微機(jī)型變壓器差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作原因分析與對(duì)策

一、 引言
　　差動(dòng)保護(hù)廣泛作為發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、變壓器、母線等電氣主設(shè)備內(nèi)部短路故障的主保護(hù)。從動(dòng)作原理上講是最好的。在外部故障的選擇性決定于CT對(duì)短路電流的正確變換和差動(dòng)繼電器的優(yōu)良性能。歷年主保護(hù)動(dòng)作統(tǒng)計(jì)表明差動(dòng)保護(hù)正確動(dòng)作率偏低。主要原因:①、維護(hù)及運(yùn)行不良。②、CT暫態(tài)誤差的影響。變壓器差動(dòng)保護(hù)不僅有電路問(wèn)題，還存在磁路問(wèn)題。由于大型變壓器的磁路正常運(yùn)行于微飽和工況下。所以，變壓器在帶非線性負(fù)載，如空充負(fù)載變壓器時(shí)就會(huì)發(fā)生暫態(tài)飽和，勵(lì)磁電流增大，導(dǎo)致差動(dòng)保護(hù)的不平衡電流過(guò)大而誤動(dòng)。舉例如下：
　　①、 二灘電廠從首臺(tái)機(jī)發(fā)電運(yùn)行到現(xiàn)在，廠高變差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)過(guò)三次，每次動(dòng)作都是在廠高變的下級(jí)廠用電切換時(shí)動(dòng)作，動(dòng)作后檢查一次設(shè)備無(wú)故障，保護(hù)裝置和回路沒(méi)問(wèn)題。
　　結(jié)論：是由于廠高變CT配置不合理，多次切換廠用電引起誤動(dòng)作。
　　現(xiàn)階段的解決辦法：提高廠高變差動(dòng)保護(hù)定值。
　?、?、 秦山二期輔助變差動(dòng)保護(hù)在調(diào)試的一年時(shí)間內(nèi)誤動(dòng)過(guò)五次，每次都是在電鍋爐變空充時(shí)發(fā)生誤動(dòng)作。帶大容量電動(dòng)機(jī)及其它工況下，保護(hù)裝置運(yùn)行良好。動(dòng)作后檢查一次設(shè)備無(wú)故障，保護(hù)裝置及回路良好，保護(hù)裝置帶負(fù)荷檢查差電流也很小。
　　當(dāng)時(shí)的結(jié)論：CT飽和及定值不合理。
　　現(xiàn)階段的解決方法：提高輔助變差動(dòng)保護(hù)定值和采用三取二循環(huán)閉鎖。
　　下面通過(guò)分析秦山二期輔助變差動(dòng)保護(hù)錄波圖，來(lái)說(shuō)明變壓器暫態(tài)飽和對(duì)差動(dòng)保護(hù)的影響，并探討解決該問(wèn)題的方法和對(duì)策。

二、 保護(hù)動(dòng)作原因分析
1、 設(shè)備情況簡(jiǎn)介：
　?、?、設(shè)備用途
　　 輔助變壓器作為核電廠的廠外第二路電源，在第一路電源故障且孤島運(yùn)行不成功的條件下，將由慢切換裝置使廠用中壓電源倒至由輔助變壓器供電。這路電源同時(shí)帶有電鍋爐負(fù)荷。
　?、凇⒃O(shè)備參數(shù)
　　 輔助變壓器：額定容量31500KVA；電壓比220KV/6KV；接線組別Y0/Y；220KV側(cè)電流互感器參數(shù)：625/5， 5P20， 40VA， 50HZ，6KV側(cè)電流互感器參數(shù)：3000/5， 5P20， 25VA， 50HZ。
　　 電鍋爐變壓器：額定容量26000 KVA；電壓比6.3KV/13.8KV；接線組別d/Y0；
　　③、繼電保護(hù)配置及整定值
　　 保護(hù)配置采用完全雙重化，既從直流控制電源、跳閘線圈、電流互感器、保護(hù)類(lèi)型等均實(shí)現(xiàn)了獨(dú)立。保護(hù)配置采用的是許繼廠生產(chǎn)的WBH-100型微機(jī)保護(hù)。差動(dòng)保護(hù)配置為帶有二次諧波制動(dòng)的比率式差動(dòng)保護(hù)。
　　 整定值：差動(dòng)最小動(dòng)作電流為35%×(變壓器220KV側(cè)額定電流),Icd,min.op=35%×0.66=0.23A；二次諧波制動(dòng)系數(shù)為20%；最小制動(dòng)電流為變壓器220KV側(cè)額定電流 Izd=0.66A；斜率S為0.5.
　　④、一次主接線及差動(dòng)保護(hù)接線方式
　　如圖2所示。

2、保護(hù)動(dòng)作情況簡(jiǎn)介
　　2001年8月26日在電鍋爐變調(diào)試過(guò)程中，當(dāng)合3DL空充電鍋爐變時(shí)，輔助變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，跳開(kāi)變壓器兩側(cè)開(kāi)關(guān)（1DL、2DL）。
　　現(xiàn)場(chǎng)檢查情況如下：
　　1) 輔助變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作信號(hào)燈點(diǎn)亮。
　　2) 電鍋爐變保護(hù)均未動(dòng)作。
　　3) 發(fā)變組故障錄波器啟動(dòng)，但一次系統(tǒng)無(wú)故障。
3、保護(hù)動(dòng)作原因初步分析：

　　1）、錄波圖初步分析：從微機(jī)保護(hù)錄波圖的初步分析，發(fā)現(xiàn)如下情況：
　?、?、輔助變差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)是由于電鍋爐變空充產(chǎn)生的勵(lì)磁涌流導(dǎo)致的，而對(duì)于輔助變這種情況下流過(guò)的電流為穿越性負(fù)荷電流，此情況下動(dòng)作是不正確的。
　?、?、在涌流的前3個(gè)周波，輔助變兩側(cè)電流在數(shù)值及相位關(guān)系均正確。但過(guò)了3個(gè)周波后輔助變兩側(cè)電流在數(shù)值及相位關(guān)系均發(fā)生了變化。變化規(guī)律為輔助變低壓側(cè)（6KV側(cè)）相對(duì)于高壓側(cè)（220KV側(cè)）電流減小了。
　?、?、保護(hù)誤動(dòng)時(shí)間為空充電鍋爐變0.3秒之后。
　　2）、從錄波圖選取4個(gè)特征點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)分析如下：
　　從輔助變微機(jī)保護(hù)錄波圖（圖2）選取特征點(diǎn)為:
　　第1特征點(diǎn)：空充電鍋爐變前；第2特征點(diǎn)：空充電鍋爐變產(chǎn)生的勵(lì)磁涌流第一個(gè)波峰點(diǎn)；第3特征點(diǎn)：電流波形突變點(diǎn)；第4特征點(diǎn)：跳閘時(shí)刻。
　　錄波分析軟件分析的數(shù)據(jù)如表1：

　　通過(guò)計(jì)算所得數(shù)據(jù)如表2：

　　通過(guò)表2分析可見(jiàn)：當(dāng)差動(dòng)電流大于最小啟動(dòng)電流時(shí)（微機(jī)型差動(dòng)保護(hù)只有當(dāng)差動(dòng)電流大于最小啟動(dòng)電流時(shí)，才進(jìn)行二次諧波制動(dòng)判斷。），差動(dòng)電流中基波分量遞減；二次諧波分量與基波分量的比例遞減；五次諧波與基波比例遞增。制動(dòng)電流中基波分量遞減，二次諧波分量與基波分量的比例遞增。
　　3） 、實(shí)際準(zhǔn)確限值系數(shù)（ALF）的計(jì)算:
　　高壓側(cè)、低壓側(cè)CT至輔助變保護(hù)屏距離相同，兩側(cè)CT二次負(fù)擔(dān)是匹配的。
　　實(shí)測(cè)參數(shù)：CT二次負(fù)擔(dān)的各相最大值為0.5歐姆（包括：繼電器和電纜的阻抗），CT內(nèi)阻Rin=0.1歐姆。由于國(guó)內(nèi)保護(hù)廠家尚無(wú)差動(dòng)保護(hù)所用CT的使用要求。因此，下面計(jì)算是采用ABB公司《SPAD346C差動(dòng)保護(hù)用CT的使用建議》的要求進(jìn)行的。
　　Fa=Fn×(Sin+Sn)/(Sin+Sa) （1） 
式中：Fa －實(shí)際負(fù)荷下CT準(zhǔn)確限值系數(shù)；Fn－額定負(fù)荷下CT準(zhǔn)確限值系數(shù)；Sin－CT內(nèi)部負(fù)荷； Sa －實(shí)際負(fù)荷；Sn－額定負(fù)荷。
　　要求：Fa>40 （2）
　　這主要是考慮到區(qū)外故障切除后CT會(huì)產(chǎn)生剩磁，在重合于故障時(shí)，防止差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作。
　　高壓側(cè)CT實(shí)際的準(zhǔn)確限值系數(shù)：∵Sin＝5×5×0.1；Sn＝40；Sa＝5×5×0.5；Fn＝20；∴Fa=56.67。低壓側(cè)CT實(shí)際的準(zhǔn)確限值系數(shù)：∵Sin＝5×5×0.1；Sn＝25；Sa＝5×5×0.5；Fn＝20；∴Fa=43.33。
　　高、低壓側(cè)CT均滿(mǎn)足要求。
　　4） 、通過(guò)上述分析和計(jì)算，筆者認(rèn)為變壓器的暫態(tài)飽和是引起輔助變差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)的一個(gè)重要原因。據(jù)有關(guān)資料介紹，變壓器穩(wěn)態(tài)飽和勵(lì)磁電流最大可達(dá)額定電流的50％左右。從表2可見(jiàn)，變壓器暫態(tài)飽和勵(lì)磁電流最大已達(dá)到額定電流的146％。如不采取新的措施，僅靠提高差動(dòng)保護(hù)定值的方法是不可行的。通過(guò)提高差動(dòng)保護(hù)定值的方法，不僅降低了變壓器匝間短路時(shí)保護(hù)的靈敏度，而且將失去比例制動(dòng)式差動(dòng)保護(hù)能保護(hù)變壓器匝間短路的優(yōu)點(diǎn)，這是不可取得。

三、 采取的對(duì)策探討：
　　變壓器的穩(wěn)態(tài)飽和是由于電源電壓過(guò)高、頻率過(guò)低引起的，用五次諧波制動(dòng)的方法來(lái)處理是完全可行的。從表2可見(jiàn)，跳閘時(shí)刻的五次諧波比例很小，不到基波電流的10％。因此，變壓器的暫態(tài)飽和用五次諧波制動(dòng)的方法是不可行的。差動(dòng)電流的基波和二次諧波比都在衰減，利用差動(dòng)電流中二次諧波比制動(dòng)的方法也不能避免這種情況下的誤動(dòng)作。筆者提出利用制動(dòng)電流中的二次諧波比來(lái)制動(dòng)的方法，能解決微機(jī)型差動(dòng)保護(hù)在變壓器暫態(tài)飽和時(shí)的誤動(dòng)作。即當(dāng)差動(dòng)電流與制動(dòng)電流均大于差動(dòng)最小動(dòng)作電流時(shí)，進(jìn)行二次諧波比制動(dòng)的判別。
　　對(duì)于微機(jī)型變壓器保護(hù)，由于其具有強(qiáng)大的數(shù)值處理能力，故在二次諧波制動(dòng)比計(jì)算方法的選擇上具有較大的靈活性，目前常用的有以下幾種方法：
　?、?、諧波比最大相制動(dòng)：
　
　　即利用滿(mǎn)足差動(dòng)動(dòng)作條件的差流中二次諧波與基波比的最大值來(lái)制動(dòng)。

　?、?、 按相制動(dòng)：
　
　　即利用差流中最大相的二次諧波與基波比值來(lái)制動(dòng)。
　?、?、 綜合相制動(dòng)：
　
　　即利用三相差流中二次諧波的最大值與基波的最大值之比來(lái)制動(dòng)。
　?、?、 筆者提出的方法，制動(dòng)電流的諧波比最大相制動(dòng)：
　
　　即利用滿(mǎn)足差動(dòng)動(dòng)作條件的制動(dòng)電流中二次諧波與基波比的最大值來(lái)制動(dòng)。
　　制動(dòng)電流的選取有以下三種方式：
　
式中：Ih1，Il1－變壓器高、低壓側(cè)基波電流 ;Ih2，Il2－變壓器高、低壓側(cè)二次諧波電流。
　　下面列表對(duì)上述四種方法二次諧波比進(jìn)行比較（僅比較第4特征點(diǎn)）

　　從表3分析可得如下結(jié)論：
　　1、方法④實(shí)際是利用負(fù)載變壓器勵(lì)磁涌流中的二次諧波來(lái)進(jìn)行制動(dòng)的，因此二次諧波比比較高。
　　2、應(yīng)采用單相制動(dòng)三相的制動(dòng)方式。方法④在被保護(hù)變壓器空充及區(qū)內(nèi)故障時(shí)的影響與方法①相同。采用該閉鎖方式只能提高微機(jī)型變壓器差動(dòng)保護(hù)的可靠性，而且能更好的發(fā)揮比例制動(dòng)式差動(dòng)保護(hù)能保護(hù)變壓器匝間短路的優(yōu)點(diǎn)。

四、 結(jié)論
　　本文通過(guò)一起微機(jī)型變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)原因的分析，揭示了大型變壓器暫態(tài)飽和對(duì)差動(dòng)保護(hù)的影響。這也是比例式變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)頻繁的一個(gè)重要原因。并提出了解決該問(wèn)題的新辦法。望繼電保護(hù)專(zhuān)家與變壓器專(zhuān)家共同研究大型變壓器暫態(tài)飽和的特點(diǎn)及現(xiàn)象，這對(duì)提高變壓器差動(dòng)保護(hù)的正確動(dòng)作率大有好處。