進線側斷路器重合對主變差動保護的影響

湖南省電力公司 湘潭電業局 朱 勝

進線側斷路器重合對主變差動保護的影響

湖南省電力公司 湘潭電業局 朱 勝

一、主變差動保護

差動保護主要用來保護雙繞組或三繞組變壓器繞組內部及其引出線上發生的各種相間短路故障，同時也可以用來保護變壓器單相匝間短路故障。其原理簡單、使用電氣量單純、保護范圍明確、動作不需延時，是防止變壓器內部故障的主保護。差動保護利用基爾霍夫電流定理工作。當變壓器正常工作或有區外故障時，將其看作理想變壓器，則流入變壓器的電流和流出電流（折算到二次側后的電流）相等，差動繼電器不動作。當變壓器有內部故障時，兩側（或三側）向故障點提供短路電流，差動保護感受到的二次電流的和正比于故障點電流，差動繼電器動作出口跳閘，切除故障。

一般在變壓器兩側各自安裝電流互感器，其二次繞組串聯成環路，差動繼電器并接在環路上，流入繼電器的電流等于變壓器兩側電流互感器的二次繞組電流之差。變壓器正常運行或差動保護的保護區外短路時，流入差動繼電器的不平衡電流小于繼電器的動作電流，保護不動作。當在保護區內短路時，流入差動繼電器的電流遠大于繼電器的動作電流，繼電器瞬時動作跳開斷路器，切除故障。

二、勵磁涌流與二次諧波制動

變壓器勵磁涌流是指當變壓器全電壓充電時，在其繞組中產生的暫態電流。變壓器投入前鐵芯中的剩余磁通與變壓器投入時工作電壓產生的磁通方向相同時，其總磁通量遠遠超過鐵芯的飽和磁通量，因此產生較大的涌流，其中最大峰值可達到變壓器額定電流的6～8倍，可以與短路電流相比擬。差動保護如果不采取措施來躲過勵磁涌流的話，就有可能誤動。防止涌流誤動，最主要的是如何識別涌流并利用涌流中的一些特性來構成差動保護的閉鎖條件，所以找到準確可靠的閉鎖判據是最關鍵的問題。

在實際運用中用得最多的是利用二次諧波作為制動判據。它是通過分析空載合閘時勵磁涌流的波形特征提煉出來的工程實用化判據，實用效果相當好。其實質是利用差動元件差電流中的二次諧波分量作為制動量，區分出差流是故障電流還是勵磁涌流，實現躲過勵磁涌流。二次諧波制動比越大，與基波電流相比，單位二次諧波電流產生的作用相對越小；而二次諧波制動比越小，單位二次諧波電流產生的制動作用相對越大。在對具有二次諧波制動的差動保護進行定值整定時，二次諧波制動比整定值越大，則躲過勵磁涌流的能力越弱；反之，二次諧波制動比整定值越小，保護躲勵磁涌流的能力越強。

三、自動重合閘

自動重合閘是廣泛應用于架空線輸電和架空線供電線路上的有效反事故措施（電纜輸、供電不能采用），是將因故障跳開后的斷路器按需要自動投入的一種自動裝置。即當線路出現故障，繼電保護使斷路器跳閘后，自動重合閘裝置經短時間間隔后使斷路器重新合上。電力系統運行經驗表明，架空線路絕大多數的故障都是瞬時性的，永久性的故障一般不到10%。因此，在由繼電保護動作切除短路故障后，電弧將自動熄滅，絕大多數情況下短路處的絕緣可以自動恢復。大多數情況下線路故障（如雷擊、風害等）是暫時性的，斷路器跳閘后線路的絕緣性能（絕緣子和空氣間隙）能得到恢復，再次重合能送電成功，這就提高了電力系統供電的可靠性。少數情況屬永久性故障，自動重合閘裝置動作后靠繼電保護動作再跳開，應查明原因，予以排除再送電。

一般情況下，線路故障跳閘后重合閘越快，效果越好。重合閘允許的最短間隔時間為0.15～0.5 s。線路額定電壓越高，絕緣去電離時間越長。自動重合閘的成功率依線路結構、電壓等級、氣象條件、主要故障類型等變化而定，據統計一般可達60%～90%。自動將斷路器重合，不僅提高了供電的安全性和可靠性，減少了停電損失，而且還提高了電力系統的暫態水平，增大了高壓線路的送電容量，也可糾正由于斷路器或繼電保護裝置造成的誤跳閘，所以，架空線路一般都采用了自動重合閘。

四、變電站進線側斷路器重合對主變差動保護的影響

一般來說，如果變電站進線側線路保護動作于跳閘后重合成功，則相當于主變經受了一次從失電到復電的過程。這個過程一般為線路保護動作時間加重合閘時間。對110 kV線路而言，最長保護動作時間一般為1.5 s，重合時間一般為3 s，兩者相加則為4.5 s。

進線側線路重合成功，則實際相當于主變有載合閘。在主變有載合閘的情況下，合閘側電流不再等同空載合閘時的情況，而是涌流和負荷側負荷電流的疊加，其二次諧波含量小，達不到制動值。當主變有載合閘時，變壓器合閘側和負荷側在暫態期間非周期分量電流的比例不同，合閘側電流含有成分高得多的衰減直流分量，合閘側TA的工作磁鏈抬高到飽和區附近，受TA動態磁化特性影響。當非周期分量充分衰減后TA處于局部暫態飽和狀態，相當部分的周期分量電流將從TA 的勵磁支路流過，而主變負荷側開關TA的一次電流非周期分量較低，TA 基本能線性傳變。則兩側TA 二次電流形成波形比較規整的虛假差流，使得差動保護差流超過動作值，而此時由于二次諧波成分較低，不足以達到制動值，導致差動保護動作。

五、解決方案

根據以上分析，可從以下幾個方面著手，避免主變有載合閘時差動保護誤動。

1. 分析主變有載合閘時的電磁過程，根據其電磁情況，在保證保護可靠性的原則下，對差動保護程序中算法進行優化，確保在線路重合閘導致主變有載合閘時差動保護不會誤動。

2. 對諧波制動系數而言，保護廠家給定的定值整定范圍一般為0.15～0.20。定值整定時，在保證靈敏度的情況下，盡可能取低值0.15。以保證主變帶負荷重合時，主變三相差動電流中的二次諧波分量能達到二次諧波制動系數的要求，有效地閉鎖差動保護。

3. 比率差動保護最小動作電流一般取變壓器高壓側額定電流的0.3～0.5倍，在經過校核滿足靈敏度要求的情況下，可適當抬高差動電流動作門檻，提高差動保護最小動作電流值，以達到避免差動保護在有載合閘時誤動。

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