淺析差動保護在變壓器保護中的應用

摘要：隨著電網(wǎng)互聯(lián)的迅猛發(fā)展，大型電力變壓器在電力系統(tǒng)中的作用日益凸顯，其自身結(jié)構(gòu)復雜、造價不菲，且承載著區(qū)域電網(wǎng)內(nèi)全部的能量轉(zhuǎn)換。一旦變壓器因故障遭受破壞時，將引起長時間的大面積停電，勢必會造成極大的經(jīng)濟損失。因此，提高變壓器保護動作的正確率，對創(chuàng)建一個安全穩(wěn)定的電力系統(tǒng)，有著舉足輕重的意義。

差動保護一直作為變壓器內(nèi)部故障的主保護之一，但當變壓器空載合閘或切除外部故障電壓恢復時，將會造成勵磁涌流的激增，極有可能引起該保護誤動作。為了有效提高變壓器保護動作的正確率，通常用比率制動式差動保護作為變壓器主保護。

關鍵詞：變壓器；主保護；比率差動保護；正確率

1.電力變壓器保護配置現(xiàn)狀

實際應用中，應根據(jù)變壓器容量和其重要性配置性能良好，來選取動作可靠的繼電保護裝置。

變壓器故障主要可以分為油箱外部故障和油箱內(nèi)部故障。油箱外部故障主要有引出線和套管上發(fā)生的相間短路及接地故障；油箱內(nèi)部故障主要有繞組的相間短路、接地短路、匝間短路以及鐵芯的燒損等。同時，變壓器保護分為電氣量保護和非電氣量保護兩大類。電氣量保護主要有差動保護、相間阻抗與接地阻抗保護、負荷電壓閉鎖方向過流保護、主變壓器過勵磁保護、零序電流保護、過負荷保護等；非電氣量保護主要有瓦斯保護、壓力釋放、油/繞組溫度保護等。

2.差動保護原理分析

2.1差動保護原理

差動保護是按比較各側(cè)電流大小和相位而構(gòu)成的一種保護。差動保護由于能靈敏地辨別區(qū)內(nèi)和區(qū)外故障，且不需與其他保護配合，迅速無延時地切除區(qū)內(nèi)各種故障。因此廣泛應用為變壓器的主保護。

大電網(wǎng)中通常采用三相三繞組變壓器，并且采用YYd11接線方式。因各側(cè)電流相位不一致，則需要改變差動保護接線方式，來消除因電流相位不一致產(chǎn)生的不平衡電流。對于數(shù)字式保護，一般將星形側(cè)三相電流直接接入保護裝置內(nèi)，應用程序?qū)崿F(xiàn)折算，以簡化接線。在該變壓器中，接入差動繼電器的差動電流為

變壓器差動保護整定需要躲過差動回路的不平衡電流 ，產(chǎn)生不平衡電流的原因有：計算變比與實際變比不一致；由變壓器帶負荷調(diào)節(jié)分接頭；電流互感器傳變誤差；變壓器勵磁涌流。

防止不平衡電流產(chǎn)生的措施有：

1）主變差動保護采用間斷角制動原理、二次諧波制動原理、波形對稱原理躲過變壓器勵磁涌流的影響；

2）增大啟動電流值以躲開主變保護范圍外部短路時最大不平衡電流；

3）采用軟件進行相位補償及電流數(shù)值補償，使電流趨于平衡。

2.2比率差動保護原理

變壓器差動保護整定需要躲過流經(jīng)差動回路的不平衡電流，該不平衡電流與變壓器外部故障時的穿越電流有關。穿越電流越大，不平衡電流也越大，比率差動保護正是根據(jù)這一特點，在差動繼電器中引入一個能反應變壓器穿越電流大小的制動電流，繼電器動作電流不再是按躲過最大不平衡電流整定，而是根據(jù)制動電流自動調(diào)整。穩(wěn)態(tài)比率差動保護動作特性如圖2-2。

在各種運行方式下，比率差動保護的動作電流均為穩(wěn)態(tài)比率啟動定值電流 ，采用比率差動保護可根據(jù)制動電流的選擇。當區(qū)內(nèi)故障時，希望制動量盡量小，以提高保護的靈敏度；當區(qū)外故障時，又希望增大制動量以確保保護不誤動。通過整定比率制動系數(shù)和拐點選擇，提高保護的靈敏性。

3.比率差動保護在實際保護配置中應用

RCS-978系列數(shù)字式變壓器保護適用于220kV及以上電壓等級，且需配置雙套主保護、雙套后備保護的各種接線方式的變壓器。這里就以廣泛應用的RCS-978為例，來說明比率差動保護在變壓器保護裝置中的配置情況。

3.1 RCS-978配置的變壓器主保護

1）穩(wěn)態(tài)比率差動保護

穩(wěn)態(tài)比率差動保護按相判別，滿足動作條件后，式2-4所描述的比率差動保護經(jīng)TA飽和判別，TA斷線判別（可選擇），勵磁涌流判別后出口。它可以保證靈敏度，同時由于TA飽和判據(jù)的引入，區(qū)外故障引起TA飽和不會誤動。式2-5所描述的比率差動保護只經(jīng)TA斷線判別（可選擇），勵磁涌流判別后出口。它利用其比率制動特性抗區(qū)外故障時TA的暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)飽和，而在區(qū)內(nèi)故障TA飽和時能可靠正確動作。

2）差動速斷保護

當任一相電流大于差動速斷整定值時瞬時動作跳開變壓器各側(cè)開關。

3）工頻變化量比率差動保護

該保護制動電流工頻變化量，通常取最大相制動。裝置中按相判別，當滿足條件時，工頻變化量比率差動保護動作。工頻變化量比率差動保護經(jīng)涌流判別元件，過勵磁元件閉鎖后出口。

4）零序比率差動/分側(cè)差動保護

零序比率差動和分側(cè)差動保護主要用于自藕變壓器，零序差動保護各側(cè)零序電流通過裝置自產(chǎn)得到，可避免各側(cè)零序TA校驗問題。

RCS-978微機型變壓器保護裝置的差動保護采用△→Y移相校正方式，即用軟件在△側(cè)進行電流相位校正，而在Y側(cè)進行零序電流補償。

3.2 RCS-978配置的變壓器后備保護

通常有負荷電壓閉鎖方向過流、零序方向過流、間隙零序過流等保護。

3.3 異常告警

通常設置有過負荷報警、啟動冷卻器、過載閉鎖有載調(diào)壓、零序電壓報警、差流異常報警、零序差流異常報警、差動回路TA斷線、TA異常報警和TV異常報警等。

4.結(jié)論

變壓器差動保護是主變壓器最重要的保護之一，但由于變比和聯(lián)結(jié)組別不同，各側(cè)電流大小及相位也不同，將會產(chǎn)生不平衡電流。在構(gòu)成保護前必須消除這些干擾。穩(wěn)態(tài)比率差動保護用來區(qū)分差流是內(nèi)部故障亦或是不平衡輸出所引起的，具有良好的可靠性和靈敏性。因此，根據(jù)電網(wǎng)實際配置合適的差動保護，對提高保護可靠性、保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行具有重要意義。

作者簡介：

陳國雄：廣東電網(wǎng)有限責任公司惠州供電局