往有一相為周期性電流， 即它不含有直流分量，這時(shí)還必須增大差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作電流來躲過這種周期性涌流，這又使保護(hù)的靈敏度降低。

（4）差動(dòng)保護(hù)定值的問題，目前的差動(dòng)保護(hù)裝置定值包含差動(dòng)速段投退定值；差動(dòng)速斷電流定值；比率差動(dòng)投退定值；比率差動(dòng)門檻電流定值；拐點(diǎn)1/2電流定值；折線1/2斜率系數(shù)定值；CT斷線閉鎖投退定值；差動(dòng)平衡系數(shù)定值；啟動(dòng)時(shí)間定值；差動(dòng)延時(shí)時(shí)間定值。以下主要對差動(dòng)平衡系數(shù)、差動(dòng)速斷定值、比率差動(dòng)保護(hù)定值進(jìn)行說明：

①差動(dòng)平衡系數(shù)：用于補(bǔ)償差動(dòng)回路電流平衡，以選擇的基準(zhǔn)值進(jìn)行折算。

Kphl=In1/In2

其中In為額定電流，計(jì)算方法如下：

In=Pn /√3Un*Kl

式中：Pn—額定容量。

Un—各側(cè)額定電壓。

Kl—電流互感器變比。

②差動(dòng)速斷定值：整定原則為躲開外部故障時(shí)最大不平衡電流即：Isd=Kr*In1

式中：In1為高壓側(cè)額定電流；Kr為相對于額定電流的勵(lì)磁涌流倍數(shù)，可根據(jù)系統(tǒng)阻抗和CT特性來整定，一般取6～10Ie。

③比率差動(dòng)保護(hù)定值：包括差動(dòng)電流門檻定值Icd、第一拐點(diǎn)定值Ir1、第二拐點(diǎn)定值Ir2、比率制動(dòng)第一段折線斜率K1、第二段折線斜率K2、諧波制動(dòng)系數(shù)Kxb，Icd整定值應(yīng)能躲過額定負(fù)載時(shí)差動(dòng)回路的最大不平衡電流，即 Icd=Kk*（Ktx*Fi+）*Ie

In--額定電流Kk—可靠系數(shù)，取1.3～1.5

Ktx—電流互感器同型系數(shù)，取1.0

Fi—電流互感器的最大相對誤差，取0.1 實(shí)際中一般取Icd為0.25～0.5Ie

對于不同型號、容量的變壓器的縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)，出廠時(shí)都配有各自的定值手冊，在安裝結(jié)束調(diào)試工作開始前，一定要注意按照定值手冊對差動(dòng)保護(hù)裝置的參數(shù)進(jìn)行核對，選擇合適的保護(hù)定值參數(shù)是保證變壓器保護(hù)裝置可靠動(dòng)作的關(guān)鍵。

3 結(jié)語

靈敏性和靈活性現(xiàn)在占據(jù)廣闊市場，通過目前對它的創(chuàng)新和改進(jìn)以及各種功能的完善，在未來的市場上，這種切實(shí)可行的電力變壓器仍舊具有不錯(cuò)的前景。

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