一起差動保護裝置選型失誤的處置辦法

吳 旻

（廣西鋼鐵集團有限公司，廣西防城港 538002）

0 引言

在繼電保護的主變保護中，主變的連接組別大多是Y/△-11或Y/Y/△-11，但在實際使用過程中，為了抑制高次諧波尤其是三次諧波的向上傳遞，許多變壓器采用高壓側(cè)△連接，使得三次諧波環(huán)流在變壓器高壓側(cè)產(chǎn)生三次諧波磁動勢，與低壓側(cè)的三次諧波磁動勢相互抵消，這種接線方式在整流變及有諧波干擾需求的動力變中應(yīng)用較多。對于采用這種接線方式的變壓器，其主保護的匹配性需要予以重視。由于差動保護是通過比較兩側(cè)或者三側(cè)流入和流出電流的大小及相位來判斷電流是否有“損失”或者“畸形”這一原理進行的保護，而整流變?yōu)闈M足系統(tǒng)功率因數(shù)及諧波控制而采取多脈沖整流，造成其變比及網(wǎng)側(cè)電流呈現(xiàn)脈沖方波形式，無法實現(xiàn)縱聯(lián)差動保護，但就常規(guī)有濾波需求的動力變而言，其差動保護的設(shè)計與整定仍值得商榷。某廠在四方CSC-326G系列數(shù)字式變壓器保護裝置選型方面出現(xiàn)問題，造成該廠動力變投用后，差動保護頻繁誤動作。

1 變壓器保護裝置選型應(yīng)用過程中存在問題

某廠安裝有兩臺35 kV/10 kV的雙圈變，主變采用△/Yn-11的接線方式，保護遵從主后分開的設(shè)計原則，設(shè)置獨立的差動保護、高低后備保護及本體保護，裝置選擇四方CSC-326G系列產(chǎn)品。該產(chǎn)品適用于南網(wǎng)110 kV標準化的三繞組、兩繞組變壓器低壓側(cè)兩分支的情況，配置有三側(cè)差動、三側(cè)后備保護。各側(cè)CT均以母線側(cè)為正極性端，采用全星形接線直接接入裝置。在實際投用過程中，保護差流值比較大，存在差流值越限動作的現(xiàn)象。差動保護動作后，核對保護裝置高低壓側(cè)CT電流流向未發(fā)現(xiàn)異常。經(jīng)核查，保護裝置說明書中明確CSC-326GD差動保護裝置適用于三繞組變及雙繞組帶低壓兩分支類型的變壓器，且裝置默認高壓側(cè)接線方式為12點（Y接），中低壓側(cè)接線方式可調(diào)，整定為“偶數(shù)”時為Y連接，整定為“奇數(shù)”時為△接線。裝置的這種特殊限制與現(xiàn)場變壓器接線方式存在問題可能是造成保護動作的主要原因。

目前主流的差動保護裝置多是基于Y/△-11接線方式設(shè)計，在低壓側(cè)發(fā)生單相接地時，由于繞組與大地沒有形成回路，不存在零流的干擾，主要客戶為供電局。但廠礦出于濾諧的考慮，變壓器廣泛采用△/Y接線方式。35 kV動力變采用△/Yn-11接線方式，且10 kV低壓側(cè)采用經(jīng)小電阻接地，系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，短路點與中性點通過大地形成零序電流的通路，會產(chǎn)生較大的零序電流，幅值等于低壓側(cè)三相零序電流之和，當零序電流足夠大時，會造成差動保護裝置誤動作（圖1）。此時如采用11點的接線方式進行整定，運行時差流值波動比較大，出現(xiàn)差流越限的情況突出，但如果按照1、5、7點的方式進行整定，差流值不僅沒有減小，反而成倍數(shù)的增加，說明需要從外部接線或者裝置選型方面進行考慮。

圖1 △/Yn-11零序電流分布

2 差動保護星角接線推導(dǎo)方法

對于星角組合的變壓器接線方式，要使高低壓側(cè)差動電流為零，只有兩種可能：幅值為零，或者幅值相等，同相相位差為零。由于Y側(cè)向△側(cè)進行校正的過程中，零序電流通過相量相減得以消除，其相序分量中僅含有正、負序分量，兩側(cè)參與差動比較的電流中均不含有零序分量，可以消除零序電流對差動保護的影響，故通常采用在Y側(cè)進行校正。以下列舉的4種主流的接線方式下，其Y側(cè)向量圖及相位校正如圖2～圖4所示：

圖2 YD-11和YD-1 Y/△轉(zhuǎn)換

圖3 DY-11和DY-1△/Y轉(zhuǎn)換

根據(jù)實際變壓器接線方式DY-11推導(dǎo)出來的差流值為：

假定按照實際接線方式整定投用差動保護后，差流值等于0，即式（3）：

代入公式（1）中，計算得出當前變壓器運行狀態(tài)下，裝置自校正之后的差流值為：

顯然根據(jù)裝置軟件的自校正之后，差流值很難做到等于0，一旦系統(tǒng)負荷出現(xiàn)波動，變壓器差動保護動作就是大概率事件。

3 解決的思路

由于四方CSC-326G裝置高壓側(cè)出廠時默認為Y接，但是低壓側(cè)的接線方式可以根據(jù)實際進行調(diào)整，故可以將變壓器高壓側(cè)的保護電流回路接入裝置的低壓側(cè)，低壓側(cè)的電流回路接入高壓側(cè)，并對高低壓側(cè)CT的變比、高低壓側(cè)的額定電壓進行匹配。根據(jù)電流回路倒換前后，裝置采集到的相位角，可以畫出如圖4所示的相位圖，顯然高低壓側(cè)電流回路倒換之后，裝置采集到的低壓側(cè)電流逆時針超前于高壓側(cè)150，此時對應(yīng)的外部變壓器接線方式應(yīng)該為Y/△-1。

圖4 高低壓側(cè)電流回路倒換前后采樣電流相量

在倒換電流回路后進行差動電流的計算前，還需解決幅值補償?shù)膯栴}，若以Y接的高壓側(cè)為基準（高壓側(cè)平衡系數(shù)默認為1），則得出變壓器中、低壓側(cè)平衡系數(shù)為式（5）：

式中U1e為變壓器各側(cè)額定電壓，nLH為變壓器各側(cè)CT變比。工程中，主變高低壓側(cè)的額定電流分別為35 kV、10.5 kV，高低壓側(cè)CT的變比分別為400/5、1600/5，代入公式計算得出10 kV側(cè)的平衡系數(shù)為0.833，將中、低壓側(cè)各相電流與相應(yīng)的平衡系數(shù)相乘，即得幅值補償后的各相電流。變壓器各側(cè)電流經(jīng)過相位校正及幅值補償后求和，即得出裝置計算的差動電流。

根據(jù)變壓器的實際接線方式，對保護裝置高低壓側(cè)電流回路進行調(diào)整后，涉及變壓器接線方式的整定問題。在退出差動保護硬壓板，分別將變壓器的接線方式整定為11點及1點，在外界負荷未發(fā)生大的變化的情況下，裝置計算得出的差動電流具有明顯的差別：11點鐘時，裝置計算得出的差流值與高壓側(cè)電流回路中采集的電流值接近；1點鐘時，裝置計算得出的差流值很小，趨近于0（工程實例為0.041 A），顯然解決完變壓器高低壓側(cè)的保護電流回路的接入方式及差動電流的計算外，還必須解決變壓器接線方式的整定問題。

以A相為例，變壓器接線方式為Yn/△-11或Yn/△-1（即裝置整定為11點或1點）時，裝置計算得出的差動電流分別為：

在之前的相位校正過程中，已經(jīng)推導(dǎo)得出Y/△-11和△/Y-1，Y/△-1和△/Y-11的相位校正是一致的（圖1、圖2），而變壓器銘牌上的實際接線方式為△/Y-11，則根據(jù)調(diào)整變壓器高低壓側(cè)電流回路后裝置采集的高低壓側(cè)電流相角，可畫出圖4相量圖，變壓器的接線方式應(yīng)該整定為1點鐘，如果仍然整定為11點鐘，則裝置內(nèi)部計算的差動電流則為公式（6）計算的電流值，通過圖4相量圖很方便的得出變壓器A相差流值與高壓側(cè)電流大小相等，相位相差90°（圖5），與裝置計算得出的差流值吻合。

圖5 高低壓側(cè)電流回路倒換后采樣電流、差動電流相量

通過電流回路倒換及接線方式整定后，裝置呈現(xiàn)0.041 A的差動不平衡電流。由于差動保護平衡系數(shù)建立在變壓器各側(cè)額定電壓及變壓器各側(cè)CT變比的基礎(chǔ)上，通過高低壓側(cè)后備保護裝置采集數(shù)據(jù)計算得出的35 kV側(cè)、10 kV側(cè)的電壓分別為35.76 kV及10.43 kV，由此計算得出差動保護平衡系數(shù)為0.857，與裝置設(shè)備參數(shù)計算得出的平衡系數(shù)0.833之間的誤差為2.88%。此誤差乘以基準側(cè)電流1.43 A得出差動不平衡電流約為：0.041 A，與裝置實測差動電流值基本相符。當區(qū)外發(fā)生穿越故障時，通過差動電流啟動定值1.718 A反推故障電流：當故障電流達到1.718/2.88%≈59.65 A時，差動不平衡電流可以達到差動電流啟動定值，此時處于比率制動區(qū)，制動電流60 A，可以保障差動保護裝置可靠不發(fā)生誤動作。顯然，裝置存在的差動不平衡電流，主要是由于變壓器高低壓側(cè)實際運行電壓的比值與設(shè)備整定電壓的比值誤差引起，不會造成裝置誤動作，裝置的改造是能夠通過理論與實踐檢驗的。

4 結(jié)語

結(jié)合動力變差動保護配置過程中出現(xiàn)的問題開展相量圖分析，在不進行繼電保護裝置軟件研發(fā)的基礎(chǔ)上，提出一種新的解決問題方法，具有現(xiàn)實意義。