變電站變壓器差動(dòng)保護(hù)問題的分析

【摘要】差動(dòng)保護(hù)原理因具有良好識(shí)別內(nèi)外部故障的能力，一直作為變壓器的主保護(hù)而得到廣泛應(yīng)用。近些年來隨著用電負(fù)荷和非線性電氣元件的增加，差動(dòng)保護(hù)存在誤動(dòng)或拒動(dòng)的可能。針對(duì)差動(dòng)保護(hù)的這一問題，國(guó)內(nèi)外研究人員不斷提出新的保護(hù)原理和判據(jù)，意圖使變壓器差動(dòng)保護(hù)能夠做到不拒動(dòng)、不誤動(dòng)。本文旨在對(duì)目前變壓器主要的差動(dòng)保護(hù)原理進(jìn)行階段性的總結(jié)歸納，望對(duì)繼電保護(hù)同行有所啟發(fā)。

【關(guān)鍵詞】變電站；變壓器；差動(dòng)保護(hù)；問題分析

1、影響差動(dòng)保護(hù)的幾種不安全因素

電力系統(tǒng)中運(yùn)行的變壓器可分為穩(wěn)態(tài)、暫態(tài)兩種情況。穩(wěn)態(tài)運(yùn)行就是變壓器帶負(fù)荷正常運(yùn)行，暫態(tài)情況就是變壓器有突發(fā)情況，如出現(xiàn)故障或不帶負(fù)荷投入運(yùn)行等。變壓器差動(dòng)保護(hù)在這些狀態(tài)下均存在不安全因素。

1.1、穩(wěn)態(tài)下不安全因素及危害性

電力變壓器在正常運(yùn)行時(shí)，其兩側(cè)電流相位不同、電流互感器（CT）型號(hào)不同、計(jì)算變比不同及變壓器帶負(fù)荷調(diào)壓易引起不平衡電流。其危害如下：變壓器正常運(yùn)行中，不平衡電流的產(chǎn)生易引起繼電保護(hù)誤動(dòng)，導(dǎo)致斷路器跳閘發(fā)生失電故障，嚴(yán)重影響企業(yè)生產(chǎn)和民用電安全；變壓器發(fā)生故障，如內(nèi)部出現(xiàn)短路故障等，需要差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作確保變壓器退出運(yùn)行，但是由于不平衡電流的影響使保護(hù)拒動(dòng)，導(dǎo)致變壓器長(zhǎng)期故障狀態(tài)下運(yùn)行受損。尤其大容量變壓器屬于貴重設(shè)備，受損后經(jīng)濟(jì)損失嚴(yán)重；運(yùn)行中的變壓器經(jīng)常需要有載調(diào)壓，由于電壓發(fā)生變化產(chǎn)生不平衡電流沖擊差動(dòng)保護(hù)回路，導(dǎo)致誤動(dòng)，引起系統(tǒng)失電；變壓器在正常運(yùn)行中，不平衡電流還會(huì)影響計(jì)量、監(jiān)測(cè)設(shè)備的準(zhǔn)確性，影響電力系統(tǒng)安全運(yùn)行。

1.2、暫態(tài)下不安全因素及危害性

暫態(tài)情況下對(duì)差動(dòng)保護(hù)影響最大的就是勵(lì)磁涌流。勵(lì)磁涌流是由于變壓器鐵芯的磁飽和產(chǎn)生的，變壓器的容量越大，涌流的幅度越大，持續(xù)的時(shí)間越長(zhǎng)。當(dāng)在電壓過零時(shí)刻投入變壓器時(shí)，會(huì)產(chǎn)生最嚴(yán)重的磁飽和現(xiàn)象，勵(lì)磁涌流最大。其危害性：在變壓器在投入運(yùn)行時(shí)，可引起繼電保護(hù)裝置誤動(dòng)作，導(dǎo)致變壓器不能成功投運(yùn)；當(dāng)保護(hù)切除變壓器出現(xiàn)短路故障時(shí)會(huì)產(chǎn)生高電壓，導(dǎo)致變壓器保護(hù)誤動(dòng)而停電；數(shù)值很大的勵(lì)磁涌流能夠?qū)е伦儔浩鳌嗦菲饕螂妱?dòng)力過大而受到損壞；勵(lì)磁涌流及其引起的操作過電壓會(huì)對(duì)變壓器及斷路器等電氣設(shè)備造成損壞；勵(lì)磁涌流中的直流分量直接影響電流互感器，使其磁路被嚴(yán)重磁化而降低測(cè)量、動(dòng)作的準(zhǔn)確率；造成電網(wǎng)電壓大幅度變化，影響電氣設(shè)備正常工作，嚴(yán)重的導(dǎo)致設(shè)備受損；勵(lì)磁涌流中的大量諧波對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量造成嚴(yán)重的污染；引起系統(tǒng)內(nèi)較近的變壓器跳閘，導(dǎo)致系統(tǒng)波動(dòng)。

2、變壓器差動(dòng)保護(hù)故障處理

2.1、變壓器內(nèi)部故障或其套管引出線發(fā)生短路故障

該類事故發(fā)生后應(yīng)對(duì)變壓器進(jìn)行檢查及全項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)。檢查內(nèi)容包括變壓器外殼是否清潔完整、設(shè)備線夾及套管引出線有無燒傷斷裂、套管法蘭是否緊固密封良好，油枕及其油位指示是否正常。試驗(yàn)內(nèi)容包括絕緣電阻測(cè)試、直流電阻測(cè)試、變比測(cè)試、直流泄漏測(cè)試以及介質(zhì)損耗角正切值測(cè)試，并安排專門人員對(duì)變壓器絕緣油進(jìn)行采樣及化驗(yàn)。以上檢查與試驗(yàn)結(jié)果可判定變壓器差動(dòng)動(dòng)作是否因?yàn)樽儔浩鲀?nèi)部故障或其套管引出線發(fā)生短路故障所引起。

2.2、變壓器高低壓側(cè)電流互感器飽和

目前，變壓器差動(dòng)保護(hù)普遍具有比率制動(dòng)特性，具備一定的抗電流互感器飽和能力，但當(dāng)電流互感器發(fā)生嚴(yán)重飽和時(shí)，由于差動(dòng)電流升高，制動(dòng)電流降低，差動(dòng)保護(hù)仍由誤動(dòng)的可能性。如果依靠增大制動(dòng)系數(shù)來達(dá)到提高差動(dòng)保護(hù)抗電流互感器飽和能力的目的，那么差動(dòng)保護(hù)在保護(hù)區(qū)內(nèi)的動(dòng)作靈敏度勢(shì)必會(huì)降低。

為了防止因勵(lì)磁涌流或區(qū)外故障而導(dǎo)致電流互感器飽和引起差動(dòng)誤動(dòng)作；根據(jù)這兩種情況中關(guān)于諧波分量的特點(diǎn)，可以采取諧波制動(dòng)法；根據(jù)電流中二次諧波或三次諧波與基波的比例，來判斷是否為勵(lì)磁涌流或區(qū)外故障導(dǎo)致電流互感器飽和，達(dá)到門檻值時(shí)，差動(dòng)保護(hù)閉鎖。

2.3、預(yù)防性試驗(yàn)導(dǎo)致變壓器鐵芯剩磁增大

變壓器可以視為一個(gè)非線性電感，當(dāng)進(jìn)行預(yù)防性試驗(yàn)時(shí)，由于要測(cè)量變壓器各分接檔位的高低壓側(cè)繞組直流電阻，當(dāng)測(cè)試時(shí)間越長(zhǎng)時(shí)，變壓器鐵芯磁通密度飽和程度也越高；當(dāng)斷路器合閘時(shí)，電壓在變壓器內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生一個(gè)磁通。合閘后所產(chǎn)生的磁通，如果和剩磁極性相同，則變壓器內(nèi)部的總磁通就會(huì)隨著電壓的升高而增加，從而勵(lì)磁涌流也會(huì)隨之增加。增加的這部分幅值，實(shí)際引起了二次諧波分量降低。這便可能導(dǎo)致前文所述的二次諧波制動(dòng)失敗。

針對(duì)此種情況，可在變壓器預(yù)防性試驗(yàn)結(jié)束后采用直流法消除剩磁。具體方法是讓變壓器繞組正反向通入直流電流，并逐漸減小，縮小鐵心的磁滯回環(huán)，達(dá)到消除剩磁的目的。

2.4、直流系統(tǒng)對(duì)地絕緣不良或二次回路短路

檢查變壓器高低壓側(cè)電流互感器區(qū)域內(nèi)的一次設(shè)備，未發(fā)現(xiàn)異常現(xiàn)象且所有全部試驗(yàn)及傳動(dòng)數(shù)據(jù)均合格，并且差動(dòng)保護(hù)范圍外無故障，變壓器其他保護(hù)未動(dòng)作。此時(shí)，應(yīng)檢查控制室直流屏有無絕緣監(jiān)測(cè)告警信號(hào)，有告警信號(hào)，則應(yīng)考慮直流多點(diǎn)接地引起保護(hù)裝置誤動(dòng)作的可能；如果直流屏無絕緣監(jiān)測(cè)告警信號(hào)發(fā)出，則應(yīng)考慮二次回路短路引起保護(hù)裝置誤動(dòng)作的可能。

總而言之，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，科學(xué)技術(shù)也在不斷的進(jìn)步。避免差動(dòng)保護(hù)裝置發(fā)生誤動(dòng)最根本的條件是保證電流的平衡性，在對(duì)設(shè)備進(jìn)行調(diào)試的過程中將每一個(gè)環(huán)節(jié)做細(xì)，并且采取措施，從而提高變壓器差動(dòng)保護(hù)裝置的精確性，不僅可以避免因?yàn)檎`動(dòng)造成的損失，也可以保證電網(wǎng)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，同時(shí)對(duì)人們的生產(chǎn)和生活也有著十分重要的作用。

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