微機(jī)型主變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作原因分析及防范措施

李 英，姚天浩

(1.國(guó)網(wǎng)河北省電力公司邢臺(tái)供電分公司，河北 邢臺(tái) 054001；2.河北工業(yè)大學(xué)，天津 300132)

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微機(jī)型主變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作原因分析及防范措施

李 英1，姚天浩2

(1.國(guó)網(wǎng)河北省電力公司邢臺(tái)供電分公司，河北 邢臺(tái) 054001；2.河北工業(yè)大學(xué)，天津 300132)

介紹微機(jī)型主變壓器差動(dòng)保護(hù)，對(duì)新建變電站、運(yùn)行中變電站、改造變電站的微機(jī)型主變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作原因進(jìn)行分析，并提出相關(guān)的防范措施。

差動(dòng)保護(hù)；誤動(dòng)；暫態(tài)特性；主變差動(dòng)保護(hù)

在電力系統(tǒng)中，主變壓器是承接電能輸送的主要設(shè)備，作為主設(shè)備主保護(hù)的微機(jī)型縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)(簡(jiǎn)稱“差動(dòng)保護(hù)”)，雖然經(jīng)過不斷的改進(jìn)，在“原因不明”誤動(dòng)作的情況，這將造成主變壓器的非正常停運(yùn)，影響大面積地區(qū)的供電，甚至是造成系統(tǒng)振蕩，對(duì)電力系統(tǒng)供電的穩(wěn)定運(yùn)行是很不利的。

因此，對(duì)新建變電站、運(yùn)行中變電站、改造變電站的微機(jī)型主變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)原因進(jìn)行分析，并提出了防止主變壓器差動(dòng)誤動(dòng)的對(duì)策。

1 微機(jī)型主變壓器差動(dòng)保護(hù)

微機(jī)型主變壓器差動(dòng)保護(hù)一般包括：差動(dòng)速斷保護(hù)、比率差動(dòng)保護(hù)、二次(五次)諧波制動(dòng)的比率差動(dòng)保護(hù)，不管哪種保護(hù)功能的差動(dòng)保護(hù)，其差動(dòng)電流都是通過主變壓器各側(cè)電流的向量和得到，在主變壓器正常運(yùn)行或者保護(hù)區(qū)外部故障時(shí)，該差動(dòng)電流近似為零，當(dāng)出現(xiàn)保護(hù)區(qū)內(nèi)故障時(shí)，該差動(dòng)電流增大?，F(xiàn)以雙繞組變壓器為例進(jìn)行說明。

圖1 比率差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作特性

1.1 比率差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作特性

比率差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作特性見圖1。比率差動(dòng)是當(dāng)變壓器內(nèi)部出現(xiàn)輕微故障時(shí)，例如匝間短路的圈數(shù)很少時(shí)，保護(hù)不帶制動(dòng)量動(dòng)作跳開各側(cè)的斷路器，使保護(hù)在變壓器輕微故障時(shí)具有較高的靈敏度；而在較嚴(yán)重的區(qū)外故障時(shí)，有較大的制動(dòng)量，同時(shí)利用變壓器空載合閘時(shí)，產(chǎn)生的二次諧波量來區(qū)別是故障電流還是勵(lì)磁涌流，實(shí)現(xiàn)保護(hù)制動(dòng)，提高保護(hù)的可靠性。

二次諧波制動(dòng)主要區(qū)別是故障電流還是勵(lì)磁涌流，因?yàn)橹髯儔浩骺蛰d投運(yùn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生比較大的勵(lì)磁涌流，并伴隨有二次諧波分量，為了使主變壓器不誤動(dòng)，采用諧波制動(dòng)原理。通過判斷二次諧波分量，是否達(dá)到設(shè)定值來確定是主變壓器故障還是主變壓器空載投運(yùn)，從而決定比率差動(dòng)保護(hù)是否動(dòng)作。二次諧波制動(dòng)比一般取0.12～0.18。對(duì)于有些大型的變壓器，為了增加保護(hù)的可靠性，也有采用五次諧波的制動(dòng)原理。

1.2 差動(dòng)速斷的作用

差動(dòng)速斷是在較嚴(yán)重的區(qū)內(nèi)故障情況下，快速跳開變壓器各側(cè)斷路器，切除故障點(diǎn)。差動(dòng)速斷的定值是按躲過變壓器的勵(lì)磁涌流，和最大運(yùn)行方式下穿越性故障引起的不平衡電流，兩者中的較大者。定值一般取(4～14)Ie。

2 微機(jī)型主變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作原因分析

根據(jù)微機(jī)型主變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作可能性的大小，大致分為新建變電站、運(yùn)行中變電站、改造變電站3個(gè)方面進(jìn)行說明，這種分類方法并不是絕對(duì)相互區(qū)別，只是為了便于在分析問題時(shí)優(yōu)先考慮現(xiàn)實(shí)問題。

2.1 新建變電站

新建變電站的微機(jī)型主變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作，在微機(jī)型主變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作中占了較大的比例，但這種情況的誤動(dòng)作，一般大多在主變壓器投運(yùn)帶負(fù)荷試運(yùn)行的72 h就會(huì)被發(fā)現(xiàn)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，可以總結(jié)以下幾方面。

2.1.1 定值不合理

一是差動(dòng)速斷定值選擇不正確造成誤動(dòng)作。差動(dòng)速斷的定值是按躲過變壓器的勵(lì)磁涌流和最大運(yùn)行方式下，穿越性故障引起的不平衡電流，兩者中的較大者。定值一般取(4～14)Ie。對(duì)于保護(hù)定值的計(jì)算部門，特別是非電力系統(tǒng)的定值計(jì)算部門，往往根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，將差動(dòng)速斷定值取為(5～6)Ie。這樣，就會(huì)造成主變?cè)诳蛰d合閘時(shí)斷路器出現(xiàn)誤跳。

二是二次諧波制動(dòng)的比率差動(dòng)定值選擇不正確造成誤動(dòng)作。一般差動(dòng)電流和制動(dòng)電流都在額定情況下計(jì)算得到，但現(xiàn)場(chǎng)變壓器卻在一般運(yùn)行方式下，由于電流互感器變比、同時(shí)系數(shù)、計(jì)算誤差的影響，就會(huì)導(dǎo)致變壓器實(shí)際運(yùn)行時(shí)形成一定的差電流，導(dǎo)致比率差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作。

三是二次TA接線方式整定值選擇不正確造成誤動(dòng)作。對(duì)于微機(jī)保護(hù)來說，實(shí)現(xiàn)高、低壓側(cè)電流相角的轉(zhuǎn)移由軟件來完成，和傳統(tǒng)的常規(guī)繼電保護(hù)比較，實(shí)際運(yùn)用更方便、靈活，如果二次TA接線方式整定值選擇不正確，就不能實(shí)現(xiàn)高壓側(cè)相角的轉(zhuǎn)移，高低壓側(cè)差電流在正常運(yùn)行情況下就不能平衡，從而造成差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作。

2.1.2 接線錯(cuò)誤

a. TA極性接反導(dǎo)致誤動(dòng)作。對(duì)于微機(jī)保護(hù)來說，實(shí)現(xiàn)差動(dòng)電流的計(jì)算由軟件來完成，不管是采用加的算法還是采用減的算法都能得到差動(dòng)電流。從電磁感應(yīng)知道，TA有極性，也就是同名端，主變差動(dòng)回路TA的同名端指向母線側(cè)還是指向變壓器，將對(duì)差動(dòng)電流的計(jì)算結(jié)果正確與否有直接影響。

b. 相序接反導(dǎo)致誤動(dòng)作。電力系統(tǒng)正常地相序?yàn)檎颍簿褪且訳相為基準(zhǔn)，V相比U相超前120°，W相比U相滯后120°。如果主變?nèi)我庖粋?cè)的TA出現(xiàn)相序接錯(cuò)的情況，就會(huì)形成差電流，導(dǎo)致微機(jī)型主變差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作。

c. TA中性線沒有按照一點(diǎn)接地原則接線導(dǎo)致誤動(dòng)作。差動(dòng)保護(hù)的各側(cè)TA的二次電流回路接地時(shí)，必須通過一點(diǎn)可靠接于接地網(wǎng)。一個(gè)變電站的接地網(wǎng)各點(diǎn)并非絕對(duì)等電位，在不同點(diǎn)之間有一定的電位差，當(dāng)發(fā)生區(qū)外短路故障時(shí)，有較大的電流流入接地網(wǎng)，各點(diǎn)之間將會(huì)產(chǎn)生較大的電位差，如果差動(dòng)保護(hù)的二次電流回路在接地網(wǎng)的不同點(diǎn)接地，接地網(wǎng)中的不同接地點(diǎn)間的電位差，產(chǎn)生的電流將會(huì)流入保護(hù)二次回路，這一電流將可能增加差動(dòng)回路中的不平衡電流，使差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作。

d. 高低壓側(cè)斷路器操作回路存在寄生現(xiàn)象導(dǎo)致誤動(dòng)作。對(duì)采用兩套獨(dú)立運(yùn)行的雙直流系統(tǒng)的變電站，當(dāng)高低壓側(cè)斷路器操作回路存在寄生現(xiàn)象，亦即兩套直流系統(tǒng)之間存在寄生回路時(shí)，容易造成保護(hù)誤動(dòng)。廣東220 kV東湖變電站曾因?yàn)樵撛?，?dǎo)致連續(xù)2次主變壓器保護(hù)誤動(dòng)作事故。

2.2 運(yùn)行中變電站

運(yùn)行中的變電站出現(xiàn)微機(jī)型主變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作的也不少見，但對(duì)于一個(gè)變電站來說，這種誤動(dòng)作情況不是經(jīng)常性的出現(xiàn)，而是要滿足一定的條件，甚至變電站正常運(yùn)行是很長(zhǎng)時(shí)間以后才會(huì)出現(xiàn)，現(xiàn)就根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)以下幾個(gè)方面原因。

a. P類TA的暫態(tài)飽和特性導(dǎo)致區(qū)外故障時(shí)差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作，出現(xiàn)頻率較高。TA的飽和實(shí)際就是鐵芯中的磁通達(dá)到飽和。TA分為P和TP兩大類。P類TA要求在穩(wěn)態(tài)情況下不飽和，而TP類TA則要求在穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)的情況下都不飽和，當(dāng)采用P類TA時(shí)，當(dāng)外部存在故障，外部故障切除瞬間，外部存在間歇性的短路情況等，均容易導(dǎo)致微機(jī)型主變差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作。

b. 變壓器低壓側(cè)真空斷路器絕緣性能不良時(shí)，會(huì)導(dǎo)致差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作，出現(xiàn)概率較低。

c. 微機(jī)保護(hù)裝置運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)測(cè)量元器件老化，會(huì)導(dǎo)致差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作，出現(xiàn)概率較低。

2.3 改造變電站

a. TA變比提供不準(zhǔn)確造成差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作。微機(jī)保護(hù)裝置實(shí)際變比差異可通過計(jì)算進(jìn)行平衡，因此微機(jī)裝置輸入變比一定要和實(shí)際變比一致，造成差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作。

b. 更換TA后，主變各側(cè)TA不匹配，相同工況下傳變電流誤差不同以及外部故障時(shí)飽和特性不一致，造成差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作。

為使主變壓器差動(dòng)回路選用的TA，均是能躲過暫態(tài)飽和特性，然而在變電站改造更換TA的過程中，忽視了這一點(diǎn)，將TA更換成P類或者同時(shí)將兩側(cè)TA更換為P類的，這樣在外部故障存在時(shí)，當(dāng)滿足一定條件時(shí)，必然將導(dǎo)致主變差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作。

3 微機(jī)型主變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作防范措施

3.1 新建和改造變電站

對(duì)于新建變電站和改造變電站的那些原因造成的主變保護(hù)誤動(dòng)情況，應(yīng)嚴(yán)格按照國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、文件、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的實(shí)際型號(hào)和應(yīng)用情況、廠家說明書執(zhí)行，不斷加大理論培訓(xùn)，提高施工人員業(yè)務(wù)素質(zhì)，做到以下幾點(diǎn)：

a. 確保主變各側(cè)TA極性一致，均指向主變，從而消除極性錯(cuò)誤導(dǎo)致主變差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)的可能。

b. 施工過程中嚴(yán)格把關(guān)，確保一次、二次接線相序正確無誤，二次回路一點(diǎn)接地，斷路器控制回路無寄生回路，消除人為接線錯(cuò)誤導(dǎo)致主變差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)的可能。

c. 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際合理整定計(jì)算主變差動(dòng)保護(hù)相關(guān)定值，從而消除由于定值整定不合理導(dǎo)致主變差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作的可能。

3.2 運(yùn)行變電站

運(yùn)行中差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作最多的是TA選型問題，對(duì)于過去常用的P類TA的暫態(tài)飽和特性造成微機(jī)型主變差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作，可采用以下改進(jìn)方法：采用TP級(jí)暫態(tài)保護(hù)TA，在TP類抗暫態(tài)飽和的TA中根據(jù)不同特性選擇最適應(yīng)快速保護(hù)的TPY級(jí)TA。TPY級(jí)TA鐵芯帶有氣隙，因而磁阻較大，增長(zhǎng)了互感器到達(dá)飽和的時(shí)間，不易飽和，是暫態(tài)特性大大改善。鐵芯帶有適當(dāng)氣隙，剩磁限制到適當(dāng)值以下，TPY級(jí)可在準(zhǔn)確限值條件下保證全電流的最大峰值瞬時(shí)誤差小于10%，具有較好的暫態(tài)特性，適用于大型發(fā)電機(jī)、變壓器保護(hù)中的快速保護(hù)。TPY級(jí)TA的缺點(diǎn)是故障電流消失過程中有短暫的拖尾現(xiàn)象，不適用于對(duì)保護(hù)復(fù)歸時(shí)間要求嚴(yán)格的斷路器失靈保護(hù)的電流起動(dòng)元件。

4 結(jié)束語

主變壓器差動(dòng)保護(hù)是在電力系統(tǒng)中，保護(hù)承接電能輸送的變壓器的主保護(hù)，是保護(hù)變壓器安全可靠運(yùn)行，保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定的第一道防線，隨著科技升級(jí)，微機(jī)保護(hù)取代傳統(tǒng)繼電器保護(hù)，伴隨而來的問題也需要不斷學(xué)習(xí)分析解決，通過以上對(duì)微機(jī)型主變壓器差動(dòng)保護(hù)存在誤動(dòng)的原因分析和解決，并在施工過程中嚴(yán)格把控，為確保電力系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

本文責(zé)任編輯：羅曉曉

Cause Analysis of Type Microcomputer Main Transformer Differential Protection Misoperation and Preventive Measures

Li Ying1，Yao Tianhao2

(1.State Grid Hebei Electric Power Corporation Xingtai Power Supply Branch,Xingtai 054001,China;2.Hebei University of Technology,Tianjin 300132,China)

With microcomputer through to the domestic several main transformer differential protection misoperation cause analysis,the new substation,substation,the transformation in the operation of the substation main transformer differential protection misoperation reason,put forward the preventive measures.

differential protection;misoperation;transient characteristics;main transformer differential protection

2016-06-17

李 英(1977-)，女，工程師，主要從事輸變電安裝、調(diào)試技術(shù)管理工作。

TM774

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1001-9898(2017)03-0045-03