四川川投田灣河開發(fā)有限責(zé)任公司 李 歡

隨著電力事業(yè)的發(fā)展，超高壓輸電線路在我國(guó)的建設(shè)越來越普遍，大容量超高壓的大型電力變壓器的應(yīng)用也隨之?dāng)U大。電力變壓器在電力系統(tǒng)中位置變得越來越重要，這就要求變壓器保護(hù)要能更可靠、快速、靈敏的反映故障，保證電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定的運(yùn)行。但是變壓器保護(hù)的發(fā)展遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于系統(tǒng)發(fā)展的速度。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前變壓器保護(hù)動(dòng)作正確率普遍不高，且有時(shí)候外部故障切除后變壓器會(huì)出現(xiàn)一些原因不明的誤動(dòng)，是由于恢復(fù)性涌流還是其他原因引起的保護(hù)誤動(dòng)，至今仍沒有一個(gè)統(tǒng)一的結(jié)論。因此對(duì)這一個(gè)過程進(jìn)行研究，防止變壓器保護(hù)誤動(dòng)，具有較大的理論和工程應(yīng)用價(jià)值。

1.勵(lì)磁涌流引起變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)

變壓器勵(lì)磁涌流的特點(diǎn)是正常運(yùn)行情況下其值很小，一般不超過變壓器額定電流的3%-5%，變壓器工作在磁通的線性段OS，如圖1。鐵芯未飽和，其相對(duì)導(dǎo)磁率μ很大，變壓器繞組的勵(lì)磁電感也很大。當(dāng)發(fā)生外部短路時(shí)，由于電壓下降，勵(lì)磁電流更小，因此這些情況下對(duì)勵(lì)磁電流的影響一般可以不考慮。

圖1 Φ=f(I)和u=f(I)的關(guān)系曲線

圖2 兩段折線式比例制動(dòng)

當(dāng)變壓器空投或故障切除后電壓恢復(fù)時(shí)，由于變壓器鐵心中的磁通急劇增大，使鐵心瞬間飽和，相對(duì)導(dǎo)磁率接近1，變壓器繞組電感降低，伴隨出現(xiàn)數(shù)值很大的勵(lì)磁涌流，包含有很大成分的非周期分量和高次諧波分量，并以二次諧波為主，其數(shù)值可以達(dá)到額定電流的6～8倍以上，出現(xiàn)尖頂形狀的勵(lì)磁涌流，在起始瞬間勵(lì)磁涌流衰減很快，對(duì)于一般中小型變壓器，經(jīng)0.5～1s后，其值不超過額定電流的0.25～0.5倍，大型變壓器勵(lì)磁涌流的衰減速度較慢，衰減到上述值要2～3s，既變壓器的容量越大衰減越慢，同時(shí)勵(lì)磁涌流波形出現(xiàn)間斷，有間斷角，此電流流入差動(dòng)繼電器，可能引起保護(hù)裝置誤動(dòng)。

浪涌電流和變壓器的激磁涌流一樣，只流過變壓器一側(cè)，在變壓器空投合閘或切除外部短路的電壓恢復(fù)過程中，全部激磁涌流都將流入差動(dòng)回路，勢(shì)必造成變壓器差動(dòng)保護(hù)的誤動(dòng)作。且在一臺(tái)變壓器產(chǎn)生激磁涌流的同時(shí)，與其并聯(lián)運(yùn)行的變壓器中還會(huì)產(chǎn)生浪涌電流，浪涌電流也將全部流入差動(dòng)回路，造成變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作。

可以通過以下措施來判別勵(lì)磁涌流：

①采用具有速飽和鐵芯的差動(dòng)繼電器，②鑒別短路電流和勵(lì)磁涌流的波形，③利用二次諧波制動(dòng)，制動(dòng)比一般為15%～20%，④用波形對(duì)稱原理的差動(dòng)繼電器。其中①主要適用于常規(guī)電磁繼電器式差動(dòng)保護(hù)；②和④主要用于微機(jī)變壓器保護(hù)，但對(duì)硬件的要求比較高，通過鑒別波形特征能夠?qū)崿F(xiàn)，這是最根本的解決勵(lì)磁涌流問題的辦法。另外，在主變差動(dòng)保護(hù)所用電流互感器選擇時(shí)，除應(yīng)選帶有氣隙的D級(jí)鐵芯互感器外，還應(yīng)適當(dāng)?shù)卦龃箅娏骰ジ衅髯儽龋越档投搪冯娏鞅稊?shù)，這樣可以有效削弱勵(lì)磁涌流，減少差動(dòng)回路中產(chǎn)生的不平衡電流，提高差動(dòng)保護(hù)的靈敏度。這對(duì)避免保護(hù)區(qū)外故障，尤其是最嚴(yán)重的三相金屬性短路而導(dǎo)致的主變差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作尤為有效。

2.區(qū)外故障引起的差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)

區(qū)外故障產(chǎn)生差流的原因主要有：變壓器正常運(yùn)行時(shí)各側(cè)的額定電流不一致；當(dāng)變壓器一側(cè)帶有分節(jié)頭調(diào)節(jié)時(shí)，電壓發(fā)生變化產(chǎn)生不平衡電流；電流互感器(TA)本身存在誤差；TA不同型號(hào)引起的誤差；諧波和非周期分量對(duì)不同型號(hào)TA的影響；不同類型的負(fù)載致使各側(cè)電流相位發(fā)生偏差。

基于上述因素的考慮，在整定變壓器的差動(dòng)定值時(shí)要排除這些不平衡分量的綜合影響，其動(dòng)作電流一般在(0.3～0.5)In(In為額定電流)。當(dāng)變壓器發(fā)生嚴(yán)重的區(qū)外故障，兩側(cè)會(huì)產(chǎn)生更大的差流，在下列情況下可能超過差動(dòng)門檻值：

(1)短路電流較大，各側(cè)互感器型號(hào)不一致，特別是短路電流大的一側(cè)使用P級(jí)互感器(不帶暫態(tài)特性的電流互感器)，而短路電流小的一側(cè)使用TPY級(jí)互感器(帶暫態(tài)特性的電流互感器)；

(2)短路電流中含有較大的非周期分量和諧波分量；

(3)故障切除瞬間，由于剩磁的存在，電壓恢復(fù)時(shí)產(chǎn)生大小不等的恢復(fù)性涌流；

(4)特殊性負(fù)載如容性或感性負(fù)載存在，致使各側(cè)短路電流相位發(fā)生偏移，產(chǎn)生更大的差流。

多次事故表明，變壓器發(fā)生區(qū)外故障，在發(fā)生區(qū)外故障的時(shí)間段，差動(dòng)保護(hù)一般不會(huì)誤動(dòng)，在切除故障的瞬差動(dòng)保護(hù)反而誤動(dòng)，根據(jù)對(duì)幾例典型事故的錄波分析，發(fā)現(xiàn)保護(hù)動(dòng)作點(diǎn)均落在差動(dòng)比例制動(dòng)曲線(兩段折線比例制動(dòng))無制動(dòng)特性的水平線上第一拐點(diǎn)以內(nèi)，即差流大于門檻值，制動(dòng)電流小于第一拐點(diǎn)電流(拐點(diǎn)電流為(0.9～1.0)In)，如圖2所示C點(diǎn)(圖2中Id為差動(dòng)電流，Ir為制動(dòng)電流；K1，K2，K3為比例系數(shù))。

對(duì)現(xiàn)場(chǎng)錄波數(shù)據(jù)分析和動(dòng)模試驗(yàn)仿真，均可知此種情況下保護(hù)動(dòng)作存在必然性。故障時(shí)，短路電流比較大，含有非周期分量和諧波分量，故障期間產(chǎn)生的不平衡分量較大(可能大于差動(dòng)動(dòng)作門檻值)，但制動(dòng)電流較大，動(dòng)作點(diǎn)落在非動(dòng)作區(qū)，如圖2所示B點(diǎn)。在切除故障的瞬間，兩側(cè)TA的暫態(tài)分量衰減程度不一樣，此時(shí)差流仍然比較大，而制動(dòng)電流減小，動(dòng)作點(diǎn)移動(dòng)到如圖2所示的C點(diǎn)，

差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)，按此原理設(shè)置的比例制動(dòng)曲線保護(hù)不能制動(dòng)。

為了防止區(qū)外故障差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)，可以從以下幾個(gè)方面著手：

①在進(jìn)行繼電保護(hù)定值計(jì)算時(shí)，保護(hù)定值不宜過低，一般整定在0.4In或以上；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，使用TPY級(jí)互感器效果較好；③提高硬件的采樣精度和計(jì)算準(zhǔn)確度；④設(shè)置先進(jìn)的新原理保護(hù)。由于我國(guó)多數(shù)地方的電力系統(tǒng)站用TA均采用的是P級(jí)，有的地方在高壓側(cè)采用TPY級(jí)，低壓側(cè)采用P級(jí)，嚴(yán)重影響兩側(cè)TA的不平衡性。保護(hù)定值要求整定在(0.3～0.5)In極個(gè)別地方整定在0.2In，定值門檻太低。

隨著計(jì)算機(jī)水平的發(fā)展，保護(hù)裝置硬件水平不斷的提高，多種原理的綜合運(yùn)用，采樣精度和計(jì)算準(zhǔn)確度也在提高。除此之外，也可以從編制的軟件著手，來防止區(qū)外故障切除時(shí)對(duì)保護(hù)造成的誤動(dòng)

3.結(jié)束語(yǔ)

近年來，微機(jī)保護(hù)裝置的應(yīng)用日益廣泛，但是變壓器主保護(hù)的誤動(dòng)原因仍是多方面的。本文僅給找不到變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)原因的技術(shù)人員提供一些思路，我們只有在安裝調(diào)試過程中把每一環(huán)節(jié)工作做細(xì)，按照檢驗(yàn)條例和有關(guān)規(guī)程規(guī)定，嚴(yán)把整組試驗(yàn)關(guān)，積極采取相應(yīng)措施，是可以提高變壓器差動(dòng)保護(hù)的可靠性的，或者完全可以避免主變?cè)谶\(yùn)行中差動(dòng)保護(hù)的誤動(dòng)作。

[1]林湘寧,劉沛.變壓器外部故障切除后差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)的機(jī)理分析[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2009,27(19).

[2]劉中平.變壓器外部故障切除后恢復(fù)性涌流的研究[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2009,29(8).