基于發電廠發電機變壓器差動保護改造的分析

摘 要：所謂差動保護，就是當電力系統中發生短路故障時，變壓器一側安裝的電流互感器就會產生故障電流，該電流與二次回路中的短路電流大小相同，但是相位不同。當該電流向量超過限定值時，斷路器保護裝置就會自動跳開，起到保護作用。對變壓器差動保護裝置進行改造，主要目的是避免差動保護誤動作，提升保護動作的精準性。文章對變壓器差動保護進行概述，分析了差動保護裝置改造的具體方法。

關鍵詞：發電廠發電機；變壓器差動保護；改造分析

前言

隨著社會經濟的發展，我國電力事業逐漸走向繁榮，發電廠的建設規模越來越大。電力系統運行過程中離不開變壓器的差動保護，一旦系統出現故障，保護裝置就會啟動，發出保護動作，避免系統被損壞。實際變壓器差動保護裝置在運行過程中經常出現誤動作或者是拒動作問題，其中誤動作問題居多，影響了電力系統的正常運行，因此有必要對差動保護裝置進行改造，提升其性能，滿足電力系統安全運行需要。

1 變壓器差動保護概述

變壓器在電力系統中的作用不言而喻，其能否正常運行直接決定電力系統的安全性和可靠性。為了提高變壓器性能，技術人員不斷對差動保護裝置進行改造，但是誤動作問題仍舊無法完全避免。變壓器差動保護有以下幾種：一是差動速斷保護，二是二次諧波制動保護，三是比率差動保護。線路正常運行時，差動電流幾乎為零，一旦線路出現電路故障，差動電流就會增大，斷路器就會斷開，發揮保護作用。

但是，從實際經驗上來看，我們會發現差動保護裝置經常會發出誤動作，影響電力系統正常運行，出現差動誤動作的原因有很多，而發電廠發電機變壓器差動保護誤動作問題的出現可以歸結如下：一般情況下，電流互感器分為兩種類型，一是P類，二是TP類，在穩態前提下，要求前者不飽和，無論是穩態還是暫態，后者都要求不飽和。如果電力系統中采用P類電流互感器，一旦保護區外部出現故障，故障區域在被切除的瞬間，就會產生間歇性短路問題，導致互感器差動電流在短時間內上升，產生保護誤動作。如何避免這一問題是技術人員必須要思考的問題[1]。

2 變壓器差動保護裝置改造分析

2.1 整體改造方案

改造實際上是在原有裝置上進行技術更新，因此，需要深入了解現有差動保護裝置現狀，例如，如果裝置本身是200MW機組，改造過程中不僅要考慮到電力行業對差動保護的要求以及改造后要達到的保護效果，同時還要考慮到本機組中特殊接口的需求。

首先，要熟悉差動保護裝置的技術性能以及廠家制定的技術標準，對設計圖紙進行審核，明確該裝置是否存在偏差或者有漏項問題，如果存在這些問題，需要與設計人員及時溝通；其次，認真計算保護定值，這是非常關鍵的一個環節，有相當一部分保護誤動作的產生就是由于保護定值設置不合理，一是要考慮到變壓器保護需求，二是要考慮到實際運行故障范圍是否能與保護定值的設置保持一致。計算過程中要聯系保護裝置中上下級的配合關系，避免出現越級跳閘問題。可以沿用以往的經驗結果，但是要經過試驗驗證[2]。

2.2 接口的設計

設計改造圖紙時，要將差動保護的原有圖紙作為重要依據，遵循原有的設計標準和規范，例如，在輸入交流電壓和電流時，盡量不改變原有的CT、PT編號，這樣如果改造后的裝置在使用時出現問題，比較容易找到根源所在，設計工作量也大大減小。要明確集成電路保護裝置與微型機差動保護裝置之間的區別，后者要求進入裝置的電流均采用Y型接法，就差動保護動作來說，其屬于邏輯上的差動。例如，互感器二次側流入裝置為in，流出裝置為out，但是主高變壓側互感器二次側均為out，整個差動保護的配置是由微機軟件決定的，可以根據實際情況對配置進行調整。同時要注意電氣與熱工保護接口的處理，對于集成電路來說，啟動熱控保護系統時，主要通過選擇出口壓板來實現，對于微型機保護裝置來說，主要通過跳閘矩陣來實現。熱控保護系統能否正常使用要根據實際故障類型來確定，為了保證發電廠所有設備安全使用，電氣系統與熱控系統應該配合使用[3]。

2.3 方案問題分析

如果差動保護裝置中選擇了TP類電流互感器，設置準確限值時，要對系統中的一次電流進行考慮，因為其中既存在周期性分量，也存在非周期性分量，誤差是根據峰值誤差確定的，要保證所有參數與大型發電機組相適應，這樣無論從理論角度還是技術角度，TP類互感器都能夠適應暫態工作的需求。但是，將差動保護完全更換掉，工程量非常浩大，且成本較高，安裝和調試也非常麻煩，為了解決這一問題，可調整互感器級別。如果電流互感器的級別為5P級，要在允許范圍內提升其額定二次負荷以及準確限制系數，目前市面上性能較好的產品為5P20級（-800），但是由于互感器型號不對應的原因，因此仍舊存在暫態飽和問題[4]。

2.4 方案優化分析

主變以及高廠變的差動保護裝置中，兩側的電流互感器特性存在差別，對其選擇時要求能夠滿足以下兩個條件：一是具備抗電流互感器飽和功能；二是差動保護時具備雙斜率特性，方案的具體優化如下：

首先，動作特性曲線在制定過程中，選擇變斜率比率，合理設計斜率值，保護區域內發生故障時，保護動作的靈敏度要能滿足實際需要。保護區域外發生故障時，避免裝置產生暫態不平衡電流。電流互感器飽和時，差動保護裝置有可能會產生保護誤動作，為了避免這一問題，在裝置中添加了電流波形監測系統，根據電流波形做出正確判斷。

其次，是要差動保護裝置對故障所在區域進行判斷，就是看故障究竟是在保護區域內還是在保護區域外，主要通過相電流、差電流工頻變化量來判斷。當CT正確傳變在5毫秒以上時，保護區域外的CT飽和裝置不發出保護動作，保護區域內的則正好相反，發出快速保護動作[5]。

再次，差動及制動電流的變化量可以在工頻變化量中反應出來，系統正常運行時，負荷電流并不會對其造成影響，也就是說，即使變壓器中出現了輕微故障，也能夠靈敏的檢測出來，同時，經過改造后的裝置制動系數比以往更大，因此具備較強的CT抗飽和能力。裝置改造完成以后，要按照流程開展調試工作，看其是否能夠達到理想的保護狀態，并根據調試結果制定電力系統安全保護措施，確保無誤以后再投入使用。

3 結束語

隨著電力事業的發展，發電廠的規模越來越大，社會生產以及人們生活對供電的安全性和可靠性提出了更高要求，對電壓器差動保護裝置進行改造、減少保護誤動作現象的產生已經成為一種必然趨勢。文章就對改造方案進行分析，旨在為變壓器差動保護改造提供理論參考。

參考文獻

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[2]劉希志.發電機變壓器組保護升級改造高廠變差動保護動作行為分析[A].全國發電機組技術協作會.全國火電200MW級機組技術協作會第24屆年會論文集[C].全國發電機組技術協作會，2006：7.

[3]梁福聲，石秀剛.鄒縣發電廠2號發電機——變壓器組差動保護誤動原因的分析[J].山東電力技術，1997，13（10）：74-76.

[4]李昌貴，周二保.發電機、變壓器保護全微機化技術改造與運行分析[J].中國電力，2003，13（15）：75-79.

[5]王大鵬，徐洪京.黃島發電廠變壓器差動保護誤動問題的分析[J].山東電力技術，2007，14（16）：21-24.