干式變壓器差動(dòng)保護的特點(diǎn)及誤動(dòng)原因分析

文摘：干式變壓器差動(dòng)保護是通過(guò)反映干式變壓器兩端電流互感器二次電流流入差動(dòng)繼電器的電流差來(lái)動(dòng)作的。當保護范圍內無(wú)故障時(shí)，差動(dòng)繼電器中的不平衡電流應接近零。但是，在某些情況下，當保護范圍內沒(méi)有故障時(shí)，差動(dòng)繼電器中仍然存在較大的不平衡電流。介紹了干式變壓器差動(dòng)保護的這一特點(diǎn)，并簡(jiǎn)要分析了干式變壓器差動(dòng)保護兩種誤動(dòng)作的原因。關(guān)鍵詞：干式變壓器差動(dòng)保護不平衡電流誤動(dòng)原因分析

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差動(dòng)保護是通過(guò)一定的通信通道縱向連接電氣設備兩端的保護裝置，比較兩端的電量，從而判斷保護是否動(dòng)作。根據基爾霍夫定律，流入和流出保護范圍的電流應相等(干式變壓器應歸入同一側)。當保護范圍內發(fā)生故障時(shí)，流入和流出的電流不相等。差動(dòng)保護就是基于這種不平衡電流。因此，這種保護方法具有較高的動(dòng)作選擇性和靈敏度，適用于保護大容量、大電流、高電壓、高靈敏度要求的電氣設備。因此，該方法被廣泛用于大容量、高壓干式變壓器的保護，并以其優(yōu)越的保護性能成為大容量、高壓干式變壓器的主要保護方法。但值得注意的是，干式變壓器在結構和運行上有一定的特點(diǎn)，因此在實(shí)際運行中，當保護范圍內沒(méi)有故障時(shí)，差動(dòng)保護裝置也存在較大的不平衡電流，可能會(huì )導致差動(dòng)保護裝置誤動(dòng)作。此外，即使考慮并糾正干式變壓器差動(dòng)保護的這些特點(diǎn)，由于該保護裝置的復雜性，在某些情況下也經(jīng)常會(huì )發(fā)生一些誤操作。簡(jiǎn)要分析了干式變壓器差動(dòng)保護兩種誤動(dòng)作的原因。

1.干式變壓器差動(dòng)保護的特點(diǎn)1。干式變壓器勵磁涌流的存在干式變壓器的勵磁電流(勵磁電流)只流過(guò)干式變壓器的一側，因此通過(guò)電流互感器作用于差動(dòng)回路時(shí)會(huì )形成不平衡電流。穩態(tài)運行時(shí)，干式變壓器的勵磁電流很小，只有額定電流的2-5%。當故障發(fā)生在差動(dòng)范圍之外時(shí)，由于電壓降低，勵磁電流降低。所以?xún)煞N情況下形成的不平衡電流都很小，對干式變壓器差動(dòng)保護影響不大。然而，當干式變壓器空載運行且外部故障消除后電壓恢復時(shí)，可能會(huì )出現大的勵磁電流，即浪涌電流。這種現象的存在是由干式變壓器的鐵芯飽和和剩磁引起的。具體分析如下：當二次側開(kāi)路，一次側接入電網(wǎng)時(shí)，一次回路方程為u1=umcos(wt )=i1R1 N1d/dt (1)u1:一次電壓，um:一次電壓峰值，:合閘瞬間電壓初始相角，R1:干式變壓器一次繞組電阻。

I1R1比較小，在瞬態(tài)過(guò)程分析的初始階段可以忽略不計，所以umcos(wt)=n1d/dt d=(um/n1)cos(wt)dt積分，=(um/n1)sin(wt)c=m sin(wt)cm為主磁通峰，c為積分常數。設t=0，=0時(shí)鐵芯無(wú)剩磁，所以c=-msin，所以空載合閘磁通為= msin (2)。根據公式(2)，空載合閘磁通的大小與電壓的初始相角有關(guān)?？紤]較壞情況，當=900時(shí)，電壓過(guò)零= msin (WT900)-。 #p#分頁(yè)標題#e#

圖1電壓過(guò)零點(diǎn)時(shí)干式變壓器主磁通的變化

磁通量有兩個(gè)分量，周期分量mcoswt和非周期分量m，此時(shí)磁通量的較大值是穩態(tài)時(shí)的兩倍。如果同時(shí)考慮剩磁的影響，這個(gè)值甚至更大。我們知道干式變壓器正常工作在鐵芯磁化曲線(xiàn)的拐點(diǎn)附近，此時(shí)鐵芯接近或略飽和。當磁通量達到2倍m以上時(shí)，鐵芯高度飽和(見(jiàn)圖2)。圖2磁化曲線(xiàn)確定的閉合電流圖

從圖2可以看出，此時(shí)干式變壓器的勵磁電流大大增加，達到額定電流的6~8倍。由于勵磁電流只出現在干式變壓器的一側，差動(dòng)繼電器會(huì )產(chǎn)生很大的不平衡電流。此后，由于R1的存在，非周期分量衰減，值將減小。綜上所述，涌流的大小和衰減時(shí)間與外加電壓、鐵芯剩磁的大小和方向、回路阻抗、干式變壓器的容量和鐵芯的性質(zhì)有關(guān)。對于三相交流干式變壓器，由于三相相差1200，所以在任意時(shí)刻至少有兩相會(huì )有不同的涌流。2.干式變壓器每側繞組的連接方式不同。在我規定的干式變壓器五種標準接線(xiàn)組別中，經(jīng)常使用的是35kV Y/D-11雙繞組干式變壓器。這種接線(xiàn)方式下干式變壓器兩側的電流差為300。為了防止差動(dòng)保護誤動(dòng)作，需要盡量調整CT二次回路的接線(xiàn)和變比，使電源側和負載側CT二次電流相差1800，大小相等。這樣可以消除Y/D-11干式變壓器接線(xiàn)對差動(dòng)保護的影響。為了達到上述目的，干式變壓器差動(dòng)保護的TA接線(xiàn)如圖3所示

圖3Y/D-11型接線(xiàn)組干式變壓器差動(dòng)保護變壓器接線(xiàn)圖

IA1、IB1、IC1指高壓側電流IA2、IB2、IC2指二次電流Ia1、Ib1、Ic1指低壓側電流Ia2、Ib2、Ic2指連接到干式變壓器低壓側CT的二次電流。根據接線(xiàn)圖，在設計干式變壓器差動(dòng)保護時(shí)，干式變壓器的一次側電流互感器與主電路連接成一個(gè)Y/D-5型接線(xiàn)組。干式變壓器二次側的CT作為D/Y-7接線(xiàn)組與主回路相連。這種連接方法可以使差分電路1800中的電源側和負載側之間的TA二次電流產(chǎn)生相位差。圖4顯示了該連接組的向量分析。(a)Y側干式變壓器電流矢量圖(b)Y側TA二次側Y/D-5電流矢量圖

但當電流互感器采用上述聯(lián)結方法時(shí)，CT接成D型側差動(dòng)臂中電流又增大 倍。為使兩側電流的大小相等，在選擇CT變比時(shí)應滿(mǎn)足 nLy/nLd=nT 這樣就消除了Y/D-11聯(lián)結組對差動(dòng)保護的影響。2、 電流互感器計算變比與實(shí)際變比不同

  由于干式變壓器兩側電流互感器都是根據產(chǎn)品目錄選取標準的變比而且干式變壓器的變比也是一定的，因此三者不能準確的滿(mǎn)足 nLy/nLd=nT的要求。此時(shí)差動(dòng)回路就有不平衡電流流過(guò)使保護裝置誤動(dòng)。所以通常利用差動(dòng)繼電器的平衡線(xiàn)圈來(lái)消除或減小這個(gè)差值。即用平衡線(xiàn)圈彌補實(shí)際變比與理想值之間的差，使兩臂電流差接近零，從而消除或盡量減小不平衡電流。#p#分頁(yè)標題#e#

4、兩側電流互感器型號不同

  如果干式變壓器兩側互感器型號不同，它們的飽和特性、勵磁電流（歸算到同側）也就不同。因此產(chǎn)生在兩臂的電流差就較大，它將影響保護的動(dòng)作，所以應采用電流互感器的同型系數為1的互感器。

5、干式變壓器帶負荷調整分接頭

  帶負荷調整干式變壓器的分接頭是電力系統中采用帶負荷調壓的干式變壓器來(lái)調整電壓的方法。改變分接頭就是改變了干式變壓器的變比，對于已調整好的差動(dòng)保護裝置將產(chǎn)生較大的不平衡電流。由于干式變壓器有載調壓是帶負荷連續調節的，而差動(dòng)保護是不可以帶電進(jìn)行調整，所以在整定時(shí)必須考慮這個(gè)因素。

二、干式變壓器差動(dòng)保護兩種誤動(dòng)原因的簡(jiǎn)單分析

1、二次側負載在流過(guò)短路電流下，不能滿(mǎn)足CT10%誤差曲線(xiàn)的要求。在電流互感器接入系統容量變化或新裝保護投入運行時(shí)，不可忽略根據差動(dòng)保護區內短路故障時(shí)穿越干式變壓器的較大短路電流和實(shí)測的差動(dòng)回路二次負荷，較核保護用CT的10%誤差曲線(xiàn)是否滿(mǎn)足要求。確保CT在10%誤差范圍內。如果不滿(mǎn)足CT的10%誤差曲線(xiàn)要求，由于CT的容量不足以提供二次負荷所需的要求，在故障時(shí)差動(dòng)保護可能拒動(dòng)、誤動(dòng)直接影響差動(dòng)保護的可靠性。此時(shí)應適當加大CT變比，并重新較核CT的10%誤差曲線(xiàn)直到符合要求。

2、差動(dòng)保護二次電流回路接地方式不當

  差動(dòng)保護二次電流回路接地時(shí)，各側TA的二次電流回路必須通過(guò)一點(diǎn)接于地網(wǎng)，因為變電站的接地網(wǎng)絡(luò )之間并非絕對等電位，在不同點(diǎn)之間有一定的電位差。當發(fā)生短路故障時(shí)，有較大的電流流入地網(wǎng)，各點(diǎn)之間的電位差較大。如果差動(dòng)保護二次電流回路接在地網(wǎng)的不同點(diǎn)，它們之間的電位差產(chǎn)生的電流將流入保護裝置，影響差動(dòng)保護裝置動(dòng)作的準確性甚至使之誤動(dòng)。所以各側CT的二次電流回路應并聯(lián)后接到保護裝置的差動(dòng)電流回路中，所有電流回路必須在并聯(lián)的公共點(diǎn)處接地（如圖三所示）。

三、結束語(yǔ)

  干式變壓器差動(dòng)保護是干式變壓器的主保護，要求有很高的可靠性，而干式變壓器結構復雜，先具特點(diǎn)，所以必須嚴格按規程要求認真分析各個(gè)細節，了解干式變壓器差動(dòng)保護的特點(diǎn)，采用相應措施，杜絕事故發(fā)生，保證保護可靠動(dòng)作。