發(fā)電機(jī)變壓器組單元接線(xiàn)差動(dòng)保護(hù)電流回路接線(xiàn)分析

葉偉

摘要：文章根據(jù)筆者多年從事電氣專(zhuān)業(yè)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)發(fā)電機(jī)變壓器組帶廠(chǎng)用分支接線(xiàn)差動(dòng)保護(hù)電流回路接線(xiàn)進(jìn)行分析，提出了這種單元式接線(xiàn)差動(dòng)保護(hù)電流回路的正確接線(xiàn)，可防止因接線(xiàn)有誤使差動(dòng)繼電器不平衡電壓過(guò)大而無(wú)法投入。

關(guān)鍵詞：發(fā)電機(jī)；變壓器；單元式接線(xiàn)；差動(dòng)保護(hù)；電流回路接線(xiàn) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

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

發(fā)電機(jī)變壓器組單元接線(xiàn)是目前普遍采用的一種接線(xiàn)方式。一般采用差動(dòng)保護(hù)作為發(fā)電機(jī)定子繞組相間短路和主變壓器內(nèi)部、套管及引出線(xiàn)短路故障的主保護(hù)。因?yàn)槔@組相間短路是發(fā)電機(jī)變壓器內(nèi)部最嚴(yán)重的故障，故對(duì)差動(dòng)保護(hù)的要求非常高。差動(dòng)保護(hù)原理是比較被保護(hù)設(shè)備的兩端安裝有不同型號(hào)、不同變比和不同電壓等級(jí)的電流互感器，并用電纜將它們的二次繞組連接起來(lái)，其連接方式在被保護(hù)設(shè)備正常運(yùn)行或外部短路時(shí)，應(yīng)使繼電器中的電流等于流向故障點(diǎn)的短路電流。差動(dòng)保護(hù)通常采用環(huán)流法接線(xiàn)，這種接線(xiàn)在正常運(yùn)行或外部短路時(shí)，電流互感器的二次電流環(huán)流于二次輔助導(dǎo)線(xiàn)中，流入差動(dòng)繼電器的電流等于兩個(gè)電流互感器二次電流的向量差。

1 差動(dòng)保護(hù)電流回路接線(xiàn)

差動(dòng)保護(hù)電流回路是否正確接線(xiàn)是關(guān)系到差動(dòng)保護(hù)能否投入的關(guān)鍵。有些差動(dòng)保護(hù)由于電流回路接線(xiàn)不正確，使保護(hù)無(wú)法投入，甚至造成保護(hù)誤動(dòng)。據(jù)有關(guān)資料記載，我國(guó)某一年變壓器差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作情況，見(jiàn)表1：

從表1看出，作為變壓器的主保護(hù)，有1/3以上是誤動(dòng)作。可見(jiàn)選擇正確的電流回路接線(xiàn)，是差動(dòng)保護(hù)正確動(dòng)作的必要條件。如九江三期發(fā)電廠(chǎng)2×350MW機(jī)組的發(fā)電機(jī)變壓器組的一次接線(xiàn)，就是典型的單元接線(xiàn)，主變?yōu)殡p繞組變壓器，發(fā)電機(jī)型號(hào)QFSN-350-2，為日立公司制造，發(fā)變組保護(hù)系引進(jìn)美國(guó)GE公司成套設(shè)備，其特點(diǎn)是設(shè)備可靠、抗干擾性能好、動(dòng)作速度快。保護(hù)裝置大多選用感應(yīng)型、整流型繼電器及部分靜態(tài)型繼電器。保護(hù)裝置配置考慮主保護(hù)雙重化，出口及電源部分相互獨(dú)立、互不干擾。保護(hù)配置有三相發(fā)電機(jī)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)和發(fā)電機(jī)變壓器組差動(dòng)保護(hù)，采用差動(dòng)原理動(dòng)作，并帶有二次諧波制動(dòng)及穿越性比例制動(dòng)，以防止在正常負(fù)荷下或區(qū)外故障時(shí)發(fā)生誤動(dòng)。發(fā)電機(jī)變壓器組一次接線(xiàn)見(jiàn)圖1所示：

在差動(dòng)保護(hù)安裝調(diào)試過(guò)程中，經(jīng)仔細(xì)分析研究，根據(jù)被保護(hù)設(shè)備的接線(xiàn)形式和組別，可找出能滿(mǎn)足此種接線(xiàn)形式的電流互感器二次回路接線(xiàn)方式至少有兩種，經(jīng)向量圖分析，都能滿(mǎn)足差動(dòng)保護(hù)的基本要求。

2 差動(dòng)保護(hù)電流回路接線(xiàn)需注意的問(wèn)題

通過(guò)對(duì)九江三期發(fā)電廠(chǎng)發(fā)電機(jī)變壓器組差動(dòng)保護(hù)電流回路接線(xiàn)方式的分析，明確了同一套差動(dòng)保護(hù)可能有不同的接線(xiàn)方式，只有通過(guò)向量圖對(duì)每一種接線(xiàn)方式進(jìn)行分析判斷，找出正確的接線(xiàn)方式進(jìn)行接成后，該差動(dòng)保護(hù)才能可靠地投入。所以為了提高差動(dòng)保護(hù)正確動(dòng)作率，除改善裝置的元器件質(zhì)量和靜態(tài)繼電器的抗干擾能力外，在安裝調(diào)試和運(yùn)行工作應(yīng)注意以下問(wèn)題：

2.1 電流互感器的極性問(wèn)題

差動(dòng)保護(hù)是基于比較被保護(hù)設(shè)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(dòng)保護(hù)將在負(fù)荷狀態(tài)和外部短路時(shí)發(fā)生誤動(dòng)作。調(diào)試經(jīng)驗(yàn)表明，互感器電流端子極性接錯(cuò)是差動(dòng)保護(hù)產(chǎn)生誤動(dòng)的原因之一。因此我們必須確認(rèn)電流互感器的極性，在做電流互感器極性的同時(shí)，注意電流互感器一次側(cè)P1的朝向，并在試驗(yàn)記錄本上標(biāo)注，一般情況下電流互感器一次側(cè)P1與二次側(cè)S1同極性，在主變高壓側(cè)、發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)側(cè)、發(fā)電機(jī)出口側(cè)、高廠(chǎng)變側(cè)等各側(cè)的電流互感器極性確定后，在電氣主接線(xiàn)圖中標(biāo)注電流互感器一次側(cè)P1朝向，根據(jù)差動(dòng)保護(hù)元件判據(jù)繪制二次接線(xiàn)圖，確定二次出線(xiàn)端，例如在九江三期發(fā)電廠(chǎng)發(fā)變組保護(hù)元件中，發(fā)電機(jī)比率制動(dòng)是差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作方程為：

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

式中：IN為中性點(diǎn)電流；IT為機(jī)端側(cè)電流；K為比例制動(dòng)系數(shù)。電流正方向假定為：從機(jī)端流出，由中性點(diǎn)流入發(fā)電機(jī)的電流方向?yàn)檎较颍粗行渣c(diǎn)電流IN與機(jī)端側(cè)電流IT的矢量差為差動(dòng)保護(hù)元件動(dòng)作判據(jù)，我們要注意發(fā)電機(jī)差動(dòng)回路的接法，與發(fā)電機(jī)變壓器組差動(dòng)保護(hù)的CT二次回路接法不同，發(fā)變組比率制動(dòng)式差動(dòng)保護(hù)動(dòng)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(fā)變組差動(dòng)保護(hù)元件動(dòng)作判據(jù)為三側(cè)電流的矢量和，我們要注意這個(gè)問(wèn)題，即通過(guò)差動(dòng)保護(hù)元件判據(jù)來(lái)確定差動(dòng)回路電流的出線(xiàn)端，可按照環(huán)流法接線(xiàn)；CT二次回路需校線(xiàn)后套上電纜膠頭再接入電流端子，不然無(wú)法正確接入回路，因?yàn)镃T二次回路可通過(guò)CT二次繞組及差動(dòng)保護(hù)繼電器的線(xiàn)圈相互連通，校線(xiàn)時(shí)通燈會(huì)串亮，只能單獨(dú)將線(xiàn)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(hù)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(cè)開(kāi)路現(xiàn)象。在新的安裝，這兩回路測(cè)試或差動(dòng)保護(hù)在正式運(yùn)行時(shí)檢修，必須在負(fù)載條件下具有高電阻的電壓表測(cè)量電壓不平衡差分電路，其值應(yīng)滿(mǎn)足繼電保護(hù)測(cè)試程序的要求；測(cè)量各側(cè)的電流大小和相位兩次。制作六個(gè)角度矢量圖，檢查同一個(gè)相電流向量的每一方，如果零或接近零，則意味著布線(xiàn)是完全正確的，然后差動(dòng)保護(hù)可以投入運(yùn)行。

2.2 二次電流端子連接要牢固

由于比率制動(dòng)式差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作電流較小，任一側(cè)互感器二次端子開(kāi)路，都會(huì)引起保護(hù)誤動(dòng)跳閘，還可能在繞組兩端產(chǎn)生高電壓（甚至高達(dá)上千伏），不僅會(huì)損壞絕緣的兩個(gè)繞組，而且會(huì)嚴(yán)重危害人身安全。再者，由于磁感應(yīng)強(qiáng)度劇增，使鐵芯損耗增大，嚴(yán)重發(fā)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(yàn)或?qū)Χ位芈酚懈膭?dòng)時(shí)，在差動(dòng)保護(hù)正式投運(yùn)前，必須檢查每個(gè)電流端子，中間連接片必須連好，擰緊每個(gè)螺絲，并用手拉一下電流回路電纜線(xiàn)芯，確認(rèn)是否壓緊，此項(xiàng)工作雖然簡(jiǎn)單，但必須認(rèn)真仔細(xì)，切不可因小失大，不然后果不堪設(shè)想。

2.3 空載合閘試驗(yàn)

對(duì)于發(fā)電機(jī)變壓器組單元接線(xiàn)系統(tǒng)，當(dāng)有變壓器單獨(dú)運(yùn)行的方式存在時(shí)，為確保在變壓器空載合閘或切除外部出線(xiàn)短路時(shí)，差動(dòng)保護(hù)在勵(lì)磁涌流作用下不誤動(dòng)。差動(dòng)保護(hù)在第一次運(yùn)行時(shí)必須確認(rèn)變壓器沖擊試驗(yàn)，避免更多涌流對(duì)變壓器差動(dòng)保護(hù)，只有通過(guò)勵(lì)磁變壓器的電流，通過(guò)電流互感器的平衡不能響應(yīng)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(guò)額定電流的2%～10%，但在去除變壓器空載時(shí)的輸入和故障后的外接電壓時(shí)，它可能具有很大的浪涌電流值。主要由于在穩(wěn)定的工作情況下，鐵心的磁通應(yīng)滯后于外加電壓90°，倘若空載合閘時(shí)，正好在電壓瞬時(shí)值u=0時(shí)接通電路，則鐵心中應(yīng)該具有磁通-φm。但是由于鐵心中磁通不能突變，否則將出現(xiàn)一個(gè)非周期分量的磁通，其輻值為+φm。這樣在經(jīng)過(guò)半個(gè)周期以后，鐵心中的磁通就達(dá)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(shí)變壓器的鐵芯嚴(yán)重飽和，勵(lì)磁電流會(huì)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(lì)磁涌流的大小和衰減時(shí)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(guān)。例如，只是在瞬時(shí)電壓值為最大值時(shí)關(guān)閉，不會(huì)出現(xiàn)在浪涌電流，只有在正常的勵(lì)磁電流。對(duì)于三相變壓器，在任何時(shí)刻的關(guān)閉至少會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)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(dòng)保護(hù)二次電流回路只允許一點(diǎn)接地，此接地點(diǎn)須在控制室的保護(hù)屏。切勿在差動(dòng)保護(hù)的每組互感器二次回路都設(shè)置接地點(diǎn)，否則當(dāng)出現(xiàn)外部接地故障時(shí)，由接地網(wǎng)電位差產(chǎn)生的循環(huán)電流，會(huì)引起差動(dòng)保護(hù)誤

動(dòng)作。

2.5 電流互感器的二次負(fù)載問(wèn)題

電流互感器的精度跟二次負(fù)載阻抗有著重要關(guān)聯(lián)，在電流恒定時(shí)，如果二次阻抗越大，那么二次電壓越高，互感器飽和越嚴(yán)重。在這種情況下，電流的很大一部分將被用來(lái)提供激勵(lì)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(jì)算，制造廠(chǎng)對(duì)每種電流互感器提供了在m10下允許的二次負(fù)載阻抗值Zen（見(jiàn)圖3），曲線(xiàn)m10=f（Zen）就可很方便地得出允許的負(fù)載阻抗。如果它大于或等于實(shí)際的負(fù)載阻抗，錯(cuò)誤將滿(mǎn)足要求，否則它應(yīng)該嘗試減少實(shí)際的負(fù)載阻抗，直到它符合要求。當(dāng)電流互感器10%誤差不滿(mǎn)足要求時(shí)，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(fù)載；（3）增大二次電纜截面；（4）提高電流互感器的變比。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)發(fā)電機(jī)變壓器組單元接線(xiàn)差動(dòng)保護(hù)電流回路接線(xiàn)進(jìn)行分析探討，本文提出了這種單元式接線(xiàn)差動(dòng)保護(hù)電流回路的正確接線(xiàn)，在諸多電廠(chǎng)項(xiàng)目的發(fā)電機(jī)變壓器組調(diào)試過(guò)程中總結(jié)出此經(jīng)驗(yàn)，而且在實(shí)踐中得到了驗(yàn)證，取得了令人滿(mǎn)意的效果。

（責(zé)任編輯：蔣建華）