关于变压器差动保护装置误动原因的分析

2022-09-11

当前在国内外, 电力系统中的保护装置已经历了电磁式、晶体管和集成电路式保护、微机式及数字式保护3个阶段, 无论是哪种型式的保护装置, 若保护装置内部存在缺陷或保护装置的二次接线不当, 均有可能导致保护误动。变压器在电力系统的地位相当重要, 而变压器保护误动又常常是致命的。因此, 作为变压器的主要保护之一, 差动保护能否正确动作更是非常重要。下面就各种型式的变压器差动保护CT接线方式进行分析, 同时对变压器差动保护误动原因展开论述。

1 差动保护的测量原理及CT接线要求

1.1 电磁式保护

电磁式变压器差动继电器往往是利用励磁涌流中很大的具有衰减性的非周期分量, 致使中间及变流器的铁芯快速饱和, 磁感应强度量变化较小, 二次感应电压也非常低, 从而阻止变压器空载合闸励磁涌流所造成的保护误动。由于变压器三相涌流通常有一相无直流分量, 会引起中间速饱和变流器起不到作用, 因此该差动保护将以牺牲灵敏度来提高保护动作值 (往往是1.3~1.5倍的额定电流) , 以避开励磁涌流对差动保护所造成的影响。

电磁式变压器差动保护的CT回路接线, 应消除变压器接线组别不同所造成的高、低压侧电流相位差及差动保护回路不平衡电流。比如对于高、低压侧对应相的电流相位相同的Y0/Y全星形接线的变压器, 就不须要进行“相位补偿”。但此类差动继电器的灵敏度相对较低, 纵然对该变压器各侧CT都采用星形接线, 高压侧区外接地故障所产生的零序电流不平衡量也不会对差动保护造成误动。因定值设定太高, 电磁式差动继电器保护不宜用于大型变压器及对单相接地短路在内的所有类型故障的反应灵敏度都较大的变压器。

1.2 晶体管及集成电路式保护

避开晶体管及集成电路式差动保护涌流影响通常是利用变压器励磁涌流中包含的特性分量。躲开变压器励磁涌流的影响不用考虑差动元件动作定值的整定, 一般灵敏度较高的是0.3~0.5倍的额定电流。

为了消除变压器接线组别对差动保护的影响就必须采用外部的“相位补偿”保护。如果采用全星形连接对于Y0/Y全星形变压器CT二次接线, 如高压侧区外接地故障产生的零序电流进入差回路时, 易产生差动保护定值而发生误动。因此对于Y0/Y接线变压器, 应将差动保护的CT二次接线为三角形, 让接地故障的零序分量在CT二次线圈内形成环流, 才不至于流入差动保护产生误动。

在实际操作中, 为了提高内部单相接地故障的灵敏度, 往往要再装设零序方向过流或零差保护。这样就可以通过另外一组星形连接CT来测量变压器直接接地侧的零序电流。对于星形CT接线来讲, 下降变压器内部单相接地故障时差动保护的灵敏度应采取三角形接线其用于差动保护的线电流无零序电流分量。但由于三角形CT接线差动保护的CT二次电流和变压器各侧的一次电流的相位不一样, 没法对实际负荷和短路电流情况具体反应, 为此不方便变压器负荷监测和故障录波。

1.3 数字式和微机式保护

目前在电力系统中数字式保护装置已得到广泛的运用, 它与传统类型的差动保护相比, 该差动保护装置聚成了差动、过流保护及故障录波和网络通讯等功能, 为变电站实现综合自动化创造了条件。在数字式变压器差动保护定值选取及计算时, 应注意各侧电流互感器的二次接线方式, 一定要在各侧电流互感器都是星形接线且均指向变压器为同极性端的条件下, 方能按照变压器的接线组别选取KMD值和计算平衡系数, 如果其中某个情况改变, 应重新对这些整定值做相应的调整。

综上所述, 数字式差动保护全星形连接对任何接线组别的变压器CT接线都可以采用, 因为通过软件的矩阵变换可进行相位补偿同时消除零序电流分量, 所以在区外接地故障时才不会造成差动保护误动。

当今的微机型差动保护大多数要求CT在二次接线上都采取Y接线;电流在方向上也可由保护控制字取反, 或采取六线制引入, 在引入装置时按照所需调整方向。在计算差电流时应对主变高压侧电流引入LAG30算法, 即IHΔ=INH*3∠30°。

2 变压器差动保护误动原因分析

2.1 二次电流回路接地方式不当

在差动保护的各侧CT的二次电流回路应通过一点接在地网, 由于变电站的接地网络之间有一定的电位差。当电力系统发生接地故障时, 各个点之间的电位差非常大, 同时也有很大的电流流入地网。假如差动保护二次电流回路接在地网的不同点上, 这样电位差所产生的电流就会流入保护装置造成误动。因此各侧CT的二次电流回路都必须在并联的公共点处接地, 同时接到保护装置的差动电流回路中。

如果变压器投运后带有负荷, 则由现场的技术保护人员对通过变压器差动保护装置观察测量所得到的差流的状况进行分析并解决。假如测量所显示的变压器差动保护装置差流不正常, 可以检查电流互感器CT二次回路是否存在有多点接地的情况, 同时对在CT相序接线错误和装置本身数字化平衡变压器各侧电流量的整定值错误进行排除。

2.2 在流过短路电流时, 二次侧负载不能满足C T 1 0%误差曲线的要求

CT二次侧负载阻抗和短路电流倍数之函数是CT稳态运行时的电流误差。CT的稳态电流误差不得超过百分之十。当电流互感器容量变化或新装保护投入运行时, 应按照差动保护区内短路故障时穿越变压器的最大短路电流及实测的差动回路二次负荷, 来检验能否满足保护用CT的百分之十误差曲线要求, 以保证CT误差在百分之十范围内。假如CT的百分之十误差曲线不能满足要求, 在保护区内故障时, CT的容量不足以满足二次负荷所需的要求, 就可能导致差动保护拒动、误动, 直接保护的可靠性。这时应对CT变比适当的加大, 同时应对CT的百分之十误差曲线重新较核直到满足要求 (见图1) 。

2.3 CT二次回路接线错

要想使差动保护在变压器正常运行和外部故障时不产生误动, 应想法对CT二次回路接线的调整, 让变压器的电源侧和负荷侧的CT二次线电流相位相差180°, 这样就会使差动回路流过的不平衡电流接近于0;而故障发生在保护区内时, 则变压器的电源侧及负荷侧的CT二次线电流相位一样, 保护可靠动作为流入差动回路中的电流为两侧电流之和。

因变压器差动保护误动作往往为CT二次接线错误造成。为此, 为了确保差动回路接线的正确性, 在投入运行保护前, 应做好差动回路二次接线极性的试验, 测量差动继电器的差电压及差电流。

2.4 C T饱和时对变压器差动保护的影响

在被保护变压器区外发生故障的, 它将会产生非常大的虚假差动电流及较大的穿越性短路电流引起的CT饱和, 这将会导致各个测量点的CT饱和状况更加严重。假如由此产生的比率差动保护在动作特性区中, 且不对差动保护的稳定比率采取任何措施, 将导致比率差动保护产生误动作。但是, CT产生饱和并不是在故障一开始就有的, 而是在发生故障后的一段时间, 也就是当铁心的磁通达到它的饱和密度后才开始的。

因此, 按照基尔霍夫电流定律可得到, 在短时间内差动电流较为平衡, 只会产生很小的不平衡电流, 到CT饱和后方能产生很大的差动电流, 从而导致变压器差动保护误动。根据上述情况, 在变压器差动保护区建立一个CT饱和时的附加稳定特性区, 对变压器区内、外故障状况进行分辩, 其工作原理 (见图2) 。

3 充分利用六角图判断接线的正确性

六角图就是电流、电压向量图, 如果一套差动保护刚投入运行时, 应对该保护进行带负荷检验。事实上, 我们应在电压回路接线正确时带负荷状态下, 以某一电压相量为参考相量, 分别进行测量接在差动保护上的变压器两侧电流互感器二次电流回路, 且记录下各电流的大小及相位, 当流进同一差动继电器的变压器的方向相反, 且差动继电器上所产生的电流链大小相同, 则说明差动保护的二次接线是没错的, 反之则该接线错误。另外, 还能根据有功和无功的大小和方向来判断CT极性是否正确。例如, 变压器如果是两卷变Y/△-11接线, 则流入差动保护装置的高, 低压侧的同相电流角度相差150°。如是三卷变压器Y/Y/△-11接线, 高、中压侧各相的电流应是同相位的, 且与低压侧同相的电流角度相差150° (考虑到各侧无功大小, 会出现一个夹角) 。