變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)因素分析及解決措施

廣東省輸變電工程有限公司 凌正茂

變壓器保護(hù)常采用縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)和非電量保護(hù)作為主保護(hù)，當(dāng)發(fā)生內(nèi)部短路故障時(shí)，變壓器兩側(cè)的電流互感器檢測(cè)到差流，保護(hù)裝置計(jì)算的差流值大于差動(dòng)動(dòng)作值時(shí)，保護(hù)發(fā)出跳閘命令。而當(dāng)發(fā)生外部短路，正確配置的差動(dòng)繼電器在極端條件下由于不平衡電流、勵(lì)磁涌流等干擾下，保護(hù)發(fā)生誤動(dòng)。本文在從理論上分析差動(dòng)誤動(dòng)原因，求各種情況下流入繼電器的不平衡電流，并提出措施減少不平衡電流的產(chǎn)生，從而提高差動(dòng)保護(hù)的可靠性。

1 變壓器差動(dòng)保護(hù)原理

電力變壓器作為電網(wǎng)系統(tǒng)中不同等級(jí)電壓之間聯(lián)系的紐帶，廣泛應(yīng)用于電網(wǎng)系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)，變壓器的安全穩(wěn)定運(yùn)行牽涉面非常大，所造成損失往往難以估量。變壓器在實(shí)際運(yùn)行時(shí)除受自然環(huán)境影響，還受到承載負(fù)荷的瞬時(shí)擾動(dòng)，長(zhǎng)期運(yùn)行的變壓器容易出現(xiàn)各種故障和異常情況。作為變壓器主保護(hù)的縱聯(lián)差動(dòng)(簡(jiǎn)稱(chēng)差動(dòng))保護(hù)和非電量保護(hù)，如果發(fā)生故障不能快速切除，不但會(huì)損壞變壓器，甚至?xí)l(fā)系統(tǒng)事故或大面積停電事故。因此，變壓器的繼電保護(hù)歷來(lái)是廠站保護(hù)中的重中之重，受到極大關(guān)注。

變壓器差動(dòng)保護(hù)的原理是：在變壓器的各側(cè)繞組裝設(shè)電流互感器，二次繞組按照循環(huán)電流法接線，各側(cè)CT端子引出線按同極性方向依次相連，同時(shí)串入差動(dòng)繼電器。此時(shí)差動(dòng)繼電器中流過(guò)電流是變壓器二次電流差值。在正常運(yùn)行和區(qū)外故障時(shí)流過(guò)差動(dòng)繼電器的差流應(yīng)為零。變壓器差動(dòng)保護(hù)需要對(duì)數(shù)值進(jìn)行如下幾類(lèi)處理：一是對(duì)變壓器不同側(cè)的差動(dòng)互感器二次電流進(jìn)行移相；二是濾除區(qū)外接地故障時(shí)流過(guò)變壓器的零序電流；三是使變壓器各側(cè)差動(dòng)互感器二次電流用平衡系數(shù)加以折算。

2 差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)原因

提高變壓器差動(dòng)保護(hù)的可靠性，必須先對(duì)差動(dòng)保護(hù)容易產(chǎn)生誤動(dòng)的原因進(jìn)行分析，之后才能進(jìn)一步找到解決問(wèn)題的辦法。

2.1 不平衡電流引起差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)

正常運(yùn)行狀態(tài)下，變壓器差動(dòng)保護(hù)繼電器不會(huì)檢測(cè)到差流。但如果發(fā)生外部短路故障，外部流經(jīng)一個(gè)非常大的短路電流，同時(shí)短路電流的暫態(tài)特性中含有大量非周期和諧波電流分量，使得勵(lì)磁電流急劇增大。單相變壓器參數(shù)折算后等效電路如圖1所示：電流互感器流經(jīng)的一次電流I1呈飽和狀態(tài)，低壓側(cè)互感器的二次負(fù)載電流I2很難跟隨一次值一致變化，從而出現(xiàn)較大的不平衡電流流入差動(dòng)繼電器，如果不平衡電流瞬時(shí)峰值達(dá)到差動(dòng)動(dòng)作值，差動(dòng)繼電器則會(huì)出口動(dòng)作。研究如何減小該不平衡電流值，對(duì)提高保護(hù)動(dòng)作可靠性有重要意義。

圖1 雙繞組單相變壓器等效電路

2.2 CT二次回路斷線引起差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)

如果變壓器不同側(cè)的接線組別不一致，則由于高低壓側(cè)電流存在相位差，從而差動(dòng)回路會(huì)產(chǎn)生不平衡電流。傳統(tǒng)的差動(dòng)保護(hù)對(duì)此的處理方法是：改變CT二次回路接線來(lái)實(shí)現(xiàn)一次組別的“相位補(bǔ)償”。例如雙繞組變壓器最通常采用的是Y/dll接線，該種接線方法使得一次三角形側(cè)電流相位超前一次星形側(cè)300o，二次回路接線需將變壓器星形側(cè)的CT二次側(cè)接成三角形，而三角形側(cè)的CT接成星形，采用此方法調(diào)整后流入差動(dòng)繼電器的差流相位差恢復(fù)為零。目前變壓器差動(dòng)保護(hù)多采用軟件移相法，無(wú)需對(duì)CT二次接線進(jìn)行更改，對(duì)于任意接線組別的變壓器，其CT二次回路都可以采用全星型連接，Y，d變換由微機(jī)裝置進(jìn)行“相位補(bǔ)償”計(jì)算來(lái)實(shí)現(xiàn)內(nèi)部移相，具體方法為“對(duì)稱(chēng)分量法” 經(jīng)“矩陣變換”計(jì)算得出。

CT如果發(fā)生二次回路斷線，最明顯特征是電流會(huì)立刻下降。在微機(jī)保護(hù)中，若某側(cè)電流只有一相或兩相電流為零，剩余其他相電流與起動(dòng)電流相等，故障相電流的突變量大于定值，同時(shí)滿足上述條件則判定為CT斷線。差動(dòng)裝置會(huì)閉鎖差動(dòng)，防止變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作。

2.3 區(qū)外故障引起的差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)

當(dāng)變壓器發(fā)生區(qū)外故障時(shí)，有如下幾種原因容易產(chǎn)生差流：

（1）電流互感器(TA)本身存在誤差或不同型號(hào)TA的轉(zhuǎn)化差異較大，造成各側(cè)電流不一致；當(dāng)二側(cè)互感器型號(hào)不一致，特別是發(fā)生短路故障的一側(cè)使用P級(jí)互感器，保護(hù)級(jí)互感器，而短路電流小的一側(cè)使用TPY級(jí)互感器，而此時(shí)短路電流較大，兩側(cè)的暫態(tài)特性差異使得一、二次側(cè)傳送差異非常大。

（2）當(dāng)變壓器進(jìn)行有載調(diào)壓操作時(shí)，分接頭動(dòng)作后電壓發(fā)生波動(dòng)產(chǎn)生不平衡電流。

3 減少差動(dòng)誤動(dòng)可能性的措施

減少差動(dòng)保護(hù)在區(qū)外故障下誤動(dòng)可能性，可從如下幾方面著手，減小流入差動(dòng)繼電器的不平衡電流值，增大制動(dòng)性能。

（1）在進(jìn)行繼電保護(hù)定值計(jì)算時(shí)，保護(hù)門(mén)檻定值不宜設(shè)置低，一般整定在0.4 In或以上較合適。

（2）兩側(cè)TA盡量選用同一型號(hào)的，可以同為P級(jí)或TPY級(jí)互感器，減少兩側(cè)TA的不平衡性，使用TPY級(jí)互感器效果較好。

（3）提高硬件的采樣精確度和防抖精度。可以從編制的軟件著手，來(lái)防止區(qū)外故障切除時(shí)對(duì)保護(hù)造成的誤動(dòng)。

4 結(jié)論

隨著計(jì)算機(jī)水平的發(fā)展，保護(hù)裝置硬件不斷升級(jí)，軟件計(jì)算逐步采用多種差動(dòng)原理，采樣精度和計(jì)算準(zhǔn)確度也在提高。但仍存在諸多因素有可能造成變壓器差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作。本文從容易產(chǎn)生差動(dòng)誤動(dòng)的原因分析入手，分析各種情況下流入繼電器的不平衡電流，并提出措施減少不平衡電流的產(chǎn)生，從而提高差動(dòng)保護(hù)的可靠性。我們只有在調(diào)試過(guò)程中把每一環(huán)節(jié)工作做細(xì)，嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，及時(shí)多方溝通，可以保證差動(dòng)保護(hù)的可靠性，最大程度的降低差動(dòng)保護(hù)的誤動(dòng)作概率。