淺談V/V接線變壓器差動保護

高飛

摘 要：隨著我國電氣化鐵路的高速發(fā)展，牽引變電所采用的牽引變壓器接線方式也在不斷優(yōu)化，同時對繼電保護的可靠性、選擇性、速動性和靈敏性提出了更高的要求。本文就目前鐵路牽引變電所直供方式普遍采用的V/V接線變壓器保護原理、接線方式、整定原則進行介紹，并針對神朔鐵路管內(nèi)某牽引變電所差動保護存在的問題進行分析，并提出解決方案。

關(guān)鍵詞：牽引變電所；V/V接線變壓器；差動保護；保護接線；整定原則

中圖分類號：TM42 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）20-0144-02

隨著我國電氣化鐵路的飛速發(fā)展，牽引變壓器也從原業(yè)的Y/△-11接線方式優(yōu)化為以V/V接線和SCOTT接線為代表的接線方式。尤其是V/V接變壓器以利用率高而在直供和BT供電方式中被廣泛應(yīng)用。它的特點是由兩臺單相變壓器共軛組合在一起，組成三相變壓器。這種變壓器的特殊性也對差動保護的接線及保護特點提出不同要求。

牽引變電所變壓器的故障一般分為油箱內(nèi)部故障和油箱外部故障兩種。所謂油箱內(nèi)部故障就是指變壓器油箱內(nèi)所發(fā)生的各種故障，如線圈間的相間短路、同相的匝間短路、鐵芯線圈燒損以及對外殼的接地等。油箱內(nèi)部故障時產(chǎn)生的電弧，會損壞變壓器繞組的絕緣層、燒損鐵芯，同時使絕緣材料和變壓器油受熱分解而產(chǎn)生大量氣體，如不迅速切除故障就有引起油箱爆炸的嚴重危險。變壓器油箱外部故障主要指套管和引線發(fā)生的相間及接地短路故障。

電流差動保護原理建立在基爾霍夫電流定律，當被保護元件正常運行或區(qū)外故障時，流入該設(shè)備的電流等于該元件的電流（乘以一個平衡系數(shù)后的電流），這時差動電流為零，差動保護不動作。當被保護設(shè)備內(nèi)部發(fā)生故障時，差動電流大于差動保護裝置的整定值時，保護動作，將被保護設(shè)備的各側(cè)斷路器跳開，使故障設(shè)備斷開電源。差動保護理論上具有絕對的選擇性，而且無需與其他保護元件配合，能靈敏、快速地切除兩流互之間的設(shè)備故障，所以在實際的保護中被廣泛的應(yīng)用。而比率制動特性差動電流定值隨制動電流的增大隨某一比率的提高。使制動電流在不平衡電流較大的外部故障時有制動作用。而在內(nèi)部故障時，制動作用最小。當差動回路的不平衡電流，它隨著短路電流的增大而增大。根據(jù)差動回路接線方法的不同，在整定時，通過調(diào)整不平衡比例系數(shù)使得計算機在實時計算時的最小。

1 基本原理

以神朔鐵路沿線目前采用的成都交大許繼電氣有限責任公司生產(chǎn)的WBH-892Z主變主保護裝置作為牽引主變壓器的主保護為例。差動保護動作特性分為兩段，即差動速斷動作區(qū)和比率差動動作區(qū)，差動保護動作特性如圖1所示。

在圖1中，IDIFF為差動速斷整定值，IDIFF為比率差動整定值，I1、I2為制動電流整定值，Kres1、Kres2為斜率。

1.1 差動電流及制動電流

將引入保護裝置的5路電流定義為 ，在變壓器正常運行或外部故障情況下，5路電流有如式（1）所示的關(guān)系。

（1）

式（1）中，KA1、KA2、KB1、KB2、KC1、KC2為高低壓側(cè)電流平衡系數(shù)?？梢愿鶕?jù)實際情況設(shè)定這6個系數(shù)值，確定主變高低壓側(cè)電流的平衡關(guān)系。

當變壓器內(nèi)部故障時，式（1）所示的關(guān)系將不成立，差動電流按式（2）定義。

（2）

在式（2）中，分別為A、B、C三相差動電流。制動電流按工（3）定義。

（3）

在式（3）中，分別為A、B、C三相制動電流。

1.2 電流平衡系數(shù)

平衡系數(shù)由變壓器類型、變壓器變比、電流互感器接線方式以及高低壓側(cè)CT變比決定。當C相為中間相時電流平衡系數(shù)按表1計算。

在表1中，K定義為變壓器高低壓側(cè)繞組匝數(shù)比，即K=W1/W2，K的取值如表2所示。

2 整定計算原則

2.1 差動速斷保護

按躲過牽引變壓器空載投入時或短路故障切除后電源電壓恢復正常時的最大勵磁涌流進行整定（最大勵磁涌流按7～10倍變壓器額定電流計算，一般取為8倍）。

對于三相V/V接線牽引變壓器應(yīng)按相別分別進行整定。

2.2 二次諧波閉鎖的比率差動保護

（1）差動電流保護應(yīng)可靠躲過區(qū)外故障最大不平衡電流，滿足靈敏度要求。（2）二次諧波閉鎖比例系數(shù)的整定按15%-20%進行整定。（3）平衡系數(shù)的整定根據(jù)廠家說明書進行計算。（4）制動電流（拐點）及制動系數(shù)（斜率）：比率制動一般有2段式、3段式，其中：I1為第一段比率制動電流，一般設(shè)置為Ie×Kj/高壓側(cè)流互變比；I2為第二段比率制動電流，一般設(shè)置為3Ie×Kj/高壓側(cè)流互變比；K1為第一段比率制動系數(shù)，整定為0.3～0.5；K2為第二段比率制動系數(shù)，整定為 0.5～0.7。

3 存在的問題

神朔線某牽引變電所重新整定VV接線變壓器差動保護定值，在剛送電通車時2#主變B相差動保護動作，將主變倒至1#主變，B相差動再次動作。隨即對設(shè)備進行了排查分析，分析如下：

一次設(shè)備檢查：（1）變壓器內(nèi)部無故障；（2）變壓器套管及引出線正常。

二次設(shè)備檢查：（1）電流互感器二次側(cè)無開路或短路；（2）直流無兩點接地；（3）保護裝置沒有誤動作；（4）無二次接線錯誤及定值整定錯誤。

通過以上對設(shè)備排查，差動保護動作跳閘原因分析，發(fā)現(xiàn)將兩主變的負荷相與接地相差動保護二者間接反。

正常情況下，高壓側(cè)對應(yīng)低壓側(cè)，高壓側(cè)對應(yīng)低壓側(cè)，高壓側(cè)對應(yīng)低壓側(cè)接地相。當變壓器正常運行或保護區(qū)外部故障時，差動電流為零，差動保護不動作。如果變壓器套管、引出線及內(nèi)部發(fā)生短路故障，流入保護裝置的差動電流也就不再為零。差動電流大于整定的電流值，差動保護迅速動作。然而變壓器高壓側(cè)相序要求面對出線方向，從左到右，按A、B、C相別排列的。而實際是按A、C、B相別排列，這時高壓側(cè)對應(yīng)低壓側(cè)，高壓側(cè)對應(yīng)低壓側(cè)接地相，高壓側(cè)對應(yīng)低側(cè)。

如表1所示，電流平衡系數(shù)無法匹配，導致B、C相主變高低壓側(cè)電流的平衡關(guān)系被打破。

這時主變主保護裝置的電流平衡關(guān)系已從原來的式（2）變?yōu)槿缡剑?）所示：

（4）

在式（4）中，IDIFF_A、IDIFF_B、IDIFF_C分別為A、B、C三相差動電流，KA1、KA2、KB1、KB2、KC1、KC2為高低壓側(cè)電流平衡系數(shù)。

這樣就導致主變B、C相高低壓側(cè)電流的平衡關(guān)系被打破，電流平衡系數(shù)無法匹配。

4 解決方案

方案一：改變接線方式。

可以將兩臺主變壓器高壓側(cè)一次側(cè)接線B、C相互倒，以實現(xiàn)高低壓側(cè)電流的平衡關(guān)系，這樣是最直觀的方法。但由于一次接線是鋼鋁絞線，要想實現(xiàn)交叉接線，實施難度相對大一些。所以采取互倒變壓器高壓側(cè)B、C電流互感器二次接線，即實現(xiàn)平衡關(guān)系。通過做差動保護傳動試驗，確認保護動作的可靠性、選擇性、速動性和靈敏性，送電后設(shè)備穩(wěn)定運行，經(jīng)長時間觀察差動保護各項電流參數(shù)，未發(fā)生誤動現(xiàn)象，證明調(diào)整后的方案可行。

方案二：調(diào)整差動保護定值。

雖然變壓器高低壓側(cè)一、二次接線無法與差動保護的平衡關(guān)系匹配，但是也可以在不改變一、二次接線的情況下，將高壓側(cè)B、C相差動保護電流定值互倒，從而實現(xiàn)三相電流對應(yīng)的平衡關(guān)系。經(jīng)過差動保護傳動試驗，保護裝置也未發(fā)生誤動現(xiàn)象，送電后設(shè)備運行良好，各項電流參數(shù)均正常，此方案運用結(jié)果良好。

5 結(jié)語

在牽引供電系統(tǒng)牽引變壓器能把高電壓變?yōu)橛脩羲枰慕佑|網(wǎng)電壓等級以實現(xiàn)向牽引網(wǎng)供電功能。同時，牽引變壓器又是很貴重的生產(chǎn)設(shè)備，差動保護作為變壓器的主要保護，其動作的性能在鐵路牽引變電所繼電保護中起著至關(guān)重要的作用。由于微機式綜合自動化系統(tǒng)的大量應(yīng)用，各保護裝置廠家提供的裝置類型略有不同，只有通過對差動保護的基本原理、整定原則、接線方式、電流分部不斷分析探討，才能更好的在牽引變壓器發(fā)生故障的情況下，實現(xiàn)保護裝置自動、迅速、有選擇地動作。

參考文獻

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