柏 強(qiáng)

（國(guó)網(wǎng)上海市電力公司檢修公司，上海 200063）

0 引言

根據(jù)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置的管理規(guī)定，對(duì)于新安裝的或大修后投產(chǎn)的主變，應(yīng)進(jìn)行5次充電合閘試驗(yàn)，一般每次間隔10min，在試驗(yàn)過程中要投入主變所有的主、后備保護(hù)功能。其目的，一方面是檢驗(yàn)主變耐受電壓沖擊的能力，另一方面檢測(cè)在沖擊過程中，主變差動(dòng)保護(hù)、非電量保護(hù)等應(yīng)可靠不動(dòng)作。但是在實(shí)際運(yùn)行中，主變?cè)诳粘浜祥l后往往會(huì)發(fā)生差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作跳閘的情況。本文主要闡述了在主變新裝后進(jìn)行空載合閘情況下，國(guó)產(chǎn)微機(jī)型主變差動(dòng)保護(hù)的勵(lì)磁涌流判別原理的區(qū)別及其造成的差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作情況的不同。

1 勵(lì)磁涌流產(chǎn)生的原因及特點(diǎn)

1.1 產(chǎn)生原因

變壓器空載合閘或區(qū)外故障切除后電壓恢復(fù)時(shí)，任何一側(cè)發(fā)生電壓驟增，基于磁鏈?zhǔn)睾愣梢鸬乃沧冞^程產(chǎn)生偏磁，導(dǎo)致鐵芯過度飽和，使勵(lì)磁電流很大，可達(dá)到額定電流的6～8倍。

1.2 波形特點(diǎn)

（1）包含很大成分的非周期分量，往往使涌流偏于時(shí)間軸的一側(cè)。（2）包含大量的高次諧波分量，并以二次諧波為主。（3）勵(lì)磁涌流波形之間出現(xiàn)間斷角。

2 上海電網(wǎng)超高壓主變保護(hù)配置情況

目前上海220KV電網(wǎng)的國(guó)產(chǎn)微機(jī)型主變保護(hù)主要采用的4個(gè)廠家的設(shè)備：南京南瑞RCS-978GB_SH、河南許繼WBH-801A、北京四方CSC-326、長(zhǎng)圓深瑞PRS-778S。

2.1 南瑞RCS-978GB_SH涌流判據(jù)

保護(hù)裝置采用三相差動(dòng)電流中二次諧波、三次諧波的含量來識(shí)別勵(lì)磁涌流，判別方程如下：

其中，I2nd、I3rd分別為每相差動(dòng)電流中的二次諧波和三次諧波，I1st為對(duì)應(yīng)相的差流基波，K2xb、K3xb分別為二次諧波和三次諧波制動(dòng)系數(shù)整定值。推薦K2xb整定為0.1～0.2，K3xb整定為0.1～0.2。

2.1.1 浮動(dòng)門檻定值判據(jù)

空充變壓器時(shí)，自適應(yīng)的采用浮動(dòng)的閉鎖定值，即空充時(shí)首先降低涌流閉鎖定值，然后隨時(shí)間逐步向整定的定值靠近。浮動(dòng)門檻定值判據(jù)和循環(huán)閉鎖判據(jù)不需用戶整定，在裝置識(shí)別到變壓器空充時(shí)自動(dòng)投入，而且僅在變壓器空充時(shí)起作用。

2.1.2 循環(huán)閉鎖判據(jù)

空充變壓器時(shí)，如果裝置通過三相差電流的綜合特征判斷為勵(lì)磁涌流狀態(tài)，將自適應(yīng)的投入短時(shí)間的循環(huán)閉鎖判據(jù)，以提高裝置躲避勵(lì)磁涌流的能力，之后，裝置自動(dòng)切換回分相閉鎖方式。如果裝置在這段循環(huán)閉鎖時(shí)間內(nèi)判別到變壓器內(nèi)部發(fā)生故障，依然可以快速開放差動(dòng)保護(hù)。

2.2 許繼WBH-801A勵(lì)磁涌流判據(jù)

變壓器空投時(shí)，三相勵(lì)磁涌流中往往有一相含有大量的二次諧波。但是，變壓器差動(dòng)保護(hù)各側(cè)電流要進(jìn)行相位調(diào)整，相位調(diào)整后的電流不再是真實(shí)的勵(lì)磁涌流，電流中的二次諧波含量也會(huì)發(fā)生變化。本裝置根據(jù)變壓器的不同工況自動(dòng)選擇電流計(jì)算二次諧波含量，如在變壓器空載合閘時(shí)采用相位調(diào)整前的電流計(jì)算二次諧波含量，因此，計(jì)算勵(lì)磁涌流的二次諧波含量更加真實(shí)，性能更加可靠。變壓器在正常運(yùn)行時(shí)，裝置采用差動(dòng)電流中的二次諧波含量來識(shí)別勵(lì)磁涌流。判別方程如下：

式中：Iop.2為差流中的二次諧波，Iop.1差流中的基波，K2為整定的二次諧波系數(shù)。如果某相差流滿足上式，同時(shí)閉鎖三相差動(dòng)保護(hù)。本裝置在采用二次諧波“或”閉鎖的同時(shí)采用空投主變過程中故障識(shí)別專利技術(shù)，短時(shí)投入按相綜合開放判據(jù)，既能正確識(shí)別勵(lì)磁涌流，又能在空投故障變壓器時(shí)快速可靠地開放差動(dòng)保護(hù)，提高在空投變壓器于故障時(shí)差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作速度。

2.3 長(zhǎng)圓深瑞PRS-778S勵(lì)磁涌流判據(jù)

本裝置利用三相差電流中的二次諧波與基波的比值作為勵(lì)磁涌流閉鎖判據(jù)，其動(dòng)作方程如下：

式中：I2nd為每相差動(dòng)電流中的二次諧波，I1st為對(duì)應(yīng)相差動(dòng)電流的基波，K2xb為二次諧波制動(dòng)系數(shù)。

該裝置采用深圳南瑞獨(dú)創(chuàng)的二次諧波復(fù)合邏輯制動(dòng)原理，該原理已為大量的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)所證實(shí)。具體如下：

（1）對(duì)Y/Δ接線變壓器，差流反映 Y形接線側(cè)兩相電流相量差。變壓器在Υ形接線側(cè)空投時(shí)，單相電流中較強(qiáng)的涌流特征（二次諧波含量或間斷角）在兩相電流相減后，差流中的涌流特征可能減弱。這種情況下，從差流提取二次諧波分量實(shí)現(xiàn)制動(dòng)的傳統(tǒng)方法可能失效。本裝置變壓器Y側(cè)的CT也按Y形接入，故當(dāng)差流二次諧波未能制動(dòng)時(shí)，可進(jìn)一步用原始兩個(gè)相電流中的二次諧波進(jìn)行制動(dòng)，這就大大提高了涌流制動(dòng)的可靠性。

（2）常規(guī)二次諧波涌流制動(dòng)原理在任一相差流涌流制動(dòng)時(shí)，閉鎖全部三相比率差動(dòng)保護(hù)，稱為“或”制動(dòng)邏輯。若單純用“或”邏輯進(jìn)行制動(dòng)，空投于故障變壓器時(shí)，差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作速度有可能較慢。本裝置則根據(jù)涌流和故障電流在三相差流中的反映，采用涌流復(fù)合制動(dòng)邏輯：在變壓器無故障時(shí)采用“或”邏輯制動(dòng)方式可靠地避開涌流，空投于故障變壓器時(shí)自動(dòng)轉(zhuǎn)換為分相制動(dòng)方式。保證了空投于故障變壓器時(shí)比率差動(dòng)保護(hù)仍能快速靈敏動(dòng)作。

2.4 四方的CSC-326D勵(lì)磁涌流判據(jù)

2.4.1 采用三相差動(dòng)電流中二次諧波與基波的比值作為勵(lì)磁涌流閉鎖判據(jù)

式中：Idφ2為差動(dòng)電流中的二次諧波分量；Kxb2為二次諧波制動(dòng)系數(shù)定值；Idφ為差動(dòng)電流中的基波分量。采用“或門”閉鎖方式：任一相差流的二次諧波含量大于閉鎖定值即閉鎖三相差動(dòng)保護(hù)。

2.4.2 空充于故障時(shí)的動(dòng)作判據(jù)

空充于變壓器差動(dòng)保護(hù)區(qū)內(nèi)故障時(shí)采用：當(dāng)空充于區(qū)內(nèi)故障時(shí)，保護(hù)通過對(duì)故障電流波形的特征及變化趨勢(shì)的判別，開放故障相差動(dòng)保護(hù)。

由上述各廠家的原理可見，在針對(duì)變壓器空載合閘時(shí)產(chǎn)生的高次諧波以二次諧波分量為主的特征，均采用了以該諧波所占基波分量的比例為主要判斷條件，同時(shí)輔以不同的故障判別方式來開放合于故障的跳閘邏輯。針對(duì)上海地區(qū)的使用習(xí)慣，各廠家在二次諧波制動(dòng)的初期均采用交叉閉鎖的方式，保證任意一相有高于定值的二次諧波均能閉鎖三相。在諧波閉鎖后期，各廠家根據(jù)其保護(hù)運(yùn)行方面的經(jīng)驗(yàn)值，采用不同的時(shí)延來開放比率差動(dòng)的出口，由于大容量的變壓器勵(lì)磁涌流衰減是很慢的，因此在主變空載合閘后各廠家的保護(hù)可能將產(chǎn)生不同的動(dòng)作行為。

3 跳閘事件實(shí)例

2011年，上海220KV大場(chǎng)站進(jìn)行新站投運(yùn)，對(duì)2臺(tái)240MVA主變進(jìn)行5次沖擊合閘試驗(yàn)。2號(hào)主變?cè)谶M(jìn)行第1次沖擊合閘時(shí)，主變第2套差動(dòng)保護(hù)（南京南瑞RCS-978GB_SH）動(dòng)作出口，跳開主變220KV開關(guān)，但是第1套差動(dòng)保護(hù)（深圳南瑞PRS-778S）未動(dòng)作，因此對(duì)2套保護(hù)動(dòng)作不一致情況進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)分析。根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，在進(jìn)行新裝主變的沖擊試驗(yàn)時(shí)，由于每次合閘角的不同，確實(shí)可能存在保護(hù)動(dòng)作跳閘的情況，就本次2套保護(hù)不同動(dòng)作情況的發(fā)生，需要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)接線情況和保護(hù)原理進(jìn)行區(qū)別討論。

在檢查完兩套保護(hù)裝置的二次接線情況后，可以確認(rèn)現(xiàn)場(chǎng)回路完全按圖施工，電流回路接線情況完好，二次回路極性不存在問題，因此此次檢查集中于裝置保護(hù)原理的分析驗(yàn)證。在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)取第2套主變保護(hù)（南京南瑞RCS-978GB_SH）內(nèi)部信息可見：

保護(hù)動(dòng)作相別為：B相

最大縱差電流為：1.86Ie

動(dòng)作報(bào)告中顯示跳閘時(shí)間為：2011-06-2910：40：37：716

動(dòng)作時(shí)間為：102 ms

動(dòng)作元件為：縱差比例差動(dòng)

從故障情況分析，本次主變差動(dòng)電流動(dòng)作值超過了整定值（0.5Ie），但是在5次沖擊合閘中不可能僅本次動(dòng)作電流達(dá)到動(dòng)作值，故懷疑在該主變沖擊產(chǎn)生勵(lì)磁涌流時(shí)二次諧波閉鎖功能是否失效。對(duì)2套主保護(hù)檢查情況如下：

3.1 第2套差動(dòng)保護(hù)（RCS-978GB）動(dòng)作及錄波波形分析：

該套保護(hù)主后備均投入，保護(hù)整定差動(dòng)定值為0.5Ie，二次諧波制動(dòng)定值為15%。調(diào)用站內(nèi)故障錄波儀存儲(chǔ)文件，將故障時(shí)的錄波文件打開如圖1和圖2所示。

圖1 調(diào)用站內(nèi)故障錄波儀存儲(chǔ)文件

圖2 調(diào)用站內(nèi)故障錄波儀存儲(chǔ)文件

圖1中2號(hào)主變?cè)赥1時(shí)刻開始勵(lì)磁，采樣波形中勵(lì)磁涌流的波形比較明顯，偏于時(shí)間軸一側(cè)，可見二次諧波分量較大，在通道諧波分析表格中可見ABC三相均超過97%，此時(shí)保護(hù)可靠制動(dòng)。

繼續(xù)移動(dòng)光標(biāo)可見，波形在經(jīng)15ms左右時(shí)間后，2號(hào)主變220KV側(cè)電流B相二次諧波分量逐漸衰減至14.46%，低于二次諧波閉鎖整定值15%，但此時(shí)由于保護(hù)交叉閉鎖功能存在，保護(hù)未出口。

再次移動(dòng)光標(biāo)到T2時(shí)刻可見，經(jīng)100ms左右，保護(hù)出口動(dòng)作。經(jīng)廠方研發(fā)人員解釋，該套保護(hù)的二次諧波交叉閉鎖功能固定約為100ms左右，保護(hù)動(dòng)作行為符合其設(shè)計(jì)原理的要求。

3.2 第1套差動(dòng)保護(hù)（PRS-778S）情況分析

主保護(hù)的差動(dòng)速斷保護(hù)、比率差動(dòng)保護(hù)均投入，采用二次諧波制動(dòng)方式，二次諧波制動(dòng)系數(shù)為0.15。

對(duì)比站內(nèi)錄波和裝置內(nèi)部錄波波形分析，圖3為錄波器原始波形，圖4為裝置波形回放波形圖。高壓側(cè)A、C相相電流含有諧波超過15%，B相相電流含有諧波小于15%。差流中A，C相含有諧波超過15%，B相差流中諧波含量小于15%。

由波形分析得知：裝置中A，B，C三相中均含有差流，A相、C相差流中的諧波達(dá)到15%，不滿足動(dòng)作條件，B相差流中諧波未達(dá)到15%，只B相滿足動(dòng)作條件，此時(shí)，裝置采用“或”邏輯進(jìn)行制動(dòng)，在任意一相差流涌流制動(dòng)（A，C相均滿足差流涌流制動(dòng)條件）時(shí)，裝置采用足夠的延時(shí)來閉鎖全部三相比率差動(dòng)保護(hù)來可靠地避開涌流，因此保護(hù)動(dòng)作行為正確。

綜上所述，本次主變啟動(dòng)時(shí)由勵(lì)磁涌流引起的差動(dòng)保護(hù)跳閘事件，從2個(gè)廠家的原理分析上是由于采用了不同的邏輯判據(jù)導(dǎo)致的保護(hù)裝置不同動(dòng)作行為，鑒于在5次沖擊試驗(yàn)中僅動(dòng)作一次，且動(dòng)作行為符合廠方設(shè)計(jì)原理，因此該2套保護(hù)可正常投運(yùn)。

4 主變空充時(shí)對(duì)差動(dòng)保護(hù)的改進(jìn)措施及建議

為防止主變空充時(shí)，由于勵(lì)磁涌流引起變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作，本文建議采取以下措施進(jìn)行防范：

圖3 錄波器原始波形

圖4 裝置波形回放波形圖

（1）根據(jù)上海地區(qū)的整定習(xí)慣，一般將二次諧波占基波比例設(shè)置為15%（臨界值），結(jié)合在工程實(shí)踐中的經(jīng)驗(yàn)，目前所用的變壓器容量日益增大，對(duì)于該定值的設(shè)置是否還能滿足現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用，需要整定人員進(jìn)行重新核算，借鑒其他地區(qū)運(yùn)行整定經(jīng)驗(yàn)，提高差動(dòng)保護(hù)躲勵(lì)磁涌流的性能。

（2）對(duì)于新裝保護(hù)設(shè)備選型時(shí)，要對(duì)差動(dòng)保護(hù)的性能了解清楚，除可整定部分內(nèi)容外還需了解廠方內(nèi)部隱含邏輯判別功能，根據(jù)變壓器的容量不同，可選適合所用的保護(hù)裝置。

（3）建議保護(hù)廠家在裝置原理上加以改進(jìn)，對(duì)主變空充時(shí)產(chǎn)生的勵(lì)磁涌流在采樣計(jì)算時(shí)進(jìn)行有效抑制，可靠區(qū)分是否空充于故障，提高保護(hù)動(dòng)作的可靠性。

5 結(jié)語

就上述4種國(guó)產(chǎn)微機(jī)型主變保護(hù)的涌流判斷邏輯看來，變壓器空充時(shí)勵(lì)磁涌流引起差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作的可能性仍然存在，跳閘后如何對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行判斷，區(qū)分故障與否，并將非故障設(shè)備盡快投入運(yùn)行將是對(duì)繼電保護(hù)專業(yè)從業(yè)人員的考驗(yàn)。我們將借助不斷發(fā)展先進(jìn)的裝置和自身扎實(shí)的專業(yè)理論知識(shí)，保證電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。