論變壓器相間后備保護(hù)方向元件與過(guò)流元件不同組合方式的合理性

論變壓器相間后備保護(hù)方向元件與過(guò)流元件不同組合方式的合理性摘要：針對(duì)某次某電廠主變壓器復(fù)壓方向過(guò)流保護(hù)因220kV母線全部出線缺相運(yùn)行而導(dǎo)致的不正確動(dòng)作情況，就當(dāng)時(shí)的各參數(shù)、動(dòng)作結(jié)果進(jìn)行了定性分析，就變壓器復(fù)壓方向過(guò)流保護(hù)條件組合的合理性進(jìn)行了論述，并提出了解決方案。

關(guān)鍵詞 ：非全相運(yùn)行；變壓器；90°接線；方向元件；不正確動(dòng)作

0引言

變壓器復(fù)壓方向過(guò)流保護(hù)在變壓器或者相鄰元件發(fā)生相間短路時(shí)，經(jīng)過(guò)一定時(shí)限以切除故障。因此，復(fù)壓方向過(guò)流用做主保護(hù)（即差動(dòng)保護(hù)）的后備保護(hù)，同時(shí)亦作為相鄰元件的后備保護(hù)。然而，由于電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不同、設(shè)備類型多種、設(shè)備數(shù)量不等及運(yùn)行方式變化等原因，加之在故障類型不定、故障發(fā)生位置等因素的作用下，事故時(shí)的電氣量往往復(fù)雜而不可預(yù)計(jì)，因此給保護(hù)的基本四性帶來(lái)了嚴(yán)峻的考驗(yàn)，尤其是采用多種不同類型電氣量條件的復(fù)雜組合來(lái)判別故障的保護(hù)，如復(fù)壓方向過(guò)流。本文就將針對(duì)某次某電廠一臺(tái)主變復(fù)壓方向過(guò)流保護(hù)因?yàn)槿砍鼍€在非全相運(yùn)行狀態(tài)而非主變事故時(shí)誤動(dòng)作導(dǎo)致的主變?nèi)Ｊ鹿?，?duì)該保護(hù)的邏輯組合的合理性進(jìn)行論述。

1事故經(jīng)過(guò)

該電廠采用220kV單母線結(jié)構(gòu)，共有兩回出線、兩回進(jìn)線，主接線如圖1所示。

1.1事故發(fā)生過(guò)程

線路雙套保護(hù)一套采用光纖差動(dòng)保護(hù)，另一套采用閉鎖式高頻距離保護(hù)。在事故發(fā)生前，261、262、201、202斷路器均在合位，1號(hào)主變1B中性點(diǎn)接地運(yùn)行，全廠負(fù)荷接近滿載。事故發(fā)生時(shí)刻，出線2E的C相由于發(fā)生單相接地故障，其保護(hù)將其跳閘；相鄰出線1E高頻保護(hù)雖然判定為區(qū)外故障并發(fā)閉鎖信號(hào)，但由于在發(fā)信過(guò)程中出現(xiàn)大概80ms的中斷時(shí)間，導(dǎo)致該線路縱聯(lián)零序保護(hù)動(dòng)作，其C相也跳閘。因此，220kV系統(tǒng)在兩回出線各自的C相重合之前維持了A、B兩相約1s的非全相運(yùn)行。而在出線1E的C相跳閘后，即進(jìn)入非全相運(yùn)行狀態(tài)后約0.5s（復(fù)壓方向過(guò)流保護(hù)Ⅰ段動(dòng)作時(shí)間整定值），主變1B復(fù)壓方向過(guò)流保護(hù)動(dòng)作，1B各側(cè)開關(guān)跳閘。

1.2事故概述

在分析220kV母線電壓及各支路電流時(shí)均以指向母線為參考正方向。依據(jù)保護(hù)動(dòng)作時(shí)刻相關(guān)數(shù)據(jù)記錄繪制了220kV母線各支路電流向量關(guān)系圖及220kV母線電壓與主變1B三相電流向量關(guān)系圖，如圖2、圖3所示。

在保護(hù)動(dòng)作之前，220kV母線兩回出線跳閘并進(jìn)入非全相運(yùn)行狀態(tài)后各支路電流相量關(guān)系發(fā)生了變化，穩(wěn)定并維持至主變1B復(fù)壓方向過(guò)流保護(hù)動(dòng)作。由圖2可知，主變1B復(fù)壓方向過(guò)流保護(hù)動(dòng)作時(shí)，出線1E、2EC相無(wú)電流；主變1B的A、B兩相幅值基本相等而相差90°，其所產(chǎn)生的零序電流無(wú)法提供兩回出線全部所需，主變2B的C相經(jīng)主變1B的C相向主變1B提供剩余零序電流；主變1B的C相與主變2B的C相幅值相等、方向相反，主變1B的C相電流向主變方向反供。由圖3可知，220kV母線電壓各相間、各相電壓與各正常相電流之間向量關(guān)系維持大致不變。

2方向、過(guò)流分析

主變復(fù)壓方向過(guò)流保護(hù)的方向元件采用90°接線。復(fù)壓方向過(guò)流保護(hù)一般動(dòng)作條件如式（1）、（2）、（3）所示，三個(gè)條件為“與”關(guān)系。

PA（PB）（PC）>0（1）

IA（IB）（IC）＞Ig（2）

U2>U2g（或UCA注：PA、PB、PC為各相的90°接線功率。

根據(jù)事故發(fā)生時(shí)的數(shù)據(jù)記錄，IA、IB、PC、U2達(dá)到動(dòng)作值，并經(jīng)過(guò)整定時(shí)限保護(hù)動(dòng)作。由于全部出線在非全相運(yùn)行，因此220kV母線三相電壓非對(duì)稱運(yùn)行狀態(tài)必然產(chǎn)生非對(duì)稱分量，負(fù)序電壓達(dá)到動(dòng)作值沒有疑問。以下僅討論90°功率方向及過(guò)流。

2.190°接線功率方向倒向分析

主變1B方向元件靈敏角整定為30°并且方向指向主變，因此方向元件動(dòng)作區(qū)為：

－60°≤argUAB/IC.1B≤120°（4）

依據(jù)保護(hù)動(dòng)作時(shí)刻錄波裝置記錄的數(shù)據(jù)，主變1B的C相電流滯后220kV母線線電壓UAB約70°。由于參考正方向?yàn)橹赶?20kV母線，因此對(duì)于主變而言必須將電流反向，即指向主變時(shí)，主變1B的C相電流為超前220kV母線線電壓UAB約110°，即方向元件進(jìn)入動(dòng)作區(qū)，并由此而繪制出主變1B的C相方向元件相應(yīng)動(dòng)作區(qū)，如圖4所示。

2.2過(guò)流動(dòng)作分析

復(fù)壓方向過(guò)流保護(hù)的過(guò)流整定式為：

Ig=Krel/KreIe（5）

根據(jù)整定規(guī)則，Krel一般取1.2～1.3，Kre一般取0.95。根據(jù)事故時(shí)所記錄的動(dòng)作數(shù)據(jù)來(lái)看，在全部出線進(jìn)入非全相運(yùn)行狀態(tài)后，正常相電流一直呈上升趨勢(shì)，直到保護(hù)啟動(dòng)時(shí)，過(guò)流動(dòng)作值已超過(guò)整定值，并且繼續(xù)增長(zhǎng)至保護(hù)動(dòng)作。

2.3復(fù)壓方向過(guò)流保護(hù)實(shí)際動(dòng)作邏輯

由上述分析可知其動(dòng)作條件為：復(fù)合電壓條件，任一相過(guò)流，及任一相功率方向?yàn)檎?，保護(hù)即經(jīng)時(shí)限出口。據(jù)此，該保護(hù)動(dòng)作邏輯如圖5所示。

3邏輯組合合理性分析及解決方案

復(fù)壓方向過(guò)流保護(hù)整定為指向變壓器，因此其應(yīng)作為主變及其低壓側(cè)的后備保護(hù)，在出線非對(duì)稱運(yùn)行時(shí)或區(qū)外故障時(shí)，應(yīng)當(dāng)按照選擇性的要求可靠不動(dòng)；并且在故障類型為非相間故障時(shí)保證其可靠制動(dòng)。在該電廠220kV母線兩回出線非全相運(yùn)行時(shí)，盡管正常相電流在保護(hù)動(dòng)作時(shí)最大達(dá)到1.5Ie，確超過(guò)過(guò)流動(dòng)作整定值，但畢竟實(shí)際功率方向仍是流向220kV母線的，即故障在區(qū)外。非全相運(yùn)行狀態(tài)是由兩回出線故障造成的，其所產(chǎn)生的故障或非正常運(yùn)行狀態(tài)也應(yīng)當(dāng)先由線路保護(hù)裝置去反應(yīng)，從而防止擴(kuò)大事故。作為非全相運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的零序電流，雖然經(jīng)過(guò)主變1B的C相產(chǎn)生了部分指向主變的電流，在主變保護(hù)段也應(yīng)該由接地保護(hù)去反應(yīng)；而且對(duì)于相間后備保護(hù)也未達(dá)到過(guò)流動(dòng)作值。因此，目前保護(hù)動(dòng)作時(shí)的過(guò)流與方向元件邏輯的組合確不合理。由于90°接線方式是以各相電流與另外兩相相間電壓為功率接線，故在復(fù)合電壓滿足條件的前提下，應(yīng)當(dāng)某相功率方向指向主變，并且該相電流亦達(dá)到動(dòng)作值，三者同時(shí)達(dá)到動(dòng)作條件才是更為合理的邏輯組合。最后該電廠主變復(fù)壓方向過(guò)流保護(hù)邏輯亦如此更改。該邏輯如圖6所示。

4結(jié)語(yǔ)

復(fù)壓方向過(guò)流保護(hù)廣泛用做變壓器主保護(hù)（差動(dòng)保護(hù)）的后備保護(hù)，應(yīng)當(dāng)反應(yīng)區(qū)內(nèi)相間故障或者作為相鄰元件的后備。其依靠的電氣量（復(fù)合電壓、90°功率方向、過(guò)流）的組合，應(yīng)當(dāng)對(duì)區(qū)內(nèi)、區(qū)外故障或異常狀態(tài)做出選擇，同時(shí)對(duì)于故障