發電機變壓器組單元接線差動保護電流回路接線分析

葉偉

摘要：文章根據筆者多年從事電氣專業現場調試的實踐經驗，針對發電機變壓器組帶廠用分支接線差動保護電流回路接線進行分析，提出了這種單元式接線差動保護電流回路的正確接線，可防止因接線有誤使差動繼電器不平衡電壓過大而無法投入。

關鍵詞：發電機；變壓器；單元式接線；差動保護；電流回路接線 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM77 文章編號：1009-2374（2016）34-0083-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.34.041

發電機變壓器組單元接線是目前普遍采用的一種接線方式。一般采用差動保護作為發電機定子繞組相間短路和主變壓器內部、套管及引出線短路故障的主保護。因為繞組相間短路是發電機變壓器內部最嚴重的故障，故對差動保護的要求非常高。差動保護原理是比較被保護設備的兩端安裝有不同型號、不同變比和不同電壓等級的電流互感器，并用電纜將它們的二次繞組連接起來，其連接方式在被保護設備正常運行或外部短路時，應使繼電器中的電流等于流向故障點的短路電流。差動保護通常采用環流法接線，這種接線在正常運行或外部短路時，電流互感器的二次電流環流于二次輔助導線中，流入差動繼電器的電流等于兩個電流互感器二次電流的向量差。

1 差動保護電流回路接線

差動保護電流回路是否正確接線是關系到差動保護能否投入的關鍵。有些差動保護由于電流回路接線不正確，使保護無法投入，甚至造成保護誤動。據有關資料記載，我國某一年變壓器差動保護動作情況，見表1：

從表1看出，作為變壓器的主保護，有1/3以上是誤動作。可見選擇正確的電流回路接線，是差動保護正確動作的必要條件。如九江三期發電廠2×350MW機組的發電機變壓器組的一次接線，就是典型的單元接線，主變為雙繞組變壓器，發電機型號QFSN-350-2，為日立公司制造，發變組保護系引進美國GE公司成套設備，其特點是設備可靠、抗干擾性能好、動作速度快。保護裝置大多選用感應型、整流型繼電器及部分靜態型繼電器。保護裝置配置考慮主保護雙重化，出口及電源部分相互獨立、互不干擾。保護配置有三相發電機縱聯差動保護和發電機變壓器組差動保護，采用差動原理動作，并帶有二次諧波制動及穿越性比例制動，以防止在正常負荷下或區外故障時發生誤動。發電機變壓器組一次接線見圖1所示：

在差動保護安裝調試過程中，經仔細分析研究，根據被保護設備的接線形式和組別，可找出能滿足此種接線形式的電流互感器二次回路接線方式至少有兩種，經向量圖分析，都能滿足差動保護的基本要求。

2 差動保護電流回路接線需注意的問題

通過對九江三期發電廠發電機變壓器組差動保護電流回路接線方式的分析，明確了同一套差動保護可能有不同的接線方式，只有通過向量圖對每一種接線方式進行分析判斷，找出正確的接線方式進行接成后，該差動保護才能可靠地投入。所以為了提高差動保護正確動作率，除改善裝置的元器件質量和靜態繼電器的抗干擾能力外，在安裝調試和運行工作應注意以下問題：

2.1 電流互感器的極性問題

差動保護是基于比較被保護設備始末端電流的大小和相位的裝置，如果把電流端子的極性接反了，差動保護將在負荷狀態和外部短路時發生誤動作。調試經驗表明，互感器電流端子極性接錯是差動保護產生誤動的原因之一。因此我們必須確認電流互感器的極性，在做電流互感器極性的同時，注意電流互感器一次側P1的朝向，并在試驗記錄本上標注，一般情況下電流互感器一次側P1與二次側S1同極性，在主變高壓側、發電機中性點側、發電機出口側、高廠變側等各側的電流互感器極性確定后，在電氣主接線圖中標注電流互感器一次側P1朝向，根據差動保護元件判據繪制二次接線圖，確定二次出線端，例如在九江三期發電廠發變組保護元件中，發電機比率制動是差動保護動作方程為：

|IT-IN|>K|IT+IN|/2

式中：IN為中性點電流；IT為機端側電流；K為比例制動系數。電流正方向假定為：從機端流出，由中性點流入發電機的電流方向為正方向，即中性點電流IN與機端側電流IT的矢量差為差動保護元件動作判據，我們要注意發電機差動回路的接法，與發電機變壓器組差動保護的CT二次回路接法不同，發變組比率制動式差動保護動作方程為：

|I1+I2+I3|>Kmax{|I1|、|I2|、|I3|}

其中各電流的正方向假定為流入變壓器的為正，而發變組差動保護元件動作判據為三側電流的矢量和，我們要注意這個問題，即通過差動保護元件判據來確定差動回路電流的出線端，可按照環流法接線；CT二次回路需校線后套上電纜膠頭再接入電流端子，不然無法正確接入回路，因為CT二次回路可通過CT二次繞組及差動保護繼電器的線圈相互連通，校線時通燈會串亮，只能單獨將線芯校出后接入回路； CT二次回路完善后必須二次升流檢查，可在繼電器室保護裝置檢查二次電流，以確定電流回路的完整性，是否存在電流回路二次側開路現象。在新的安裝，這兩回路測試或差動保護在正式運行時檢修，必須在負載條件下具有高電阻的電壓表測量電壓不平衡差分電路，其值應滿足繼電保護測試程序的要求；測量各側的電流大小和相位兩次。制作六個角度矢量圖，檢查同一個相電流向量的每一方，如果零或接近零，則意味著布線是完全正確的，然后差動保護可以投入運行。

2.2 二次電流端子連接要牢固

由于比率制動式差動保護的動作電流較小，任一側互感器二次端子開路，都會引起保護誤動跳閘，還可能在繞組兩端產生高電壓（甚至高達上千伏），不僅會損壞絕緣的兩個繞組，而且會嚴重危害人身安全。再者，由于磁感應強度劇增，使鐵芯損耗增大，嚴重發熱，甚至燒壞電流互感器的絕緣，因此，二次電流端子一定要擰緊。在新安裝、大修試驗或對二次回路有改動時，在差動保護正式投運前，必須檢查每個電流端子，中間連接片必須連好，擰緊每個螺絲，并用手拉一下電流回路電纜線芯，確認是否壓緊，此項工作雖然簡單，但必須認真仔細，切不可因小失大，不然后果不堪設想。

2.3 空載合閘試驗

對于發電機變壓器組單元接線系統，當有變壓器單獨運行的方式存在時，為確保在變壓器空載合閘或切除外部出線短路時，差動保護在勵磁涌流作用下不誤動。差動保護在第一次運行時必須確認變壓器沖擊試驗，避免更多涌流對變壓器差動保護，只有通過勵磁變壓器的電流，通過電流互感器的平衡不能響應微分電路，在正常工作條件下電流是非常小的。一般不許超過額定電流的2%～10%，但在去除變壓器空載時的輸入和故障后的外接電壓時，它可能具有很大的浪涌電流值。主要由于在穩定的工作情況下，鐵心的磁通應滯后于外加電壓90°，倘若空載合閘時，正好在電壓瞬時值u=0時接通電路，則鐵心中應該具有磁通-φm。但是由于鐵心中磁通不能突變，否則將出現一個非周期分量的磁通，其輻值為+φm。這樣在經過半個周期以后，鐵心中的磁通就達到2φm。如果鐵心中還有剩余磁通φs，則總磁通將為2φm+φs，如圖2所示，此時變壓器的鐵芯嚴重飽和，勵磁電流會急劇增加。該值為額定電流的6～8倍，并含有大量的非周期分量和高次諧波分量。勵磁涌流的大小和衰減時間與外加電壓的相位在鐵心剩磁的大小和方向、電力電容器的大小、回路阻抗和變壓器的容量和核心屬性相關。例如，只是在瞬時電壓值為最大值時關閉，不會出現在浪涌電流，只有在正常的勵磁電流。對于三相變壓器，在任何時刻的關閉至少會出現兩個不同程度的浪涌電流。

2.4 電流互感器二次回路的接地

差動保護二次電流回路只允許一點接地，此接地點須在控制室的保護屏。切勿在差動保護的每組互感器二次回路都設置接地點，否則當出現外部接地故障時，由接地網電位差產生的循環電流，會引起差動保護誤

動作。

2.5 電流互感器的二次負載問題

電流互感器的精度跟二次負載阻抗有著重要關聯，在電流恒定時，如果二次阻抗越大，那么二次電壓越高，互感器飽和越嚴重。在這種情況下，電流的很大一部分將被用來提供激勵電流，使電流互感器的誤差大大增加，其精度將降低。為了便于計算，制造廠對每種電流互感器提供了在m10下允許的二次負載阻抗值Zen（見圖3），曲線m10=f（Zen）就可很方便地得出允許的負載阻抗。如果它大于或等于實際的負載阻抗，錯誤將滿足要求，否則它應該嘗試減少實際的負載阻抗，直到它符合要求。當電流互感器10%誤差不滿足要求時，可采取以下措施：（1）采用伏安特性好的二次繞組；（2）串接備用電流互感器加大允許負載；（3）增大二次電纜截面；（4）提高電流互感器的變比。

3 結語

通過對發電機變壓器組單元接線差動保護電流回路接線進行分析探討，本文提出了這種單元式接線差動保護電流回路的正確接線，在諸多電廠項目的發電機變壓器組調試過程中總結出此經驗，而且在實踐中得到了驗證，取得了令人滿意的效果。

（責任編輯：蔣建華）