變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)原因分析報(bào)告報(bào)告材料

1、實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案 變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)原因分析 前言 國內(nèi)35kv及以下的變電所中，普遍采用的保護(hù)是以分立式繼電器構(gòu)成的。 其最大的特點(diǎn)是二次回路構(gòu)成簡單、直觀明了、經(jīng)濟(jì)、可靠。當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故 障時(shí)，就會(huì)伴隨著電流突增、電壓突降以及電流與電壓間相位差角發(fā)生變化，這 些基本特點(diǎn)就構(gòu)成了各種不同原理的繼電保護(hù)裝置1。作為變壓器主保護(hù)的縱 聯(lián)差動(dòng)（簡稱差動(dòng)）保護(hù)，正確動(dòng)作率始終在 50% 一 60%徘徊，這對變壓器的安 全和系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行很不利。造成“原因不明”的變壓器不正確動(dòng)作是多方面 的，設(shè)計(jì)研究、制造、安裝調(diào)試和運(yùn)行維護(hù)部門都有或多或少的責(zé)任，雖然實(shí)際 工作中各個(gè)相關(guān)的制造廠家都在不斷的改進(jìn)技術(shù)提

2、高動(dòng)作的可靠性，但是變壓器 差動(dòng)誤動(dòng)事例仍然為數(shù)不少2。本文的目的在于總結(jié)自己的經(jīng)驗(yàn)并與同行交流 討論，共同為提高變壓器差動(dòng)保護(hù)裝置運(yùn)行水平而努力。 2差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)的原因分析 2.1勵(lì)磁涌流引起變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng) 變壓器勵(lì)磁涌流的特點(diǎn)是正常運(yùn)行情況下其值很小，一般不超過變壓器額定電流 的3%一 5%，變壓器工作在磁通的線性段 OS，如圖1。鐵芯未飽和，其相對導(dǎo) 磁率 卩很大，變壓器繞組的勵(lì)磁電感也很大。當(dāng)發(fā)生外部短路時(shí)，由于電壓下 降，勵(lì)磁電流更小，因此這些情況下對勵(lì)磁電流的影響一般可以不考慮3。 精彩文檔 。In Jr? I tj Ik Itjl 圖1=f (I)和u = f (I)的關(guān)系曲

3、線 當(dāng)變壓器空投或故障切除后電壓恢復(fù)時(shí)，由于變壓器鐵心中的磁通急劇 增大，使鐵心瞬間飽和， 相對導(dǎo)磁率接近1，變壓器繞組電感降低，伴隨出現(xiàn)數(shù)值很大的勵(lì)磁涌流，包含 有很大成分的非周期分量和高次諧波分量，并以二次諧波為主，其數(shù)值可以達(dá)到 額定電流的68倍以上，出現(xiàn)尖頂形狀的勵(lì)磁涌流，如圖2，在起始瞬間勵(lì)磁 涌流衰減很快，對于一般中小型變壓器，經(jīng)0.5 1s后，其值不超過額定電流的 0.250.5倍，大型變壓器勵(lì)磁涌流的衰減速度較慢，衰減到上述值要23s，既 變壓器的容量越大衰減越慢，同時(shí)勵(lì)磁涌流波形出現(xiàn)間斷，有間斷角，此電流流 入差動(dòng)繼電器，可能引起保護(hù)裝置誤動(dòng)4。 浪涌電流和變壓器的激磁涌流一

4、樣， 只流過變壓器一側(cè)，在變壓器空投合閘或切 除外部短路的電壓恢復(fù)過程中，全部激磁涌流都將流入差動(dòng)回路， 勢必造成變壓 器差動(dòng)保護(hù)的誤動(dòng)作。且在一臺變壓器產(chǎn)生激磁涌流的同時(shí)， 與其并聯(lián)運(yùn)行的變 壓器中還會(huì)產(chǎn)生浪涌電流，浪涌電流也將全部流入差動(dòng)回路，造成變壓器差動(dòng)保 護(hù)誤動(dòng)作。 可以通過以下措施來判別勵(lì)磁涌流： 采用具有速飽和鐵芯的差動(dòng)繼電器， 鑒 別短路電流和勵(lì)磁涌流的波形，利用二次諧波制動(dòng)，制動(dòng)比一般為15%20% , 用波形對稱原理的差動(dòng)繼電器。其中主要適用于常規(guī)電磁繼電器式差動(dòng)保 護(hù)；和主要用于微機(jī)變壓器保護(hù)， 但對硬件的要求比較高，通過鑒別波形特 征能夠?qū)崿F(xiàn)，這是最根本的解決勵(lì)磁涌流問

5、題的辦法6。另外，在主變差動(dòng)保 護(hù)所用電流互感器選擇時(shí)，除應(yīng)選帶有氣隙的D級鐵芯互感器外，還應(yīng)適當(dāng)?shù)?增大電流互感器變比，以降低短路電流倍數(shù)，這樣可以有效削弱勵(lì)磁涌流，減少 差動(dòng)回路中產(chǎn)生的不平衡電流，提高差動(dòng)保護(hù)的靈敏度。這對避免保護(hù)區(qū)外故障， 尤其是最嚴(yán)重的三相金屬性短路而導(dǎo)致的主變差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作尤為有效7 o 2.2 CT二次回路斷線引起變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng) 傳統(tǒng)的電磁式變壓器差動(dòng)繼電器的 CT回路接線，首先必須通過對 CT接線形式 的選擇進(jìn)行外部的“相位補(bǔ)償”，消除變壓器接線組別不同造成的高、 低壓側(cè)電 流相位差和差動(dòng)保護(hù)回路不平衡電流。例如常用的Y/dll接線的變壓器，由于三 角形側(cè)電

6、流的相位比星形側(cè)同一相電流超前 300，必須將變壓器星形側(cè)的CT二 次側(cè)接成三角形，而三角形側(cè)的 CT接成星形，從而將流入差動(dòng)繼電器的 CT二 次電流相位校正過來。微機(jī)變壓器差動(dòng)保護(hù)根據(jù)丫，d變換產(chǎn)生的相位移進(jìn)行內(nèi) 部“相位補(bǔ)償”計(jì)算，例如，為了接線簡單，任意接線組別的變壓器其CT二次 回路都可以采用全星型連接，其相位補(bǔ)償可以由保護(hù)裝置內(nèi)部的軟件來實(shí)現(xiàn)，而 無須像傳統(tǒng)的差動(dòng)保護(hù)那樣依靠 CT接線方式的選擇進(jìn)行外部的“相位補(bǔ)償”， 這種軟件的補(bǔ)償是利用對稱分量法進(jìn)行“矩陣變換”計(jì)算得到的8 o 變壓器差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作電流的整定，一般要考慮以下幾個(gè)方面的因素及影響：I) 應(yīng)躲過當(dāng)變壓器空投及外部故障

7、后電壓恢復(fù)時(shí)的變壓器勵(lì)磁涌流的影響， 整定公 式Idz = Kk Ie ，Kk可靠系數(shù)取1.31.5， Ie額定電流；2)應(yīng)躲過變壓器外部故 障時(shí)在變壓器保護(hù)中所引起的最大不平衡電流，整定公式Idz = Kk Ibp , Kk可 靠系數(shù)取1.3，Ibp為不平衡電流；3）應(yīng)躲變壓器差動(dòng)保護(hù)二次回路線時(shí)在差動(dòng) 回路中引起的差動(dòng)電流的影響，整定公式Idz = Kk Ie 。Kk可靠系數(shù)取1.3，Ie 額定電流。以上三種最大值作為變壓器的差動(dòng)動(dòng)作電流。電磁型變壓器差動(dòng)保護(hù) 的動(dòng)作電流整定考慮了第三條，差動(dòng)回路 CT二次回路斷線不會(huì)誤動(dòng)，晶體管變 壓器差動(dòng)保護(hù)和微機(jī)變壓器差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作電流一般按變壓器額

8、定電流的25% 一 50%考慮，其保護(hù)功能用邏輯來實(shí)現(xiàn)，比電磁型變壓器差動(dòng)保護(hù)快速、靈敏， 且動(dòng)作電流整定得較小。因此在差動(dòng)回路的CT二次回?cái)嗑€時(shí)，如不采取措施， 變壓器差動(dòng)保護(hù)會(huì)誤動(dòng)作。 Disaivtiiiuciwi tf Hire fonii ot CT斷線最明顯的特征是電流下降，在微機(jī)保護(hù)中，只要有合理的判斷，就不難 解決電流互感器二次回路斷線時(shí)變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)問題。若某側(cè)電流同時(shí)滿足 下列條件認(rèn)為是CT斷線，只有一相或兩相電流為零，其它兩相或一相電流與起 動(dòng)電流相等，故障相電流的突變量（下降）超過所給的定值，可判斷出CT斷線, 判別出CT斷線后，可以在正常負(fù)載時(shí)閉鎖差動(dòng)，防止變壓器

9、差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作5 2.3區(qū)外故障引起的差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)9 區(qū)外故障產(chǎn)生差流主要有下面幾種原因： 變壓器正常運(yùn)行時(shí)各側(cè)的額定電流不一致； 當(dāng)變壓器一側(cè)帶有分節(jié)頭調(diào)節(jié)時(shí)，電壓發(fā)生變化產(chǎn)生不平衡電流； 電流互感器（TA）本身存在誤差； TA不同型號引起的誤差； 諧波和非周期分量對不同型號 TA的影響； 不同類型的負(fù)載致使各側(cè)電流相位發(fā)生偏差； 基于上述因素的考慮，在整定變壓器的差動(dòng)定值時(shí)要排除這些不平衡分量的綜合 影響，其動(dòng)作電流一般在（0.30.5）ln （In為額定電流）。當(dāng)變壓器發(fā)生嚴(yán)重的區(qū) 外故障，兩側(cè)會(huì)產(chǎn)生更大的差流，在下列情況下可能超過差動(dòng)門檻值： 短路電流較大，各側(cè)互感器型號不一致，特別是

10、短路電流大的一側(cè)使用P級 互感器（不帶暫態(tài)特性的電流互感器），而短路電流小的一側(cè)使用 TPY級互感 器（帶暫態(tài)特性的電流互感器）； 短路電流中含有較大的非周期分量和諧波分量； 故障切除瞬間，由于剩磁的存在，電壓恢復(fù)時(shí)產(chǎn)生大小不等的恢復(fù)性涌流； 特殊性負(fù)載如容性或感性負(fù)載存在， 致使各側(cè)短路電流相位發(fā)生偏移，產(chǎn)生更 大的差流； 多次事故表明，變壓器發(fā)生區(qū)外故障，在發(fā)生區(qū)外故障的時(shí)間段，差動(dòng)保護(hù)一般 不會(huì)誤動(dòng)，在切除故障的瞬差動(dòng)保護(hù)反而誤動(dòng)，根據(jù)對幾例典型事故的錄波分析， 發(fā)現(xiàn)保護(hù)動(dòng)作點(diǎn)均落在差動(dòng)比例制動(dòng)曲線（兩段折線比例制動(dòng)）無制動(dòng)特性的水 平線上第一拐點(diǎn)以內(nèi)，即差流大于門檻值，制動(dòng)電流小于第一

11、拐點(diǎn)電流（拐點(diǎn)電 流為（0.9 1.0）ln），如圖4所示C點(diǎn)（圖中Id為差動(dòng)電流，Ir為制動(dòng)電流；K1 , K2, K3為比例系數(shù)）。 圖4 兩段折線式比例制動(dòng) 對現(xiàn)場錄波數(shù)據(jù)分析和動(dòng)模試驗(yàn)仿真，均可知此種情況下保護(hù)動(dòng)作存在必然性。故障時(shí)，短 路電流比較大，含有非周期分量和諧波分量，故障期間產(chǎn)生的不平衡分量較大（可能大于差 動(dòng)動(dòng)作門檻值），但制動(dòng)電流較大，動(dòng)作點(diǎn)落在非動(dòng)作區(qū)，如圖4所示B點(diǎn)。在切除故障的 瞬間，兩側(cè)TA的暫態(tài)分量衰減程度不一樣，此時(shí)差流仍然比較大，而制動(dòng)電流減小，動(dòng)作 點(diǎn)移動(dòng)到如圖4所示的C點(diǎn)，差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)，按此原理設(shè)置的比例制動(dòng)曲線保護(hù)不能制動(dòng)。 為了防止區(qū)外故障差動(dòng)保護(hù)誤

12、動(dòng)，可以從以下幾個(gè)方面著手： 在進(jìn)行繼電保護(hù)定值計(jì)算時(shí)，保護(hù)定值不宜過低，一般整定在0.4 In或以上； 兩側(cè)TA盡量選用同一型號的，可以同為P級或TPY級互感器，使用 TPY級互感器 效果較好； 提高硬件的采樣精度和計(jì)算準(zhǔn)確度； 設(shè)置先進(jìn)的新原理保護(hù)。 由于我國多數(shù)地方的電力系統(tǒng)站用TA均采用的是P級，有的地方在高壓側(cè)采用TPY 級，低壓側(cè)采用 P級，嚴(yán)重影響兩側(cè)TA的不平衡性。保護(hù)定值要求整定在(0.3 0.5) In 極 個(gè)別地方整定在 0.2 In，定值門檻太低。 隨著計(jì)算機(jī)水平的發(fā)展，保護(hù)裝置硬件水平不斷的提高，多種原理的綜合運(yùn)用， 采樣精 度和計(jì)算準(zhǔn)確度也在提高。除此之外，也可以從

13、編制的軟件著手，來防止區(qū)外故障切除時(shí)對 保護(hù)造成的誤動(dòng) 3結(jié)束語 近年來，微機(jī)保護(hù)裝置的應(yīng)用日益廣泛，但是變壓器主保護(hù)的誤動(dòng)原因仍是多方面的。 本文僅給找不到變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)原因的技術(shù)人員提供一些思路，我們只有在安裝調(diào)試過 程中把每一環(huán)節(jié)工作做細(xì)，按照檢驗(yàn)條例和有關(guān)規(guī)程規(guī)定，嚴(yán)把整組試驗(yàn)關(guān)，積極采取相應(yīng) 措施，是可以提高變壓器差動(dòng)保護(hù)的可靠性的，或者完全可以避免主變在運(yùn)行中差動(dòng)保護(hù)的 誤動(dòng)作。 最近剛做了一臺變壓器比率差動(dòng)保護(hù)的特性曲線，但是結(jié)果不理想，請大家?guī)椭治鲆幌隆?主變參數(shù)：容量25000KVA、變比35KV/6.3KV接線組別 Y/ Z-11 高壓側(cè) CT變比500/1 低壓側(cè)C

14、T變比3000/1 高壓側(cè)一次額度電流 412.4A低壓側(cè)一次額度電流 2291.1A 高壓 側(cè)CT二次額度電流 0.825A 低壓側(cè)CT二次額度電流0.764A。 保護(hù)定值：差動(dòng)啟動(dòng)值0.71A 斜率0.5拐點(diǎn)1.42差動(dòng)速斷8.3A。 測試儀：昂立 A460試驗(yàn)參數(shù)設(shè)定：比率差動(dòng)、三相差動(dòng)、基準(zhǔn)側(cè)為高壓側(cè)、制動(dòng)電 流0-20A、步長0.5A、故障時(shí)間0.1秒、故障間隔時(shí)間0.5秒、差動(dòng)電流精度0.01A、一 次側(cè)補(bǔ)償系數(shù)1、 二次側(cè)補(bǔ)償系數(shù)1.0798。 以下為試驗(yàn)結(jié)果： S04-2# 主變差動(dòng)圖片.JPG (38.52 KB) 防止穿越故障電流造成變壓器誤動(dòng)穿越故障電流通過變壓器時(shí)變壓器

15、差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作電流隨 著按比例增大.以躲過穿越故障電流. 引入比率制動(dòng)電流這個(gè)概念是為了人們?nèi)菀桌斫?什么是遠(yuǎn)后備？什么是近后備？遠(yuǎn)后備就是說當(dāng)保護(hù)元件失靈時(shí)，由相鄰的保護(hù)元件來切除故障。如果變 壓器主保護(hù)失靈，那就只能靠它的后備保護(hù)來反應(yīng)故障了，因此上說，變壓器后備保護(hù)就是變壓器主保護(hù) 的遠(yuǎn)后備保護(hù)；所謂近后備，是指雙重的保護(hù)元件，就是說一個(gè)保護(hù)元件失靈，會(huì)由另外一個(gè)與它具有相 同功能的保護(hù)元件來切除故障，如變壓器主保護(hù)中，設(shè)置了差動(dòng)保護(hù)，也設(shè)置了瓦斯保護(hù)、溫度保護(hù)等， 差動(dòng)保護(hù)用來反應(yīng)變壓器內(nèi)部繞組電流的故障，瓦斯保護(hù)和溫度保護(hù)反應(yīng)變壓器油的異常，變壓器油是起 冷卻作用的，因?yàn)樽儔浩鲀?nèi)部會(huì)因

16、為電流的熱效應(yīng)而發(fā)熱，電流越大，溫度越高，如果繞組短路，會(huì)在瞬 間產(chǎn)生很高的熱量，冷卻油會(huì)因?yàn)槭軣岫a(chǎn)生氣體，當(dāng)氣體到達(dá)一定密度后，瓦斯繼電器會(huì)動(dòng)作；從這里 可以看岀，如果反應(yīng)繞組電流故障的主保護(hù)失靈，那它還可以通過油溫、氣體的變化來反應(yīng)故障，差動(dòng)保 護(hù)和瓦斯、溫度等保護(hù)是互為近后備。 所謂比率制動(dòng)特性差動(dòng)保護(hù)簡單說就是使差動(dòng)電流定值隨制動(dòng)電流的增大而成某一比率的 提高。使制動(dòng)電流在不平衡電流較大的外部故障時(shí)有制動(dòng)作用。而在內(nèi)部故障時(shí)，制動(dòng)作用 最小。 圖1中曲線1為差動(dòng)回路的不平衡電流，它隨著短路電流的增大而增大。根據(jù)差動(dòng)回 路接線方法的不同，在整定時(shí)，通過調(diào)整不平衡比例系數(shù)使得計(jì)算機(jī)在實(shí)時(shí)

17、計(jì)算時(shí)的Ibp 最小。 曲線2是無制動(dòng)時(shí)差動(dòng)保護(hù)的整定電流，它是按躲過最大不平衡電流Ibpmax來整定 的。 曲線3為變壓器差動(dòng)保護(hù)區(qū)內(nèi)短路時(shí)的差電流，它隨短路電流的增大而線性的增大。 曲線4為具有制動(dòng)特性的差動(dòng)繼電器的差動(dòng)保護(hù)特性。 在無制動(dòng)時(shí)，曲線 3與曲線2相交于B點(diǎn)，這時(shí)保護(hù)的不動(dòng)作區(qū)為 OB,即保護(hù)區(qū)內(nèi) 短路時(shí)的短路電流必須大于 OB所代表的電流值時(shí)，保護(hù)才能動(dòng)作。 在有制動(dòng)時(shí)，曲線 3與曲線4相交于A點(diǎn)，短路電流只要大于 OA所代表的電流值， 保護(hù)即能動(dòng)作。OA OB ，這說明在同樣的保護(hù)區(qū)內(nèi)短路狀態(tài)下，有制動(dòng)特性的差動(dòng)保護(hù) 比無制動(dòng)特性的差動(dòng)保護(hù)靈敏度要高。 在實(shí)際的變壓器差動(dòng)保護(hù)裝置中，其比率制動(dòng)特性如下圖2所示： 圖2中平行于橫坐標(biāo)的 AB段稱為無制