電力變壓器是發(fā)電廠和變電站的主要電氣設(shè)備,對電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。差動保護(hù)作為變壓器的主保護(hù),在有變壓器繞組和引線的多相短路、中性點(diǎn)直接接地電網(wǎng)側(cè)繞組和引線的接地短路以及繞組匝間短路故障時必須保證可靠動作,因此,對變壓器差動保護(hù)的要求很高。
差動保護(hù)的工作原理基爾霍夫電流定律,當(dāng)變壓器正常工作或區(qū)外故障時,內(nèi)部不消耗能量,則流入變壓器的電流和流出電流(折算后的電流)相等,差動保護(hù)不動作。當(dāng)變壓器內(nèi)部故障時,內(nèi)部消耗能量,由電源側(cè)向變壓器內(nèi)部提供短路電流,差動保護(hù)感受到差電流,差動保護(hù)動作。差動保護(hù)由比率差動和差動速斷兩個保護(hù)功能組成。
比率差動保護(hù): 比率差動采用兩段(三段)動作曲線,能夠有效避開正常運(yùn)行時的不平衡電流及勵磁涌流,靈敏度高。其有躲勵磁涌流的閉鎖措施如:二次諧波、波形對稱等。
差動電流速斷保護(hù):采用三相差動電流中任一相大于差動電流速斷定值時瞬時動作出口,類似于普通過流保護(hù),該保護(hù)計(jì)算更準(zhǔn)確,可以瞬動出口。設(shè)置差動速斷元件的主要原因是:防止在區(qū)內(nèi)故障較高的短路水平時,由于電流互感器的飽和產(chǎn)生諧波量增加,導(dǎo)致諧波制動的比率差動元件拒動。
差動保護(hù)誤動的原因主要有勵磁電流的影響、正常運(yùn)行時的不平衡電流、定值整定錯誤、回路錯誤以及相量檢查錯誤等;下面將逐一進(jìn)行分析。
2.1 變壓器勵磁涌流的產(chǎn)生及預(yù)防措施
2.1.1變壓器勵磁涌流的產(chǎn)生及其特點(diǎn)
在變壓器空載投入時,由于變壓器鐵芯中的磁通急劇增大,使鐵芯瞬間飽和,根據(jù)磁化曲線特性,將產(chǎn)生很大的勵磁電流即勵磁涌流。變壓器在正常運(yùn)行情況下,勵磁電流值很小,一般不超過變壓器額定電流的3%。在變壓器空載投入時,勵磁涌流可達(dá)到變壓器額定電流的6-8倍。勵磁涌流中含有大量的高次諧波分量及非周期分量,其中二次諧波分量所占比例最大,有時占基波分量的50~60%。非周期分量即直流分量則是偏到時間軸的一邊并具有衰減慢的特點(diǎn)。為了防止變壓器的差動保護(hù)誤動,必須采取有效措施。
2.1.2變壓器微機(jī)差動保護(hù)中減小勵磁涌流影響的措施
(1)利用間斷角制動
采用內(nèi)部短路電流和勵磁涌流波形的差別來躲過勵磁涌流。即間斷角鑒別法,正常運(yùn)行時波形無間斷角,空載合閘時電流波形有間斷角,由保護(hù)程序來判斷是內(nèi)部故障,還是勵磁涌流,從而有效防止差動保護(hù)誤動。
(2)利用二次諧波制動
因?yàn)樵谧儔浩鲃畲庞苛髦泻写罅康亩沃C波分量,利用保護(hù)定值二次諧波制動系數(shù),可以鑒別出變壓器空載合閘時的勵磁涌流與故障電流,從而保證保護(hù)裝置在變壓器空載投入和外部故障切除電壓恢復(fù)時,能有效地制動,防止保護(hù)誤動。
2.2 變壓器差動保護(hù)不平衡電流產(chǎn)生的原因及處理方法
理論上講,變壓器在正常運(yùn)行和區(qū)外故障時,應(yīng)該有I1=-I2ˊ(I1-原邊二次電流; I2ˊ-副邊二次電流折算值)。然而,實(shí)際運(yùn)行中很多因素使其不完全相等,即當(dāng)保護(hù)范圍內(nèi)無故障時存在不平衡電流,該不平衡電流有可能引起保護(hù)誤動。對不平衡電流產(chǎn)生的原因及消除方法分析如下:
(1)因CT計(jì)算變比與實(shí)際變比不同而產(chǎn)生不平衡電流。
由于各側(cè)的CT變比都是標(biāo)準(zhǔn)的,如:600/5、800/1等,變壓器的變比也是一定的,很難完全滿足與變壓器變比匹配的要求,此時差動回路就有不平衡電流流過,可能使保護(hù)誤動。通常利用微機(jī)保護(hù)調(diào)整平衡系數(shù)來消除或減小這個差值,以減小誤動的可能。
(2)因各側(cè)CT型號不同而產(chǎn)生不平衡電流
因各側(cè)CT型號不同,電磁特性等也就不同。因此正常運(yùn)行情況下差動回路中產(chǎn)生在兩臂或三臂的不平衡電流較大,會影響保護(hù)動作行為。在外部故障因某一側(cè)CT飽和而產(chǎn)生大量的不平衡電流時,該不平衡電流即差流,也有可能使差動保護(hù)誤動作,通常采用抬高差動起始動作電流來避免誤動。
(3)因帶負(fù)荷調(diào)整分接頭而產(chǎn)生不平衡電流
帶負(fù)荷調(diào)整分接頭是利用有載調(diào)壓變壓器來調(diào)整輸出電壓的常用方法。改變分接頭實(shí)際就是改變變壓器的變比,而差動保護(hù)定值不可能跟隨每一次分接頭的調(diào)整進(jìn)行變動,對于已調(diào)整好的差動保護(hù)將產(chǎn)生較大的不平衡電流,通常在定值計(jì)算中考慮適當(dāng)?shù)目煽肯禂?shù)以避免誤動。
2.3 定值錯誤引起變壓器差動保護(hù)誤動及預(yù)防措施
若變壓器各側(cè)電流互感器均按照星形接線,且現(xiàn)場整定了KMD、KPM、KPL的值(KMD、KPM、KPL分別為接線組別及平衡系數(shù)),就可以實(shí)現(xiàn)差動保護(hù)電流回路相位校正和幅值平衡補(bǔ)償?shù)墓δ堋F渲腥魏我豁?xiàng)整定不正確,將使保護(hù)計(jì)算邏輯發(fā)生根本性變化,運(yùn)行時會發(fā)生誤動。此類情況防范措施如下:
(1) 繼電保護(hù)設(shè)計(jì)人員應(yīng)熟悉保護(hù)裝置的動作原理和裝置對二次接線的要求,正確設(shè)計(jì)出二次回路接線原理圖。
(2) 現(xiàn)場施工人員應(yīng)當(dāng)在施工前熟悉差動保護(hù)裝置的工作原理,并核對施工圖紙,無誤后再施工。
(3) 在數(shù)字式變壓器差動保護(hù)定值選取和計(jì)算時,要特別注意實(shí)際電流互感器二次接線方式,正確選取KMD值和計(jì)算各側(cè)平衡系數(shù),當(dāng)其中某個現(xiàn)場條件改變后,這些整定值要做相應(yīng)的調(diào)整。
2.4 差動保護(hù)的二次電流回路接地點(diǎn)錯誤引起保護(hù)誤動及預(yù)防措施
互感器的二次回路必須有可靠的接地,規(guī)程中有明確的規(guī)定: 電流互感器的二次回路應(yīng)有且僅有一個接地點(diǎn),并在配電裝置附近經(jīng)端子排接地,但對于有幾組電流互感器聯(lián)接在一起的保護(hù)裝置,則應(yīng)在保護(hù)屏上經(jīng)端子排接地。工程實(shí)踐中曾經(jīng)出現(xiàn)過由于多點(diǎn)接地情況發(fā)生,造成變壓器差動保護(hù)裝置誤動的案例。解決這一問題一方面靠嚴(yán)格驗(yàn)收,即斷開接地點(diǎn)進(jìn)行絕緣檢查搖測,確保其唯一;另一方面在變壓器投運(yùn)后帶有負(fù)荷的情況下,測量變壓器差動保護(hù)裝置的差流和差壓進(jìn)行判斷。
2. 5變壓器差動保護(hù)帶負(fù)荷測試相量錯誤及防止的措施
變壓器差動保護(hù)原理雖然簡單,但由于人為因素導(dǎo)致誤動、拒動情況較多。為了防范于未然,就必須在變壓器差動保護(hù)第一次投運(yùn)時進(jìn)行帶負(fù)荷相量測試。
在變壓器投運(yùn)后帶有輕負(fù)荷的情況下,由保護(hù)人員用相位表在保護(hù)屏端子排依次測出變壓器各側(cè)三相電流的幅值和相位(相位以某一確定的二次電壓做參考),并記錄,繪出變壓器各側(cè)電流量的相量圖,分析驗(yàn)證變壓器各側(cè)電流互感器接線是否正確。對于測得的數(shù)據(jù)我們應(yīng)從以下幾方面著手分析:
(1)看電流的一致性
每側(cè)三相電流幅值基本相等,相位互差120°,以逆時針旋轉(zhuǎn)為正相序,并根據(jù)當(dāng)時的負(fù)荷情況計(jì)算出相應(yīng)的電流值進(jìn)行校對。
(2)看同名相電流相位,檢查電流回路極性的正確性
這里要將兩種接線分別對待,現(xiàn)在微機(jī)保護(hù)普遍是變壓器各側(cè)CT二次繞組都接成Y型。比如一臺變壓器為Y-△-11接線,運(yùn)行時,其高壓側(cè)二次電流應(yīng)超前低壓側(cè)150°。
(3)根據(jù)差流大小,檢查整定值的正確性
對于變壓器各側(cè)電流,人為計(jì)算應(yīng)有的差流,并與保護(hù)裝置液晶顯示的差流進(jìn)行校核,如果接線正確,測得的差流接近于零。
(3)N相電流檢查
對于變壓器各側(cè)電流,大家經(jīng)常忽視N相電流的檢查,根據(jù)經(jīng)驗(yàn),N線電流經(jīng)常反應(yīng)一些接線錯誤?,F(xiàn)場檢查應(yīng)在端子箱處人為封閉一相電流,如果N線不開路,在保護(hù)屏測量N線電流值應(yīng)為所封閉的電流值。N線在正常情況下無電流,即使開路也很難發(fā)現(xiàn),在系統(tǒng)有故障情況下,可能引起差動保護(hù)誤動。
為進(jìn)一步提高變壓器保護(hù)動作的可靠性,還要采取其它措施,主要包括:
(1)定期對保護(hù)裝置電源進(jìn)行更換,由于電源作為功率支撐,一旦出現(xiàn)問題將使保護(hù)邏輯混亂,引起誤動。在實(shí)際運(yùn)行中就曾經(jīng)出現(xiàn)由于差動保護(hù)直流電源輸出異常,造成差動保護(hù)誤動切除變壓器的情況發(fā)生。
(2)變電運(yùn)行人員要加強(qiáng)差動保護(hù)運(yùn)行中的監(jiān)視和運(yùn)行環(huán)境的監(jiān)視。微機(jī)保護(hù)裝置都有很完善的自我檢查程序,內(nèi)部出現(xiàn)異常時能夠報(bào)警,變電運(yùn)行人員要及時發(fā)現(xiàn)并上報(bào)進(jìn)行處理,必要時申請將有異常的微機(jī)差動保護(hù)退出。當(dāng)前微機(jī)保護(hù)室都加裝了空調(diào),運(yùn)行人員要及時調(diào)整空調(diào)設(shè)置,保持好保護(hù)室的運(yùn)行工況檢測,防止保護(hù)室環(huán)境溫度和濕度超出裝置要求范圍,以防止微機(jī)差動保護(hù)因?yàn)榄h(huán)境影響出現(xiàn)異常。
(3)保護(hù)專業(yè)人員要做好保護(hù)校驗(yàn)工作。保護(hù)校驗(yàn)時要認(rèn)真細(xì)致,嚴(yán)格按照作業(yè)指導(dǎo)書進(jìn)行,以便發(fā)現(xiàn)缺陷,提高設(shè)備健康水平。
(4)按規(guī)程規(guī)定對保護(hù)回路進(jìn)行絕緣檢查。在實(shí)際運(yùn)行中曾經(jīng)發(fā)生由于二次電纜工藝缺陷或受外力作用,導(dǎo)致回路發(fā)生多點(diǎn)接地,引起差動誤動的情況發(fā)生。
差動保護(hù)一定要認(rèn)真對待其電流輸入以及保護(hù)裝置的輸出回路,嚴(yán)格執(zhí)行各種規(guī)程規(guī)定,嚴(yán)密細(xì)致的測量差動保護(hù)的相量,正確分析測量結(jié)果。保護(hù)的正確動作涉及到每一個細(xì)節(jié),加強(qiáng)每一名保護(hù)工作人員和變電運(yùn)行人員的技術(shù)培訓(xùn),熟悉保護(hù)原理,提高業(yè)務(wù)水平,增強(qiáng)責(zé)任心,養(yǎng)成認(rèn)真細(xì)致的工作作風(fēng),保護(hù)校驗(yàn)實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè),就能更有效的減少差動保護(hù)的誤動作。
本文編自《電氣技術(shù)》,作者為王靜、李愛民 等。