發(fā)電機(jī)變壓器組單元接線差動(dòng)保護(hù)電流回路接線分析

葉偉

摘要：文章根據(jù)筆者多年從事電氣專業(yè)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)發(fā)電機(jī)變壓器組帶廠用分支接線差動(dòng)保護(hù)電流回路接線進(jìn)行分析，提出了這種單元式接線差動(dòng)保護(hù)電流回路的正確接線，可防止因接線有誤使差動(dòng)繼電器不平衡電壓過(guò)大而無(wú)法投入。

關(guān)鍵詞：發(fā)電機(jī)；變壓器；單元式接線；差動(dòng)保護(hù)；電流回路接線 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TM77 文章編號(hào)：1009-2374（2016）34-0083-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.34.041

發(fā)電機(jī)變壓器組單元接線是目前普遍采用的一種接線方式。一般采用差動(dòng)保護(hù)作為發(fā)電機(jī)定子繞組相間短路和主變壓器內(nèi)部、套管及引出線短路故障的主保護(hù)。因?yàn)槔@組相間短路是發(fā)電機(jī)變壓器內(nèi)部最嚴(yán)重的故障，故對(duì)差動(dòng)保護(hù)的要求非常高。差動(dòng)保護(hù)原理是比較被保護(hù)設(shè)備的兩端安裝有不同型號(hào)、不同變比和不同電壓等級(jí)的電流互感器，并用電纜將它們的二次繞組連接起來(lái)，其連接方式在被保護(hù)設(shè)備正常運(yùn)行或外部短路時(shí)，應(yīng)使繼電器中的電流等于流向故障點(diǎn)的短路電流。差動(dòng)保護(hù)通常采用環(huán)流法接線，這種接線在正常運(yùn)行或外部短路時(shí)，電流互感器的二次電流環(huán)流于二次輔助導(dǎo)線中，流入差動(dòng)繼電器的電流等于兩個(gè)電流互感器二次電流的向量差。

1 差動(dòng)保護(hù)電流回路接線

差動(dòng)保護(hù)電流回路是否正確接線是關(guān)系到差動(dòng)保護(hù)能否投入的關(guān)鍵。有些差動(dòng)保護(hù)由于電流回路接線不正確，使保護(hù)無(wú)法投入，甚至造成保護(hù)誤動(dòng)。據(jù)有關(guān)資料記載，我國(guó)某一年變壓器差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作情況，見表1：

從表1看出，作為變壓器的主保護(hù)，有1/3以上是誤動(dòng)作。可見選擇正確的電流回路接線，是差動(dòng)保護(hù)正確動(dòng)作的必要條件。如九江三期發(fā)電廠2×350MW機(jī)組的發(fā)電機(jī)變壓器組的一次接線，就是典型的單元接線，主變?yōu)殡p繞組變壓器，發(fā)電機(jī)型號(hào)QFSN-350-2，為日立公司制造，發(fā)變組保護(hù)系引進(jìn)美國(guó)GE公司成套設(shè)備，其特點(diǎn)是設(shè)備可靠、抗干擾性能好、動(dòng)作速度快。保護(hù)裝置大多選用感應(yīng)型、整流型繼電器及部分靜態(tài)型繼電器。保護(hù)裝置配置考慮主保護(hù)雙重化，出口及電源部分相互獨(dú)立、互不干擾。保護(hù)配置有三相發(fā)電機(jī)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)和發(fā)電機(jī)變壓器組差動(dòng)保護(hù)，采用差動(dòng)原理動(dòng)作，并帶有二次諧波制動(dòng)及穿越性比例制動(dòng)，以防止在正常負(fù)荷下或區(qū)外故障時(shí)發(fā)生誤動(dòng)。發(fā)電機(jī)變壓器組一次接線見圖1所示：

在差動(dòng)保護(hù)安裝調(diào)試過(guò)程中，經(jīng)仔細(xì)分析研究，根據(jù)被保護(hù)設(shè)備的接線形式和組別，可找出能滿足此種接線形式的電流互感器二次回路接線方式至少有兩種，經(jīng)向量圖分析，都能滿足差動(dòng)保護(hù)的基本要求。

2 差動(dòng)保護(hù)電流回路接線需注意的問(wèn)題

通過(guò)對(duì)九江三期發(fā)電廠發(fā)電機(jī)變壓器組差動(dòng)保護(hù)電流回路接線方式的分析，明確了同一套差動(dòng)保護(hù)可能有不同的接線方式，只有通過(guò)向量圖對(duì)每一種接線方式進(jìn)行分析判斷，找出正確的接線方式進(jìn)行接成后，該差動(dòng)保護(hù)才能可靠地投入。所以為了提高差動(dòng)保護(hù)正確動(dòng)作率，除改善裝置的元器件質(zhì)量和靜態(tài)繼電器的抗干擾能力外，在安裝調(diào)試和運(yùn)行工作應(yīng)注意以下問(wèn)題：

2.1 電流互感器的極性問(wèn)題

差動(dòng)保護(hù)是基于比較被保護(hù)設(shè)備始末端電流的大小和相位的裝置，如果把電流端子的極性接反了，差動(dòng)保護(hù)將在負(fù)荷狀態(tài)和外部短路時(shí)發(fā)生誤動(dòng)作。調(diào)試經(jīng)驗(yàn)表明，互感器電流端子極性接錯(cuò)是差動(dòng)保護(hù)產(chǎn)生誤動(dòng)的原因之一。因此我們必須確認(rèn)電流互感器的極性，在做電流互感器極性的同時(shí)，注意電流互感器一次側(cè)P1的朝向，并在試驗(yàn)記錄本上標(biāo)注，一般情況下電流互感器一次側(cè)P1與二次側(cè)S1同極性，在主變高壓側(cè)、發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)側(cè)、發(fā)電機(jī)出口側(cè)、高廠變側(cè)等各側(cè)的電流互感器極性確定后，在電氣主接線圖中標(biāo)注電流互感器一次側(cè)P1朝向，根據(jù)差動(dòng)保護(hù)元件判據(jù)繪制二次接線圖，確定二次出線端，例如在九江三期發(fā)電廠發(fā)變組保護(hù)元件中，發(fā)電機(jī)比率制動(dòng)是差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作方程為：

|IT-IN|>K|IT+IN|/2

式中：IN為中性點(diǎn)電流；IT為機(jī)端側(cè)電流；K為比例制動(dòng)系數(shù)。電流正方向假定為：從機(jī)端流出，由中性點(diǎn)流入發(fā)電機(jī)的電流方向?yàn)檎较?，即中性點(diǎn)電流IN與機(jī)端側(cè)電流IT的矢量差為差動(dòng)保護(hù)元件動(dòng)作判據(jù)，我們要注意發(fā)電機(jī)差動(dòng)回路的接法，與發(fā)電機(jī)變壓器組差動(dòng)保護(hù)的CT二次回路接法不同，發(fā)變組比率制動(dòng)式差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作方程為：

|I1+I2+I3|>Kmax{|I1|、|I2|、|I3|}

其中各電流的正方向假定為流入變壓器的為正，而發(fā)變組差動(dòng)保護(hù)元件動(dòng)作判據(jù)為三側(cè)電流的矢量和，我們要注意這個(gè)問(wèn)題，即通過(guò)差動(dòng)保護(hù)元件判據(jù)來(lái)確定差動(dòng)回路電流的出線端，可按照環(huán)流法接線；CT二次回路需校線后套上電纜膠頭再接入電流端子，不然無(wú)法正確接入回路，因?yàn)镃T二次回路可通過(guò)CT二次繞組及差動(dòng)保護(hù)繼電器的線圈相互連通，校線時(shí)通燈會(huì)串亮，只能單獨(dú)將線芯校出后接入回路； CT二次回路完善后必須二次升流檢查，可在繼電器室保護(hù)裝置檢查二次電流，以確定電流回路的完整性，是否存在電流回路二次側(cè)開路現(xiàn)象。在新的安裝，這兩回路測(cè)試或差動(dòng)保護(hù)在正式運(yùn)行時(shí)檢修，必須在負(fù)載條件下具有高電阻的電壓表測(cè)量電壓不平衡差分電路，其值應(yīng)滿足繼電保護(hù)測(cè)試程序的要求；測(cè)量各側(cè)的電流大小和相位兩次。制作六個(gè)角度矢量圖，檢查同一個(gè)相電流向量的每一方，如果零或接近零，則意味著布線是完全正確的，然后差動(dòng)保護(hù)可以投入運(yùn)行。

2.2 二次電流端子連接要牢固

由于比率制動(dòng)式差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作電流較小，任一側(cè)互感器二次端子開路，都會(huì)引起保護(hù)誤動(dòng)跳閘，還可能在繞組兩端產(chǎn)生高電壓（甚至高達(dá)上千伏），不僅會(huì)損壞絕緣的兩個(gè)繞組，而且會(huì)嚴(yán)重危害人身安全。再者，由于磁感應(yīng)強(qiáng)度劇增，使鐵芯損耗增大，嚴(yán)重發(fā)熱，甚至燒壞電流互感器的絕緣，因此，二次電流端子一定要擰緊。在新安裝、大修試驗(yàn)或?qū)Χ位芈酚懈膭?dòng)時(shí)，在差動(dòng)保護(hù)正式投運(yùn)前，必須檢查每個(gè)電流端子，中間連接片必須連好，擰緊每個(gè)螺絲，并用手拉一下電流回路電纜線芯，確認(rèn)是否壓緊，此項(xiàng)工作雖然簡(jiǎn)單，但必須認(rèn)真仔細(xì)，切不可因小失大，不然后果不堪設(shè)想。

2.3 空載合閘試驗(yàn)

對(duì)于發(fā)電機(jī)變壓器組單元接線系統(tǒng)，當(dāng)有變壓器單獨(dú)運(yùn)行的方式存在時(shí)，為確保在變壓器空載合閘或切除外部出線短路時(shí)，差動(dòng)保護(hù)在勵(lì)磁涌流作用下不誤動(dòng)。差動(dòng)保護(hù)在第一次運(yùn)行時(shí)必須確認(rèn)變壓器沖擊試驗(yàn)，避免更多涌流對(duì)變壓器差動(dòng)保護(hù)，只有通過(guò)勵(lì)磁變壓器的電流，通過(guò)電流互感器的平衡不能響應(yīng)微分電路，在正常工作條件下電流是非常小的。一般不許超過(guò)額定電流的2%～10%，但在去除變壓器空載時(shí)的輸入和故障后的外接電壓時(shí)，它可能具有很大的浪涌電流值。主要由于在穩(wěn)定的工作情況下，鐵心的磁通應(yīng)滯后于外加電壓90°，倘若空載合閘時(shí)，正好在電壓瞬時(shí)值u=0時(shí)接通電路，則鐵心中應(yīng)該具有磁通-φm。但是由于鐵心中磁通不能突變，否則將出現(xiàn)一個(gè)非周期分量的磁通，其輻值為+φm。這樣在經(jīng)過(guò)半個(gè)周期以后，鐵心中的磁通就達(dá)到2φm。如果鐵心中還有剩余磁通φs，則總磁通將為2φm+φs，如圖2所示，此時(shí)變壓器的鐵芯嚴(yán)重飽和，勵(lì)磁電流會(huì)急劇增加。該值為額定電流的6～8倍，并含有大量的非周期分量和高次諧波分量。勵(lì)磁涌流的大小和衰減時(shí)間與外加電壓的相位在鐵心剩磁的大小和方向、電力電容器的大小、回路阻抗和變壓器的容量和核心屬性相關(guān)。例如，只是在瞬時(shí)電壓值為最大值時(shí)關(guān)閉，不會(huì)出現(xiàn)在浪涌電流，只有在正常的勵(lì)磁電流。對(duì)于三相變壓器，在任何時(shí)刻的關(guān)閉至少會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)不同程度的浪涌電流。

2.4 電流互感器二次回路的接地

差動(dòng)保護(hù)二次電流回路只允許一點(diǎn)接地，此接地點(diǎn)須在控制室的保護(hù)屏。切勿在差動(dòng)保護(hù)的每組互感器二次回路都設(shè)置接地點(diǎn)，否則當(dāng)出現(xiàn)外部接地故障時(shí)，由接地網(wǎng)電位差產(chǎn)生的循環(huán)電流，會(huì)引起差動(dòng)保護(hù)誤

動(dòng)作。

2.5 電流互感器的二次負(fù)載問(wèn)題

電流互感器的精度跟二次負(fù)載阻抗有著重要關(guān)聯(lián)，在電流恒定時(shí)，如果二次阻抗越大，那么二次電壓越高，互感器飽和越嚴(yán)重。在這種情況下，電流的很大一部分將被用來(lái)提供激勵(lì)電流，使電流互感器的誤差大大增加，其精度將降低。為了便于計(jì)算，制造廠對(duì)每種電流互感器提供了在m10下允許的二次負(fù)載阻抗值Zen（見圖3），曲線m10=f（Zen）就可很方便地得出允許的負(fù)載阻抗。如果它大于或等于實(shí)際的負(fù)載阻抗，錯(cuò)誤將滿足要求，否則它應(yīng)該嘗試減少實(shí)際的負(fù)載阻抗，直到它符合要求。當(dāng)電流互感器10%誤差不滿足要求時(shí)，可采取以下措施：（1）采用伏安特性好的二次繞組；（2）串接備用電流互感器加大允許負(fù)載；（3）增大二次電纜截面；（4）提高電流互感器的變比。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)發(fā)電機(jī)變壓器組單元接線差動(dòng)保護(hù)電流回路接線進(jìn)行分析探討，本文提出了這種單元式接線差動(dòng)保護(hù)電流回路的正確接線，在諸多電廠項(xiàng)目的發(fā)電機(jī)變壓器組調(diào)試過(guò)程中總結(jié)出此經(jīng)驗(yàn)，而且在實(shí)踐中得到了驗(yàn)證，取得了令人滿意的效果。

（責(zé)任編輯：蔣建華）