淺談變壓器差動保護(hù)

喬麗毛

摘要：電力變壓器作為聯(lián)系不同電壓等級網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備，是電力系統(tǒng)中非常重要的元件。差動保護(hù)作為其主保護(hù)由于較高的靈敏性和良好的選擇性而被廣泛的應(yīng)用。本文簡要闡述了變壓器比率制動差動保護(hù)的動作原理并結(jié)合本廠微機(jī)差動保護(hù)裝置淺談接線組別和變比的歸算問題以及與其相配合的其它保護(hù)，最后簡要的介紹了微機(jī)型差動保護(hù)繼保定值校驗(yàn)方法。

關(guān)鍵詞：變壓器、差動保護(hù)

一、變壓器的故障和保護(hù)配置概述

變壓器的故障可分為油箱內(nèi)部故障和油箱外部故障。內(nèi)部故障指的是箱殼內(nèi)部發(fā)生的故障，有繞組的相間短路故障、繞組的閘間短路故障、繞組的鐵芯間的短路故障、變壓器繞組引線與外殼發(fā)生的單相接地短路，此外還有繞組的斷線故障。外部故障指的是箱殼外部引出線間的各種相間短路故障和引出線因絕緣套關(guān)閃絡(luò)或破壞通過箱殼發(fā)生的單相接地短路。

變壓器的保護(hù)分電量保護(hù)和非電量保護(hù)兩種。電量保護(hù)有：差動保護(hù)、差速斷保護(hù)、二次諧波制動保護(hù)、TA斷線閉鎖保護(hù)、PT斷線保護(hù)、過負(fù)荷、負(fù)序電壓啟動的過流高低后備保護(hù)等。非電量保護(hù)有：輕重瓦斯保護(hù)、速動油壓、壓力釋放、油溫高、冷卻故障等。其中重瓦斯、差動保護(hù)、差速斷保護(hù)共同構(gòu)成了變壓器的主保護(hù)。

二、變壓器比率制動差動保護(hù)及繼電保護(hù)定值校驗(yàn)

油箱內(nèi)部故障立即會造成嚴(yán)重的損壞，變壓器差動保護(hù)用來反映變壓器繞組的相間短路故障、繞組的匝間短路故障、中性點(diǎn)接地側(cè)繞組的接地故障以及引出線的接地故障。

1、變壓器差動保護(hù)動作原理

差動保護(hù)如圖一所示由變壓器兩側(cè)的TA和差動元件按環(huán)流法接線，保護(hù)范圍為構(gòu)成差動保護(hù)的TA所包含的范圍。

差動保護(hù)是根據(jù)被保護(hù)區(qū)域內(nèi)的電流變化差額而動作的。在正常情況下或保護(hù)范圍外發(fā)生故障時，兩側(cè)電流互感器二次側(cè)電流大小相等，相位相同，流入差動繼電器中的電流等于流出電流，因此流經(jīng)繼電器的差電流為零保護(hù)不動作，但如果在保護(hù)區(qū)內(nèi)發(fā)生短路故障，則只有流進(jìn)繼電器的電流沒有流出電流，總電流為變壓器兩側(cè)電流向量和不再為零，當(dāng)達(dá)到啟動值時繼電器動作使其跳閘切除故障從而起到保護(hù)作用。

2、相位校正和幅值校正

2.1相位校正

電力系統(tǒng)中變壓器常采用Y，d11接線方式，因此變壓器兩側(cè)電流的相位差30°，若兩側(cè)的TA采用相同的接線方式，則兩側(cè)對應(yīng)的二次電流也相差30°左右，從而產(chǎn)生很大的不平衡電流因此必須先進(jìn)行相位補(bǔ)償。

傳統(tǒng)相位補(bǔ)償方法是將變壓器星形側(cè)的TA二次側(cè)接成三角形，將變壓器的三角形側(cè)的TA二次側(cè)接成星形。隨著微機(jī)自動化裝置的出現(xiàn)變壓器現(xiàn)廣泛采用微機(jī)保護(hù)裝置，以我廠為例變壓器差動保護(hù)裝置裝置有GE T35、力導(dǎo)DMP322、西門子7UT613、南京泰能NAS 925。在微機(jī)型變壓器保護(hù)中，相位的校正在軟件中實(shí)現(xiàn)，兩側(cè)的差動TA都是Y接線。

2.2幅值校正

由于變壓器的變比、各側(cè)實(shí)際使用的TA變比之間不能完全滿足一定的關(guān)系，在正常運(yùn)行和外部故障時變壓器兩側(cè)差動TA的二次電流幅值不完全相同，即使經(jīng)過相位校正，從兩側(cè)流入各相差動元件的電流幅值也不同在正常運(yùn)行或外部故障時無法滿足∑I=0的關(guān)系。

在微機(jī)型變壓器保護(hù)裝置中，采用在軟件上進(jìn)行幅值校正。引入了一個將兩個大小不等的電流折算成作用完全相同的電流的折算系數(shù)，該系數(shù)稱作不平衡系數(shù)。將一側(cè)的電流作為基準(zhǔn)，將另一側(cè)電流乘以該側(cè)的平衡系數(shù)使正常運(yùn)行或外部故障時經(jīng)過相位校正和幅值校正以后兩側(cè)的電流幅值相等。

根據(jù)變壓器的容量、接線組別、各側(cè)電壓及各側(cè)差動TA的變比，可以計算出差動兩側(cè)之間的平衡系數(shù)，下面以我廠所用差動保護(hù)裝置為例簡要介紹各裝置不平衡系數(shù)的計算原則。

2.2.1 T35數(shù)字式變壓器差動保護(hù)

例：保護(hù)定值及變壓器相關(guān)參數(shù)

高壓側(cè)CT變比：300/1? ? 低壓側(cè)CT變比：300/1

變壓器容量：16000KVA? ?變壓比：35/6.3KV? ?接線組別：YD/11

<1>基準(zhǔn)側(cè)

T35自動對CT的不匹配進(jìn)行補(bǔ)償，在計算差流和制動電流之前，所有電流都以變壓器一側(cè)繞組的CT為基準(zhǔn)折算成標(biāo)幺值并且都折算到參考繞組一側(cè)。參考繞組由保護(hù)裝置選擇，繞組額定電流與CT一次電流最接近的繞組被選為參考側(cè)，由參考側(cè)CT決定差動元件動作特性的設(shè)置。

I高=16000/3 35=264A? ? ?I低=16000/3 6.3=1466.3A

Imargin=300/264=1.14? ? ? Imargin=2000/1466.3=1.36

上式得基準(zhǔn)側(cè)為高壓側(cè)

<2>各側(cè)補(bǔ)償系數(shù)的計算

M [1]=（300A35KV）/（300A35KV）=1

M [2]=（2000A6.3KV）/（300A35KV）=1.2

2.2.2力導(dǎo)DMP322變壓器微機(jī)差動保護(hù)效驗(yàn)

<1>基準(zhǔn)側(cè)：不平衡系數(shù)以高壓側(cè)為基準(zhǔn)

<2>各側(cè)補(bǔ)償系數(shù)的計算

高壓側(cè)不平衡系數(shù)固化為“1”，

低壓側(cè)不平衡系數(shù)=6.3*2000*3 /（35*300*1）=2.08

2.2.3 西門子7UT612數(shù)字式變壓器微機(jī)差動保護(hù)效驗(yàn)

<1>基準(zhǔn)側(cè)：以額定電壓和CT一次額定電流作為基準(zhǔn)。

<2>各側(cè)補(bǔ)償系數(shù)的計算

兩側(cè)的補(bǔ)償系數(shù)均以電流互感器二次額定值為基準(zhǔn)

由變壓器相關(guān)參數(shù)得：高側(cè)Ie=0.88A? 低側(cè)Ie=0.733A

KP1=1/0.88=1.136? ? ? ? ?KP2=1/0.733=1.364

2.2.4南自泰能NAS-925變壓器微機(jī)差動保護(hù)

<1>基準(zhǔn)側(cè)：

差動繼電器內(nèi)部基準(zhǔn)電流取電流互感器的二次額定值（5A）。

<2>各側(cè)補(bǔ)償系數(shù)的計算

兩側(cè)的補(bǔ)償系數(shù)均以電流互感器二次額定值為基準(zhǔn)

由變壓器相關(guān)參數(shù)得：高側(cè)Ie=3.3A? 低側(cè)Ie=3.67A

KP1=5/3.3=1.515? ? ? ? ?KP2=5/3.67=1.36

3、差動元件比率制動特性

當(dāng)計算得到的差電流和制動電流所對應(yīng)的工作點(diǎn)位于該折線上方，差動元件動作。

一段折線式比率制動特性由于在制動電流較小時其動作區(qū)小，在匝間短路的情況下靈敏度很差，所以在變壓器差動保護(hù)中目前采用較多的是二段折線式比率制動特性。該特性曲線由三個參數(shù)決定：即啟動電流、拐點(diǎn)電流及比率制動系數(shù)。由于差動元件的動作靈敏度及躲區(qū)外故障的能力與其動作特性有關(guān)，因此也與這三個參數(shù)有關(guān)。

4、其它保護(hù)的配置

4.1 差速斷

當(dāng)變壓器內(nèi)部出現(xiàn)嚴(yán)重故障時，由于故障電流很大，將有可能導(dǎo)致CT飽和，致使差動元件拒動造成變壓器嚴(yán)重?fù)p壞，因此器加入差動速斷保護(hù)。

4.2 TA斷線閉鎖與解除

為確保差動保護(hù)動作的靈敏性比率制動特性的差動元件啟動電流很小，這樣當(dāng)差動元件某側(cè)TA二次的一相或者兩相斷線時差動保護(hù)可能誤動，因此在微機(jī)型變壓器保護(hù)中設(shè)置有TA斷線閉鎖元件，一旦出現(xiàn)差動TA二次回路斷線，立即發(fā)出信號并根據(jù)需要將差動保護(hù)閉鎖。

變壓器的容量越大TA變比就越大，眾所周知TA二次回路不能開路，當(dāng)TA二次發(fā)生開路由于其開路電壓很大為防止人身傷害及損壞設(shè)備TA斷線閉鎖元件不應(yīng)去閉鎖差動保護(hù)讓差動動作快速切除變壓器。

4.3二次諧波制動

在空載投入變壓器或外部故障切除后恢復(fù)供電等情況下變壓器勵磁電流的數(shù)值可達(dá)變壓器額定電流的6-8倍由于其幅值很大不采取措施將造成差動保護(hù)誤動。研究表明勵磁涌流中含有明顯的高次諧波其中以2次諧波為主。二次諧波制動原理就是利用躲過差動元件差電流中的二次諧波量作為制動量，區(qū)分出差流時內(nèi)部故障的短路電流還是勵磁涌流從而實(shí)現(xiàn)勵磁涌流閉鎖的。

為確保動作的選擇性，在變壓器上還應(yīng)配置有復(fù)壓閉鎖的方向過流保護(hù)作為變壓器和相鄰元件相間短路故障的后備保護(hù)，還有過負(fù)荷、變壓器本身的速斷、過流保護(hù)等。

5、變壓器差動保護(hù)的校驗(yàn)方法

本次試驗(yàn)選用儀器為昂立660，被試驗(yàn)裝置以GE T35為例進(jìn)行說明。

首先將測試儀兩組電流與T35兩組差動TA分別分相相連接，測試儀節(jié)點(diǎn)與T35差動跳閘出口相連接。

在“保護(hù)定值”里把“差動保護(hù)”控制字置為“1”或“投入”，其他控制字均置為“0”或“退出”。對于有差動保護(hù)硬壓板的保護(hù)裝置，還應(yīng)把“差動保護(hù)”硬壓板投入。

雙擊選擇動試驗(yàn)”菜單，選擇擴(kuò)展差動（三相差動試驗(yàn)，六路電流）在保護(hù)定義中根據(jù)實(shí)際選擇變壓器保護(hù)，根據(jù)實(shí)際設(shè)置變壓器接線組別，根據(jù)微機(jī)保護(hù)裝置選擇保護(hù)基準(zhǔn)側(cè)，根據(jù)說明書選擇動作/制動方程公式，并根據(jù)前面介紹計算出相應(yīng)的補(bǔ)償系數(shù)并輸入其內(nèi)。根據(jù)已知定值輸入制動電流測試點(diǎn)區(qū)間值，動作門檻值，速斷整定值，參數(shù)設(shè)置完畢后按測試儀面板Start快捷鍵開始試驗(yàn)。

試驗(yàn)過程中，根據(jù)設(shè)置的動作方程和制動方程，結(jié)合當(dāng)前制動電流Ir和正在搜索的動作電流Id大小，測試儀將自動計算出兩側(cè)電流，有Iabc，Ixyz輸出，同時接收保護(hù)的動作信號，按照兩分法在比率制動特性曲線兩側(cè)進(jìn)行掃描，逐漸逼近確定出動作邊界，并自動計算出比率制動系數(shù)。等所有測試點(diǎn)均測試完畢，程序自動結(jié)束試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)束后根據(jù)比率差動特性曲線以及數(shù)據(jù)報告確定定值校驗(yàn)是否正確，裝置是否正確可靠動作。

三、結(jié)束語

電力能源已成為我們生活中不可或缺的一部分，如果電力輸送出現(xiàn)問題，不僅給我們的生活工作帶來嚴(yán)重的困擾還會造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。而變壓器差動保護(hù)能夠?yàn)榕潆娋€路的正常運(yùn)行提供可靠的保障，分析和掌握變壓器差動保護(hù)原理能夠在極大程度上避免線路故障問題。

參考文獻(xiàn)

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