变压器是电力系统重要的主设备之一。在发电厂通过升压变压器将发电机电压升高, 而由输电线路将发电机发出的电能送至电力系统中;在变电所通过降压变压器将电压降低, 并将电能送至配电网络, 然后分配给各用户。变压器要长期安全稳定运行, 必须要有继电保护装置为其保驾护航, 因此, 继电保护装置能否可靠工作就显得十分重要。
变压器纵差保护是所有电气元件差动保护中最复杂的一种。在运行过程中, 保护误动作的现象也时有发生, 在1997年华北电网220kV及以上变压器不正确动作统计中, 共不正确动作18次, 其中变压器纵差保护不正确动作5次, 约占不正确动作的1/3。分析造成纵差保护误动和拒动的原因, 有运行维护和管理上的问题, 也有制造、安装和设计上的问题。本文就运行工作中容易出现的问题进行分析并介绍处理方法。
1 原因分析及处理方法
1.1 由变压器励磁涌流所产生的不平衡的电流
变压器在正常运行时, 励磁电流只流过电源侧, 在纵差保护中将产生不平衡电流。一般情况下励磁电流为额定电流的3%~8%, 大型变压器的励磁电流相对较小, 一般小于1%。在外部故障时, 由于电压降低, 励磁电流也相应减少, 其影响就小。但是, 在变压器空载投入和外部故障切除后电压恢复时, 则可能产生数值很大的励磁涌流, 其数值可达变压器额定电流的6~8倍。励磁涌流中含有大量的非周期分量和高次谐波分量, 其中以二次谐波为主, 在波形中还会出现间断角。
变压器纵差保护中减小励磁涌流影响的方法: (1) 采用BCH型具有速饱和变流器的继电器, 当外部故障时, 所含非周期分量的最大不平衡电流能使速饱和变流器的铁芯很快饱和, 致使不平衡电流难以传变到差动继电器的线圈上, 保证差动保护不会误动。内部故障时, 速饱和变流器的一次线圈中虽然也有非周期分量, 但它的衰减速度很快, 一般2个周期衰减完毕, 以后变流器中通过的全是周期性的短路电流, 所以继电器能灵敏动作。 (2) 微机型变压器纵差保护多采用二次谐波制动原理, 如在外部故障切除时差动保护误动作, 保护为分相制动方式时可设为最大相制动方式, 即或门制动方式, 并在或门制动方式的基础上, 减小二次谐波制动系数, 可取10%~12%。考虑到系统容量大、外部短路故障切除时五次谐波也较大的因素, 可增设五次谐波制动措施。如一个变压器有两套差动保护, 可采用波形对称原理来识别励磁涌流。因为波形对称原理比二次谐波制动识别励磁涌流要灵敏、可靠。
1.2 电流互感器二次回路接线错误
历年来变压器纵差保护误动作的原因之一总有互感器二次端子极性接错造成事故的教训, 这说明基层的继电保护人员基本功不扎实, 没有按照正确的设计图纸施工, 调试人员也没有认真执行调试规定。
在新安装、定期试验或二次回路有改动时, 变压器纵差保护正式投运以前, 必须在变压器带负荷条件下, 用高内阻电压表测量差动回路的不平衡电压, 该不平衡电压应符合规程要求;还应测量变压器各侧二次电流的大小和相位, 作出六角向量图, 检查各侧同名相电流的向量和应为零或近似于零, 这说明接线正确, 才能正式投运变压器纵差保护。
1.3 纵差保护电流互感器二次回路接触不良或开路
因互感器二次回路接触不良或开路而使纵差保护误动作的现象, 年年都有发生。因此, 应该加强对差回路差流的运行监视及对保护装置维护, 在保护装置安装调试之后, 或变压器大修后投运之前, 应仔细检查电流互感器二次回路, 拧紧二次回路中各接线端子的螺丝, 且螺丝上应有弹簧垫或防振片。也可以采用两根电缆并联作为纵差保护的二次引线, 来防止发生二次回路开路。
1.4 变压器纵差保护二次回路的接地问题
有些单位没能认真执行系统反措要求, 电流回路存在两点接地现象, 一个接地点在保护柜内, 另一个在开关端子箱内。这样两个接地点之间的地电位相差较大, 在雷雨天气或附近有电焊作业时, 易在差动元件中产生差流使保护误动作。
因此应该认真执行反措要求, 在纵差保护二次电流回路中只设一个可靠接地点, 该接地点宜选在保护柜内。
1.5 电流互感器二次电缆绝缘问题
在工程中, 因电流互感器二次电缆绝缘降低, 造成纵差保护误动作的现象也时有发生。这多是因施工单位在施工过程中, 不按照规定施工, 在铺设电缆时将电缆外壳划破, 电缆长度不够时用两根电缆对接, 在焊接电缆护管时带着电缆焊接, 将电缆烫伤, 这种种现象在工程中都有发生, 给保护安全运行埋下了隐患。
因此, 在主设备检修时, 定期检查电流回路二次电缆各芯线对地及各芯线之间的绝缘。用1000V绝缘电阻表测量, 各绝缘电阻值应满足规程要求。另外, 接端子线的外露部分尽量要短, 以免因振动等原因而造成接地或相间短路。
1.6 变压器纵差保护用电流互感器的选择
变压器纵差保护所用的电流互感器涉及不同电压等级、不同变比、各侧型号不同, 这就造成了各互感器的传变暂态特性不一致, 有可能造成保护的误动或拒动。通常500kV侧的电流互感器选用考虑暂态特性的TP级, 220kV及以下各侧的电流互感器一般选用P级。TP级互感器的铁心均有气隙, 它们使铁心剩磁减少到饱和磁密的10%以下, 大大改善了互感器的暂态传变性能。P级互感器的铁心没有气隙, 剩磁大, 易饱和, 其暂态传变性能较差。
变压器纵差保护用的电流互感器选型要考虑经济性与实用性, TP级互感器在技术上是最好的, 但是价格昂贵, 而且低压侧TP级互感器体积大, 在封闭结构母线中很难安装。因此, 在选型时如无特殊要求, 且P级互感器能满足实际需要, 首先考虑选用P级互感器, 避免了经济上的浪费和安装上的困难。
另外, 选择二次电缆时, 电流互感器二次回路电缆芯线的截面应足够大, 对于长电缆, 其芯线截面应不小于4mm2。
2 案例分析
某发电厂#1联络变在2008年中差动保护误动作, 动作时是在雷雨天气, 并伴有保护区外线路接地故障, 线路保护动作故障切除后, 联络变差动保护动作。
2.1 原因分析
根据一些区外故障切除导致差动保护误动的经验来看, 动作的大致可能性如下。
(1) 变压器的差动保护在近端外部短路 (保护区外) 时, 由于短路电流很大, 构成差动保护的各侧电流互感器的电压等级不同, 变比、容量和磁饱和特性不一致, 各侧电流互感器之间的变比有可能不匹配, 流入差动回路的不平衡电流, 也可能会使差动保护误动作。
(2) 对于变压器来说, 工作原理主要是个电磁感应过程, 电-磁-电的过程, 在某一侧发生短路时两侧电流互感器传递的特性肯定不一致, 且在暂态故障过程中甚至会发生两侧电流互感器相位移的现象, 差流明显增大, 这也是造成变压器差动保护动作的一个重要原因。
(3) 当投入空载变压器或外部故障切除电压时, 一旦铁芯饱和, 相应出现数值很大的励磁涌流。由于励磁涌流只存在于一次绕组中, 经电流互感器变换后流入差动回路, 也造成差动保护误动作。
2.2 处理方法
(1) 检查联络变差动保护的内部设定无问题, 由于该联络变是Y/Y/Y型变压器差动内部采用了滤3I0设置, 避免了零序电流流入差动回路导致保护误动的可能性电流互感器变比等核实无问题, 通道采样也符合要求。
(2) 定值方面Y/Y/Y型变压器采用的是软件滤除零序电流的算法, IA=Ia-Ib IB=Ib-Ic, IC=Ic-Ia, 按线电流来整定, 启动电流Iq为0.65In, 也无问题。针对此次情况来看, 在满足灵敏度要求的情况下, 适当提高启动电流, 拐点电流不变, 用来减小动作区增大制动区, 躲过外部切除时电流互感器饱和, 两侧电流互感器特性不一致造成差动保护误动作。
(3) 检查电流互感器二次电缆绝缘, 发现C相电流互感器至端子箱二次电缆绝缘到0MΩ, 将其从电缆沟中抽出后发现, 电缆在护管中的一段已经烧焦粘连在一起, 这是由于施工单位在焊接护管时, 电缆已经在护管内, 由于高温烧坏电缆。
(4) 紧固电流互感器二次回路连接线在检查保护装置箱内电流互感器时发现有一个螺丝有松动。
3 结语
变压器差动保护是一个复杂的保护需要考虑的因素很多, 要使其运行可靠, 必须做好维护工作。经常检查保护装置的运行工况, 运行合理的整定值, 利用定期检验的机会, 对其二次回路的绝缘进行测量, 紧固电流互感器二次接线螺丝等。如果维护工作做到位, 应该说变压器差动保护工作是可靠的。
摘要：介绍变压器差动保护误动作的原因并进行分析, 针对出现的问题给出了处理方法, 并通过案例进行了分析说明。
关键词：变压器保护,误动作,分析,处理
参考文献
[1] 国家电力调度通信中心.发电机变压器继电保护应用[M].北京:中国电力出版社
[2] 江苏省电力公司.电力系统继电保护原理与实用技术[M].北京:中国电力出版社.