變壓器縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)調(diào)試技術(shù)的研究

莊坤龍

【摘 要】隨著社會(huì)的發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展也日新月異。電力變壓器是電力系統(tǒng)中大量使用的重要電氣設(shè)備，一旦發(fā)生故障，若不能及時(shí)切除故障將會(huì)對(duì)設(shè)備及電網(wǎng)安全和系統(tǒng)正常運(yùn)行帶來(lái)重大威脅，因此，配置靈敏度高、動(dòng)作可靠的保護(hù)是非常必要的。一般變壓器保護(hù)包括主保護(hù)和后備保護(hù)，主保護(hù)包括非電氣量的瓦斯保護(hù)和電氣量的縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)，后備保護(hù)包括電流速斷保護(hù)、復(fù)壓過(guò)流保護(hù)、零序過(guò)流保護(hù)、零序過(guò)壓保護(hù)、間隙過(guò)流保護(hù)、間隙過(guò)壓保護(hù)等。變壓器縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)是變壓器電氣量主保護(hù)，規(guī)程規(guī)定電壓等級(jí)在10kV以上，容量在10MVA及以上的變壓器需配置縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)。差動(dòng)保護(hù)可以反應(yīng)變壓器內(nèi)部繞組相間和接地故障，引出線至電流互感器之間的相間及接地故障，及一定程度上的內(nèi)部繞組匝間短路故障。

【關(guān)鍵詞】變壓器縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)；調(diào)試技術(shù)；研究

引言

差動(dòng)保護(hù)作為一種靈敏度高、動(dòng)作可靠且動(dòng)作迅速的變壓器電氣量主保護(hù)，它擔(dān)負(fù)著變壓器安全運(yùn)行的主要責(zé)任。因此，對(duì)變壓器差動(dòng)保護(hù)的調(diào)試至關(guān)重要，需選擇正確合適的試驗(yàn)方法，模擬變壓器各種故障，以檢驗(yàn)保護(hù)的靈敏性及可靠性等。本文介紹了差動(dòng)保護(hù)的幾種調(diào)試方法，通過(guò)理論計(jì)算及實(shí)際調(diào)試應(yīng)用，變壓器Y0y接線方式采用單相施加電流法，Y-Δ接線方式采用單相施加電流Δ側(cè)補(bǔ)償法，能夠正確反應(yīng)變壓器故障。

1變壓器差動(dòng)保護(hù)原理

變壓器縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)是反應(yīng)被保護(hù)變壓器各端電流流入和流出的相量差，保護(hù)范圍為各側(cè)電流互感器安裝位置之間。由于變壓器高、中、低壓側(cè)額定電流不同，因此，為保證縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)正確動(dòng)作，就必須正確選擇三側(cè)電流互感器變比，使其變比等于變壓器的變比。在正常運(yùn)行和外部故障時(shí)，流入和流出變壓器的二次電流相等；在保護(hù)范圍內(nèi)故障時(shí)，流入差動(dòng)回路的電流為故障點(diǎn)的故障電流，差動(dòng)保護(hù)正確動(dòng)作，跳開(kāi)變壓器各側(cè)斷路器。變壓器在正常運(yùn)行和外部故障穩(wěn)態(tài)情況下，流入縱差回路的電流叫穩(wěn)態(tài)不平衡電流，差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作電流應(yīng)大于最大不平衡電流，以保證外部故障時(shí)差動(dòng)保護(hù)不誤動(dòng)作。不平衡電流增大，將使保護(hù)的靈敏度降低。為了消除這種不平衡電流的影響，就要考慮由變壓器各側(cè)電流相位不同產(chǎn)生的不平衡電流、由變壓器各側(cè)電流互感器誤差引起的不平衡電流、由實(shí)際變比與計(jì)算變比不同產(chǎn)生的不平衡電流、由外部短路時(shí)引起的不平衡電流、由變壓器勵(lì)磁涌流所產(chǎn)生的不平衡電流等影響。

2變壓器差動(dòng)保護(hù)調(diào)試方法分析

以某220kV變電站采用的三相三圈主變壓器為例，保護(hù)采用南瑞繼保PCS-978型主變壓器保護(hù)為例，對(duì)于高中壓側(cè)，兩側(cè)接線都是星形，直接比較兩側(cè)電流幅值和相位。對(duì)于一側(cè)為Y型接線，一側(cè)為Δ接線時(shí)，不能直接比較兩側(cè)的電流幅值與相位，由于兩側(cè)相位不同，將會(huì)產(chǎn)生不平衡電流流入差動(dòng)回流。為了消除這種不平衡電流，通常是將變壓器星形側(cè)的三個(gè)電流互感器接成三角形，而將三角形三個(gè)電流互感器接成星形并適當(dāng)考慮接線方式后相位即可校正。但當(dāng)電流互感器采用上述接線方式后，在互感器接成三角形側(cè)差動(dòng)一臂中，電流增大了倍，此時(shí)為保證正常運(yùn)行及外部故障情況下，差動(dòng)回路中應(yīng)無(wú)電流，就必須將該側(cè)電流互感器變比擴(kuò)大倍，以減小二次電流，使之與另一次電流相等。在電力系統(tǒng)中，有載調(diào)壓變壓器是應(yīng)用非常廣泛的一類變壓器，能夠在實(shí)現(xiàn)無(wú)功功率就地平衡的前提下，通過(guò)調(diào)節(jié)變壓器分接頭來(lái)調(diào)節(jié)系統(tǒng)運(yùn)行電壓。改變變壓器分接頭的位置，不僅改變了變壓器的變比，也破壞了變壓器兩側(cè)電流互感器變比的比等于變壓器變比的條件，產(chǎn)生不平衡電流。PCS-978變壓器保護(hù)裝置電流補(bǔ)償由軟件調(diào)整，變壓器各側(cè)電流互感器采用星形接線，二次電流直接接入裝置，電流互感器各側(cè)極性都以母線側(cè)為極性端。

3縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)不平衡電流的原因及其減少的措施

1）因?yàn)樽儔浩鞯囊淮魏投蝹?cè)的不同接線方式而造成的不平衡電流，工廠的總降壓變電所則相應(yīng)的使用Y，d11接線方式的變壓器，其中的高壓和低壓側(cè)的線電流間就會(huì)存在30°大小的相位差。所以，就算高壓合低壓側(cè)的電流互感器流過(guò)的二次側(cè)電流已經(jīng)達(dá)到了大小相等，但是他們的差值也不會(huì)是零，進(jìn)而才會(huì)出現(xiàn)由于相位差而導(dǎo)致的不平衡電流的出現(xiàn)。想要消除此不平衡的電流，就要消除上面提到的30°的相位差。也就是說(shuō)，要把變壓器的Y形接線側(cè)的電流互感器改變?yōu)閐形的接線方式，而再把d形接線側(cè)的電流互感器改接為Y形的接線方式，這樣就能夠使得電流互感器的二次連接臂（差動(dòng)臂）處的電流相位保持一致，從而就消除了因變壓器高壓和低壓側(cè)電流的相位不一樣而導(dǎo)致的不平衡電流。

2）由于兩側(cè)的電流互感器出現(xiàn)的變比的計(jì)算值與標(biāo)準(zhǔn)值不同，進(jìn)而引起了不平衡電流的出現(xiàn)，可以采用上述的方法，來(lái)使得Y，d11電力變壓器的差動(dòng)保護(hù)連接臂處的電流的相位能夠保持一致，但是還不是大小相等的理想情況，所以二者的差值仍然不是零值。要是電力變壓器的兩側(cè)電流互感器所選擇的變比和計(jì)算的結(jié)果是一摸一樣的，那么不平衡的電流IUN=0。但是實(shí)際上，所選擇的電流互感器變比不會(huì)是與計(jì)算值嚴(yán)格相同的，而是只能夠選擇和這個(gè)計(jì)算值接近的一個(gè)相對(duì)的標(biāo)準(zhǔn)變比，所以兩聯(lián)接臂處仍然是有著不平衡的電流的。要想消除這個(gè)不平衡的電流值，一種方法是在電流互感器的二次回路中引入一種自耦電流互感器，目的是達(dá)到相對(duì)的平衡狀態(tài)，又或者是可以通過(guò)一種專門的差動(dòng)繼電器，利用其中的平衡線圈來(lái)做到補(bǔ)償，以期消除掉這個(gè)不平衡的電流。

3）各側(cè)的電流互感器型號(hào)或者特性等如果是不同的話，將會(huì)引起不平衡電流的出現(xiàn)，而當(dāng)變壓器兩側(cè)的電流互感器型號(hào)和特性出現(xiàn)不同的時(shí)候，那么它的飽和特性也會(huì)隨著有不同的情況出現(xiàn)（即使是型號(hào)是相同的，那么特性也未必是完全相同的）。如果在變壓器差動(dòng)保護(hù)范圍外出現(xiàn)了短路的話，那么各側(cè)的電流互感器會(huì)隨著短路電流的作用，其飽和程度相差會(huì)變得更加的大，所以會(huì)出現(xiàn)不平衡電流，而且也會(huì)隨著變得更大，對(duì)此不平衡的電流可以利用保護(hù)動(dòng)作電流的提高來(lái)實(shí)現(xiàn)躲過(guò)操作。

4）因?yàn)樽儔浩鞯膭?lì)磁涌流而導(dǎo)致的不平衡電流出現(xiàn)，電力變壓器的勵(lì)磁電流只是僅僅流過(guò)變壓器電源側(cè)而已，所以本身就是一種不平衡的電流。在正常運(yùn)行狀態(tài)或者出現(xiàn)外部故障的時(shí)候，這個(gè)電流是很小的，因此導(dǎo)致出現(xiàn)的不平衡電流也就可以忽略不計(jì)了。但是，在電力變壓器空載投入狀態(tài)或者對(duì)外部故障實(shí)行切除之后，電壓已經(jīng)恢復(fù)了的時(shí)候，則就很有可能出現(xiàn)較大的勵(lì)磁電流了（也就是勵(lì)磁涌流）。

結(jié)語(yǔ)

電力變壓器是電力系統(tǒng)中大量使用的重要電氣設(shè)備，它的安全關(guān)系到電網(wǎng)安全和系統(tǒng)正常運(yùn)行。縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)具有靈敏度高、動(dòng)作可靠而且動(dòng)作迅速的特點(diǎn)，它作為變壓器電氣量的主保護(hù)，對(duì)此保護(hù)的調(diào)試工作就顯得非常重要。通過(guò)選擇正確的調(diào)試方法模擬出各種故障，使保護(hù)正確動(dòng)作，而不能誤動(dòng)作，以檢驗(yàn)保護(hù)的靈敏性、選擇性及可靠性。論文以PCS-978型變壓器成套保護(hù)裝置為例，結(jié)合工程實(shí)際應(yīng)用及相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)變壓器縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)調(diào)試方法進(jìn)行了詳細(xì)分析，針對(duì)試驗(yàn)人員在保護(hù)調(diào)試時(shí)能夠正確模擬出各種故障，使保護(hù)能正確反應(yīng)故障而動(dòng)作，給出了具體分析及理論計(jì)算，以便對(duì)于變壓器不同接線方式，選擇出合適的試驗(yàn)方法。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉學(xué)軍.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理[M].北京：中國(guó)電力出版社，2007.

[2]于永源，楊綺雯.電力系統(tǒng)分析[M].北京：中國(guó)電力出版社，2007.

[3]任曉丹，李蓉娟.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)運(yùn)行與調(diào)試[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2014.

[4]GB50150-2016.電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社.

（作者單位：貴州省黔西縣黔能電力開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司）