變壓器差動保護誤動原因分析

1、變壓器差動保護誤動原因分析前言 國內(nèi)35kv及以下的變電所中，普遍采用的保護是以分立式繼電器構(gòu)成的。 其最大的特點是二次回路構(gòu)成簡單、直觀明了、經(jīng)濟、可靠。當電力系統(tǒng)發(fā)生故 障時，就會伴隨著電流突增、電壓突降以及電流與電壓間相位差角發(fā)生變化，這 些基本特點就構(gòu)成了各種不同原理的繼電保護裝置 1。作為變壓器主保護的縱 聯(lián)差動(簡稱差動)保護，正確動作率始終在50% 60%)*徊，這對變壓器的安全 和系統(tǒng)的穩(wěn)定運行很不利。造成“原因不明”的變壓器不正確動作是多方面的， 設(shè)計研究、制造、安裝調(diào)試和運行維護部門都有或多或少的責(zé)任，雖然實際工作 中各個相關(guān)的制造廠家都在不斷的改進技術(shù)提高動作的可靠性，但

2、是變壓器差動誤動事例仍然為數(shù)不少2。本文的目的在于總結(jié)自己的經(jīng)驗并與同行交流討論， 共同為提高變壓器差動保護裝置運行水平而努力。2差動保護誤動的原因分析2.1勵磁涌流引起變壓器差動保護誤動變壓器勵磁涌流的特點是正常運行情況下其值很小，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，變壓器繞組的勵磁電感也很大。 當發(fā)生外部短路時，由于電壓下降， 勵磁電流更小，因此這些情況下對勵磁電流的影響一般可以不考慮 3。0 Itj In IrJ It4I廿lf圖1=f (I) 和u = f (I) 的關(guān)系曲線當變壓器空投或故障切除后電壓恢復(fù)時，由

3、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)值可以達到 額定電流的68倍以上，出現(xiàn)尖頂形狀的勵磁涌流，如圖2,在起始瞬間勵磁涌流衰減很快，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，同時勵磁涌流波形出現(xiàn)間斷，有間斷角，此電流流 入差動繼電器，可能引起保護裝置誤動4。浪涌電流和變壓器的激磁涌流一樣， 只流過變壓器一側(cè)，在變壓器空投合閘或切 除外部短

4、路的電壓恢復(fù)過程中，全部激磁涌流都將流入差動回路， 勢必造成變壓 器差動保護的誤動作。且在一臺變壓器產(chǎn)生激磁涌流的同時， 與其并聯(lián)運行的變 壓器中還會產(chǎn)生浪涌電流， 浪涌電流也將全部流入差動回路， 造成變壓器差動保 護誤動作 5 ?？梢酝ㄟ^以下措施來判別勵磁涌流： 采用具有速飽和鐵芯的差動繼電器， 鑒 別短路電流和勵磁涌流的波形，利用二次諧波制動，制動比一般為15%20% 用波形對稱原理的差動繼電器。其中主要適用于常規(guī)電磁繼電器式差動保 護；和主要用于微機變壓器保護， 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磁涌流問題的辦法 6 。另外，在主變差動保 護所用電流互感

5、器選擇時，除應(yīng)選帶有氣隙的D級鐵芯互感器外，還應(yīng)適當?shù)卦?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磁涌流， 減少差 動回路中產(chǎn)生的不平衡電流，提高差動保護的靈敏度。這對避免保護區(qū)外故障， 尤其是最嚴重的三相金屬性短路而導(dǎo)致的主變差動保護誤動作尤為有效 7 。2.2 CT 二次回路斷線引起變壓器差動保護誤動傳統(tǒng)的電磁式變壓器差動繼電器的 CT回路接線，首先必須通過對CT接線形式的 選擇進行外部的“相位補償”， 消除變壓器接線組別不同造成的高、 低壓側(cè)電流 相位差和差動保護回路不平衡電流。 例如常用的 Y/dll 接線的變壓器， 由于三角 形側(cè)電流的相位比星形側(cè)同一相電流超前3

6、00,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，從而將流入差動繼電器的 CT二次電 流相位校正過來。微機變壓器差動保護根據(jù) Y， d 變換產(chǎn)生的相位移進行內(nèi)部“相 位補償”計算，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， 其相位補償可以由保護裝置內(nèi)部的軟件來實現(xiàn)， 而無須像 傳統(tǒng)的差動保護那樣依靠 CT接線方式的選擇進行外部的“相位補償”，這種軟 件的補償是利用對稱分量法進行“矩陣變換”計算得到的 8 。 變壓器差動保護的動作電流的整定， 一般要考慮以下幾個方面的因素及影響： l） 應(yīng)躲過當變壓器空投及外部故障后電壓恢復(fù)時的變壓器勵

7、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 障時在變壓器保護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)躲變壓器差動保護二次回路線時在差 動回路中引起的差動電流的影響，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動作電流。電磁型變壓器差動 保護的動作電流整定考慮了第三條，差動回路 CT 二次回路斷線不會誤動，晶體 管變壓器差動保護和微機變壓器差動保護的動作電流一般按變壓器

8、額定電流的 25%一 50%考慮，其保護功能用邏輯來實現(xiàn)，比電磁型變壓器差動保護快速、靈 敏，且動作電流整定得較小。因此在差動回路的CT 二次回斷線時，如不采取措施，變壓器差動保護會誤動作。F車2inmdicumni圖$ 0®淋徹懈的W&F直令DisantiiiLiDUf 迎宅屜of片即巴 brm uf uuihtiniEidCT斷線最明顯的特征是電流下降，在微機保護中，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變壓器差動保護誤動問題。若某側(cè)電流同時滿足下列條件認為是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 動電流相等，故障相電流的突變量（下降）超

9、過所給的定值，可判斷出CT斷線,判別出CT斷線后，可以在正常負載時閉鎖差動，防止變壓器差動保護誤動作52.3區(qū)外故障引起的差動保護誤動9區(qū)外故障產(chǎn)生差流主要有下面幾種原因： 變壓器正常運行時各側(cè)的額定電流不一致； 當變壓器一側(cè)帶有分節(jié)頭調(diào)節(jié)時，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定值時要排除這些不平衡分量的綜合 影響，其動作電流一般在（0.3 0.5）In （In 為額定電流）。當變壓器發(fā)生嚴重 的區(qū)外故障，兩側(cè)會產(chǎn)生更大

10、的差流，在下列情況下可能超過差動門檻值： 短路電流較大，各側(cè)互感器型號不一致，特別是短路電流大的一側(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)時產(chǎn)生大小不等的恢復(fù)性涌流； 特殊性負載如容性或感性負載存在， 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)外故障的時間段，差動保護一般 不會誤動，在切除故障的瞬差動保護反而誤動，根據(jù)對幾例典型事故的錄波分析， 發(fā)現(xiàn)保護動作點均落在差動比例制動曲線 （兩段

11、折線比例制動）無制動特性的水 平線上第一拐點以內(nèi)，即差流大于門檻值，制動電流小于第一拐點電流（拐點電 流為（0.9 1.0）ln），如圖4所示C點（圖中Id為差動電流，lr為制動電流；K1, K2, K3為比例系數(shù)）。0 Itj Iy2 ItJ It4I丫占If圖4兩段折線式比例制動對現(xiàn)場錄波數(shù)據(jù)分析和動模試驗仿真，均可知此種情況下保護動作存在必然性。故障時，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（可能大于差動動作門檻值），但制動電流較大，動作點落在非動作區(qū)，如圖4所示B點。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，此時差流仍然比較大，而制動電流減小，

12、動作 點移動到如圖4所示的C點，差動保護誤動，按此原理設(shè)置的比例制動曲線保護不能制動。為了防止區(qū)外故障差動保護誤動，可以從以下幾個方面著手： 在進行繼電保護定值計算時，保護定值不宜過低，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算準確度； 設(shè)置先進的新原理保護。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，嚴重影響兩側(cè) TA的不平衡性。保護定值要求整定在 （0.3 0.5） In極個別 地方整定在0.2 In，定值門檻太低。隨著計算機水

13、平的發(fā)展，保護裝置硬件水平不斷的提高，多種原理的綜合運用，采樣精度和計算準確度也在提高。除此之外，也可以從編制的軟件著手，來防止區(qū)外故障切除時對保護造成的誤動3結(jié)束語近年來，微機保護裝置的應(yīng)用日益廣泛，但是變壓器主保護的誤動原因仍是多方面的。本文僅給找不到變壓器差動保護誤動原因的技術(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，按照檢驗條例和有關(guān)規(guī)程規(guī)定，嚴把整組試驗關(guān)，積極采取相應(yīng)措施，是可以提高變壓器差動保護的可靠性的，或者完全可以避免主變在運行中差動保護的誤動作。最近剛做了一臺變壓器比率差動保護的特性曲線，但是結(jié)果不理想，請大家?guī)椭治鲆幌?。主變參?shù)：容量25000KVA

14、、變比35KV/6.3KV接線組別 Y/ -11高壓側(cè)CT變比500/1低壓側(cè)CT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。保護定值：差動啟動值0.71A 斜率0.5拐點1.42 差動速斷8.3A。測試儀：昂立 A460試驗參數(shù)設(shè)定：比率差動、三相差動、基準側(cè)為高壓側(cè)、制動電流0-20A、 步長0.5A、故障時間0.1秒、故障間隔時間0.5秒、差動電流精度0.01A、一次側(cè)補償系數(shù)1、二次側(cè)補償系數(shù)1.0798。以下為試驗結(jié)果：S04-2#主變差動圖片 JPG (38.52 KB)

15、防止穿越故障電流造成變壓器誤動穿越故障電流通過變壓器時變壓器差動保護動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電流這個概念是為了人們?nèi)菀桌斫馐裁词沁h后備？什么是近后備？遠后備就是說當保護元件失靈時，由相鄰的保護元件來切除故障。如果變 壓器主保護失靈，那就只能靠它的后備保護來反應(yīng)故障了，因此上說，變壓器后備保護就是變壓器主保護 的遠后備保護；所謂近后備，是指雙重的保護元件，就是說一個保護元件失靈，會由另外一個與它具有相 同功能的保護元件來切除故障，如變壓器主保護中，設(shè)置了差動保護，也設(shè)置了瓦斯保護、溫度保護等， 差動保護用來反應(yīng)變壓器內(nèi)部繞組電流的故障，瓦斯保護和溫度保護反應(yīng)變壓器油的

16、異常，變壓器油是起 冷卻作用的，因為變壓器內(nèi)部會因為電流的熱效應(yīng)而發(fā)熱，電流越大，溫度越高，如果繞組短路，會在瞬 間產(chǎn)生很高的熱量，冷卻油會因為受熱而產(chǎn)生氣體，當氣體到達一定密度后，瓦斯繼電器會動作；從這里 可以看岀，如果反應(yīng)繞組電流故障的主保護失靈，那它還可以通過油溫、氣體的變化來反應(yīng)故障，差動保 護和瓦斯、溫度等保護是互為近后備。所謂比率制動特性差動保護簡單說就是使差動電流定值隨制動電流的增大而成某一比率的提高。使制動電流在不平衡電流較大的外部故障時有制動作用。而在內(nèi)部故障時，制動作用最小。圖1中曲線1為差動回路的不平衡電流，它隨著短路電流的增大而增大。根據(jù)差動回路接線方法的不同，在整定時

17、，通過調(diào)整不平衡比例系數(shù)使得計算機在實時計算時的Ibp最小。曲線2是無制動時差動保護的整定電流，它是按躲過最大不平衡電流 Ibpmax來整定的。曲線3為變壓器差動保護區(qū)內(nèi)短路時的差電流，它隨短路電流的增大而線性的增大。曲線4為具有制動特性的差動繼電器的差動保護特性。在無制動時，曲線 3與曲線2相交于B點，這時保護的不動作區(qū)為 0B，即保護區(qū)內(nèi) 短路時的短路電流必須大于0B所代表的電流值時，保護才能動作。在有制動時，曲線 3與曲線4相交于A點，短路電流只要大于 0A所代表的電流值，保護即能動作。OA <0B，這說明在同樣的保護區(qū)內(nèi)短路狀態(tài)下，有制動特性的差動保護比無制動特性的差動保護靈敏度要高。圖 2 中平行于橫坐標的 AB 段稱為無制動段，它是