李軍保

（浙江省能源集團(tuán)有限公司，杭州310007）

高壓廠變有載合閘時(shí)的差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作分析

李軍保

（浙江省能源集團(tuán)有限公司，杭州310007）

分析了一起廠用負(fù)荷由起備變低壓側(cè)切到高壓廠變低壓側(cè)時(shí)，高壓廠變差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)的案例，結(jié)果表明由于起備變和高壓廠變低壓側(cè)電壓之間相位差較大，導(dǎo)致切換過(guò)程中產(chǎn)生了有載合閘勵(lì)磁涌流，衰減直流分量使電流互感器局部暫態(tài)飽和，兩側(cè)校正電流出現(xiàn)了較大的相位偏差，從而產(chǎn)生了差動(dòng)電流，導(dǎo)致比率差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作。為了防止再發(fā)生類(lèi)似事故，可采取提高廠變比率差動(dòng)保護(hù)啟動(dòng)定值或二次諧波綜合制動(dòng)等技術(shù)措施。

變壓器；差動(dòng)保護(hù)；勵(lì)磁涌流；有載合閘；二次諧波制動(dòng)

長(zhǎng)期以來(lái)，勵(lì)磁涌流一直是變壓器縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)研究的焦點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了大量的研究，提出了很多防止勵(lì)磁涌流導(dǎo)致變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)的判據(jù)，如二次諧波制動(dòng)法、波形對(duì)稱(chēng)法、間斷角原理和等效瞬時(shí)電感判別法等[1-3]，但研究的重點(diǎn)大多集中在空載合閘勵(lì)磁涌流或和應(yīng)涌流上，而對(duì)于有載合閘勵(lì)磁涌流則研究較少[4-5]，尚未引起足夠重視。

本文分析了一起高壓廠用變壓器（簡(jiǎn)稱(chēng)高壓廠變）有載合閘勵(lì)磁涌流導(dǎo)致變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)的案例，根據(jù)合閘過(guò)程中勵(lì)磁涌流的特征，提出防止變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)的幾項(xiàng)技術(shù)措施。

1 保護(hù)誤動(dòng)概況

某發(fā)電廠34號(hào)起備變保護(hù)改造施工結(jié)束，進(jìn)入34號(hào)起備變帶負(fù)荷試驗(yàn)，在4號(hào)機(jī)帶負(fù)荷試驗(yàn)完成后，6 kV 4A段廠用負(fù)荷由34號(hào)起備變切至4A高壓廠變（如圖1所示），廠用電快切裝置采用并聯(lián)切換方式，6 kV工作段4A進(jìn)線開(kāi)關(guān)合閘后，4A高壓廠變第二套差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作跳閘。

對(duì)保護(hù)裝置進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)，4A高壓廠變第2套保護(hù)裝置T60的B，C相差動(dòng)保護(hù)均啟動(dòng)，其中C相差動(dòng)只啟動(dòng)未出口，B相差動(dòng)約7.5 ms后動(dòng)作出口；檢查4A高壓廠變第1套T60的事件記錄，發(fā)現(xiàn)B相差動(dòng)保護(hù)啟動(dòng)，但是未出口。由于2套變壓器差動(dòng)保護(hù)只有1套動(dòng)作，根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，初步判斷第二套T60動(dòng)作不正確。

圖1 廠用負(fù)荷的切換示意

2 保護(hù)錄波數(shù)據(jù)分析

4A高壓廠變采用DY-1接線方式，容量為34 MVA，電壓變比為22/6.3 kV，高壓側(cè)TA變比1500/5 A，低壓側(cè)TA變比5000/5 A。經(jīng)計(jì)算，高壓側(cè)二次額定電流為2.97 A，低壓側(cè)二次額定電流為3.12 A。

T60變壓器比率差動(dòng)保護(hù)定值為：?jiǎn)?dòng)定值0.2 pu（相當(dāng)于0.34Ie），比率制動(dòng)斜率0.25，二次諧波制動(dòng)系數(shù)15%，采用分相制動(dòng)方式。

保護(hù)裝置記錄下了高壓廠變的高、低壓側(cè)電流波形，如圖2和圖3所示，高壓廠變高壓側(cè)電流中含有明顯的衰減直流分量，并且衰減的速度比較慢，高壓廠變低壓側(cè)電流發(fā)生了比較明顯的畸變。高壓廠變低壓側(cè)相間電壓沒(méi)有明顯變化，不具有故障特征。

高壓廠變差動(dòng)電流計(jì)算采用Y→Δ相位轉(zhuǎn)換方式，以高壓廠變高壓側(cè)為基準(zhǔn)，高壓側(cè)平衡系數(shù)為1，低壓側(cè)平衡系數(shù)為0.952，高、低壓側(cè)校正電流及三相差動(dòng)電流波形如圖4和圖5所示?？梢?jiàn)，高壓廠變?nèi)嗖顒?dòng)電流均完全偏向橫軸一側(cè)，含有明顯的衰減直流分量。

由圖4可見(jiàn)，高壓廠變高、低壓側(cè)校正電流之間產(chǎn)生了一定的相位偏差（正常運(yùn)行情況下，兩者之間的相位差應(yīng)為180°），采用傅立葉算法計(jì)算的三相校正電流相位差如圖6所示?？梢?jiàn)，高、低壓側(cè)B，C相校正電流之間的相位差偏離180°接近20°，A相的偏差要小得多。

圖2 高壓廠變高壓側(cè)三相電流波形

圖3 高壓廠變低壓側(cè)三相電流波形

圖4 高壓廠變高、低壓側(cè)校正電流波形

圖5 高壓廠變?nèi)嗖顒?dòng)電流波形

圖6 高、低壓側(cè)校正電流之間的相位差

圖7 高、低壓側(cè)校正電流的基波幅值

高、低壓側(cè)校正電流的基波幅值計(jì)算結(jié)果如圖7所示。由圖7可見(jiàn)，高、低壓側(cè)A，B兩相校正電流之間產(chǎn)生了比較大的幅值偏差，而C相比較接近，再考慮到兩側(cè)B，C兩相校正電流的相位差比較大，最終產(chǎn)生了比較大的B相差流。

三相差動(dòng)電流基波幅值與比率差動(dòng)的動(dòng)作門(mén)檻之間的關(guān)系如圖8所示。可見(jiàn)，B相差動(dòng)電流滿足了比率差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作條件。

圖8 差動(dòng)電流與比率差動(dòng)保護(hù)實(shí)時(shí)動(dòng)作門(mén)檻的關(guān)系

變壓器差動(dòng)保護(hù)還需要經(jīng)二次諧波制動(dòng)，三相差流的二次諧波幅值I2ω與15%的基波幅值I15%的關(guān)系如圖9所示。

圖9 三相差流的二次諧波幅值與15%的基波幅值的關(guān)系

由圖9可見(jiàn)，B相差流最大的時(shí)段，二次諧波制動(dòng)只開(kāi)放了不到10 ms，第二套差動(dòng)保護(hù)并沒(méi)有動(dòng)作，隨后B相差流的基波分量開(kāi)始衰減，二次諧波分量也在衰減，并且二次諧波衰減的速度比基波快得多，最終導(dǎo)致B相差流中的二次諧波含量低于15%，由于T60選擇了分相制動(dòng)方式，因此，滿足了比率差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作條件。

當(dāng)然，如果采用單相制動(dòng)三相的方式，能夠防止誤動(dòng)，但該方式可能導(dǎo)致變壓器空投于內(nèi)部故障時(shí)延緩動(dòng)作甚至拒動(dòng)，因此，不值得推薦。

國(guó)內(nèi)有保護(hù)廠家采用如式（1）所示的二次諧波綜合制動(dòng)判據(jù)[6]：

式中：IA2ω、IB2ω和IC2ω分別為三相差流的二次諧波幅值；IAω、IBω和ICω分別為三相差流的基波幅值；k為二次諧波制動(dòng)系數(shù)定值。

k值一般整定為15%，當(dāng)三相差流的二次諧波最大值與三相差流基波最大值的比值超過(guò)二次諧波制動(dòng)系數(shù)時(shí)，閉鎖比率差動(dòng)保護(hù)。綜合制動(dòng)方式的制動(dòng)效果介于分相制動(dòng)和單相制動(dòng)三相之間，能夠兼顧防誤動(dòng)和防拒動(dòng)。

由圖8和圖9可見(jiàn)，本案例中三相差動(dòng)電流基波最大相為B相，而二次諧波的最大相為A相，因此，A相差流二次諧波幅值與B相差流基波幅值的比值必然大于圖9中B相差流的二次諧波含量而實(shí)現(xiàn)制動(dòng)。

3 分析結(jié)果與改進(jìn)措施

經(jīng)確認(rèn)，廠用負(fù)荷切換前高壓廠變低壓側(cè)與起備變低壓側(cè)電壓之間有超過(guò)16°的角差，而正常時(shí)角差一般不超過(guò)11°，當(dāng)廠用負(fù)荷由起備變低壓側(cè)切換到高壓廠變低壓側(cè)時(shí)，高壓廠變等效勵(lì)磁電感上的電壓出現(xiàn)了非周期的波動(dòng)，產(chǎn)生了有載合閘勵(lì)磁涌流（與和應(yīng)涌流的產(chǎn)生機(jī)理類(lèi)似，都是由于公共母線電壓非周期的變化引起的[2]），使得高壓廠變高壓側(cè)電流中含有衰減速度很慢的直流分量，導(dǎo)致高壓廠變兩側(cè)電流互感器局部暫態(tài)飽和，兩側(cè)校正電流之間出現(xiàn)了相位差，從而產(chǎn)生了幅值并不是很大的差動(dòng)電流。

由于該過(guò)程中相電流并沒(méi)有明顯增大，差動(dòng)保護(hù)的制動(dòng)電流不大，B相差動(dòng)電流處于比率制動(dòng)曲線之上，并且B相差動(dòng)電流的二次諧波含量不高，采用的又是分相制動(dòng)方式，B相比率差動(dòng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)制動(dòng)，使得變壓器差動(dòng)保護(hù)發(fā)生誤動(dòng)。

由于進(jìn)口差動(dòng)保護(hù)沒(méi)有二次諧波綜合制動(dòng)方式，為了防止再發(fā)生類(lèi)似誤動(dòng)情況，可采取以下技術(shù)措施：

（1）適當(dāng)提高高壓廠變比率差動(dòng)保護(hù)的啟動(dòng)定值。

（2）將二次諧波制動(dòng)方式由“分相制動(dòng)”改為“單相制動(dòng)三相”。

[1]王維儉.電氣主設(shè)備繼電保護(hù)原理與應(yīng)用[M].北京：中國(guó)電力出版社，1996.

[2]袁宇波，李德佳，陸于平，等.變壓器和應(yīng)涌流的物理機(jī)理及其對(duì)差動(dòng)保護(hù)的影響[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2005，29（6）∶9-14.

[3]畢大強(qiáng)，孫葉，李德佳，等.和應(yīng)涌流導(dǎo)致差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)原因分析[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2007，31（22）∶36-40.

[4]翁漢琍，林湘寧，劉沛.變壓器有載合閘時(shí)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)的分析[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2006，26（20）∶27 -31.

[5]林湘寧，劉沛，劉世明，等.變壓器有載合閘的超飽和現(xiàn)象及對(duì)變壓器差動(dòng)保護(hù)的影響[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2002，22（3）∶6-11.

[6]許正亞.變壓器及中低壓網(wǎng)絡(luò)數(shù)字式保護(hù)[M].北京：中國(guó)水利水電出版社，2004.

（本文編輯：楊勇）

Analysis on Mal-operation of Differential Protection of High-voltage Auxiliary Transformer During On-load Switch-in

LI Jun-bao
（Zhejiang Provincial Energy Group Company Ltd.，Hangzhou 310007，China）

This paper introduces a case of mal-operation of auxiliary transformer differential protection during the auxiliary load is switched from low voltage side of standby transformer to that of auxiliary transformer.The analysis results show that the phase difference between low voltage side of standby transformer and low voltage side of auxiliary transformer causes excitation surge current during the switching.The partial transient saturation of the current transformer due to the slowly attenuated direct component of the surge current and significant phase difference of correcting current at both sides that causes differential current are main reasons of mal-operation of differential operation.In order to prevent the next reoccurrence of similar accidents,measures such as elevation of ratio differential starting value and comprehensive harmonic restraint mode may be taken.

transformer；differential protection；excitation surge current；loaded transformer energization; second harmonic restraint

TM771

：B

：1007-1881（2013）07-0018-04

2013-01-29

李軍保（1965-），男，浙江仙居人，高級(jí)工程師，主要從事發(fā)電廠電氣專(zhuān)業(yè)技術(shù)管理工作。