動力變比率差動保護動作跳閘原因淺析

摘要：差動保護是鋁廠動力變壓器的主保護，保護異常動作將使鋁廠各個區域缺失動力電源，造成全廠失電，影響面極大。變壓器差動保護動作時，我們需要注意到影響保護裝置動作的各種因素，在保護設計、電流互感器的選用、保護整定等方面都要進行分析。本文結合工作中出現的差動保護異常動作情況，全面分析了變壓器比率差動保護動作的原因及其防范措施，為變壓器保護裝置運行和保護整定提供了實際經驗。

關鍵詞：變壓器 比率差動 動作原因 處理方法

0 引言

某鋁廠#2動力變采用的是西安西變中特電氣有限責任公司制造的有載調壓電力變壓器，型號：SFPZ—40000/

220，接線組標號YNd11。變壓器設有二套差動保護裝置，第一套保護選用深圳中電PMC-687A，第二套保護選用深圳中電SEL-587，變壓器于2009年8月份投運后運行無異常。2011年8月5日，設備預防性試驗后投運時第一套保護裝置PMC-687A比率差動保護動作出口，第二套保護裝置SEL-587動作告警。下面具體介紹動力變比率差動保護PMC-687A比率差動動作原因及處理方法。

1 差動保護裝置PMC-687A原理概述

比率制動差動保護的動作電流是隨著制動電流按比率增大，這樣既能保證外部短路不誤動，又能保證內部短路有較高的靈敏度。比率制動差動保護特性采用三段式折線：

圖中：Iop.min為比率差動起動定值，Iop.up為差動速斷動作定值，折線k1固定過原點，折線k2的拐點固定為5。比率差動保護按相判別，任意一相滿足條件時保護動作，單相比率差動元件邏輯圖如下：

■

單相比率制動差動元件邏輯

說明：Iop.min：比率差動起動定值

Iop：差動電流 Ires：制動電流

k1：制動斜率1 k2：制動斜率2

裝置通過電流信號中的二次和五次諧波分量來區分由內部故障和由勵磁涌流以及過勵磁引起的差動電流。變壓器帶負載運行后，自動將二次諧波制動比降低0.05，以增強抗勵磁涌流及和應涌流的能力。二次諧波制動可選擇按相閉鎖或交叉閉鎖（按相閉鎖：只閉鎖本相的比率差動元件，交叉閉鎖：三相比率差動元件均閉鎖），五次諧波制動將閉鎖三相比率差動元件。二次諧波制動元件與五次諧波制動元件邏輯如下圖：

說明：

Ioph2：差流中二次諧波分量 kh2：二次諧波制動比

Ioph5：差流中五次諧波分量 kh5：五次諧波制動比

2 變壓器比率差動保護動作經過

電氣檢修人員對變壓器進行春季預防性試驗，按照規程要求對變壓器、避雷器進行高壓試驗，對二次回路、保護裝置及整定值進行校核、檢驗。檢修工作結束后，變壓器需要投入運行，運行值班員根據電力調度要求給變壓器送電，當合上主變高壓側220KV開關時，差動保護動作，跳開220KV 開關，后臺機顯示比率差動保護動作。（后查

詢保護動作電流值為：IopA=0.62A IopB=0.95A IopC=

1.44A）初步判斷為勵磁涌流所致，由于此前變壓器一直正常運行，從未出現過此類情況，針對保護動作情況對現場進行全面檢查分析，認為有以下幾種原因可能會引起差動保護動作：①差動保護范圍內的一次設備發生異常；②差動保護裝置誤動；③電流回路誤接線。檢修人員根據分析結果進行逐一檢查：①對差動保護范圍內的一次設備進行全面的檢查未發現異常，相關試驗項目合格；②用繼電保護測試儀對差動保護裝置進行全面的校驗，并帶斷路器傳動試驗，保護裝置正確動作；③檢查差動保護CT二次接線、極性正確。以上檢查項目均未發現異常。確認一次設備無異?，F象。在征求總工程師意見后，運行調度讓操作人員再次投運變壓器，比率差動差動保護再次動作，（后查詢保護動作值為：IopA=0.69A IopB=0.89A IopC=0.84A）。供電部門馬上組織繼電保護技術人員對保護系統進行認真分析，判斷動作原因。

3 保護動作原因分析及處理

差動電流與制動電流的計算都是在電流幅值調整和相位校正的基礎上進行，在進行電流幅值調整以及相位校正后，PMC-687A采用如下公式計算差動電流與制動電流：

差動電流：Iop=■H+■L

制動電流：Irds=■■H■L

現場保護裝置PMC-687A保護整定值：

比率差動： 起動值：0.4 斜率1：0.4 斜率2：0.6

二次制動：投入 交叉閉鎖：退出 二次制動比：0.15

經計算：第一次變壓器沖擊送電，保護動作時動作電流值：A=0.62A B=0.95A C=1.44A此時差動電流ICD.A=0.62A IZD.A=0.31A；ICD.B=0.95A IZD.B=0.48A；ICD.C=1.44A IZD.C=0.72A?？梢钥闯鯝、B、C相差流都很大，但B、C相諧波含量大于15%，“按相閉鎖”邏輯成功閉鎖保護未出口；而A相諧波不足15%。固而“按相閉鎖”邏輯不能啟動，所以保護A相差動保護出口跳閘正確。

第二次保護動作時動作電流值：A=0.69A B=0.89 A C=0.84A此時差動電流ICD.A=0.69A IZD.A=0.34A；ICD.B=

0.89A IZD.B=0.44A；ICD.C=0.84A IZD.C=0.42A。分析結果，原因同上。

故障錄波裝置調出保護動作時的電流波形，如圖：

■

故障電流的波形為典型的變壓器勵磁涌流波形。

分析比率差動保護動作的原因：變壓器在合閘沖擊瞬間產生較大的勵磁涌流，差動電流大于整定值，而此時二次諧波制動應能閉鎖變壓器在啟動過程中，由于二次諧波引起的差流增大保護誤出口的情況。很明顯在上面的定值中二次諧波制動項：“按相閉鎖”邏輯沒有能起到閉鎖其它相差動，導致諧波含量較少相差動保護誤出口，應該修改定值中二次諧波制動項為：“交叉閉鎖”。經過討論并報請總工程師批準，將二次諧波制動原“按相閉鎖”改為“交叉閉鎖”（按相閉鎖：只閉鎖本相的比率差動元件，交叉閉鎖：三相比率差動元件均閉鎖）。改正后保護運行正常，試送變壓器再沒有出現誤動現象。

4 結論

變壓器勵磁涌流中的諧波含量很大，沖擊電流的初相角、保護接線、斷路器三相不同期、變壓器性能都是造成勵磁涌流中二次諧波含量增大的原因。在處理此類故障時，首先要對相關一次設備全面排查，確認一次設備無問題，其次要根據故障錄波數據對故障現象進行分析，考慮在沖擊變壓器時，出現因激磁諧波量過大而未能正確閉鎖，從而使差動保護誤動作的情況發生。繼電保護人員要根據保護裝置的動作原理和設定原則正確設定保護定值，防止差動保護誤動。

參考文獻：

[1]郭權利.《微機型比率差動制動式變壓器保護原理及測試方

法》.沈陽工學院，2005.

[2]《發電廠、變電站二次系統及繼電保護測試技術》.北京：中國電力出版社，2006.

[3]《PMC-687A電流差動保護裝置操作使用說明書》.深圳市中電電力技術有限公司，2007.

作者簡介：李朋輝（1973-），男，河南鞏義人，職位：電氣專業工程師，職稱：助理工程師，研究方向：電氣控制，繼電保護。