变压器差动保护误动分析及对策

苏贵标

摘要:文章对微机型变压器差动保护动作的原因,从事件的形成以及保护的原理给予了详细地分析。对新建的、运行的或设备更新改造的发电厂和变电站的变压器差动保护误动提出了对策。

关键词:差动保护误动动作特性电流互感器

0 引言

电力变压器是电力系统中最关键的主设备之一,它承担着电压变换,电能分配和传输,并提供电力服务。因此,变压器的正常运行是对电力系统安全、可靠、优质、经济运行的重要保证。作为主设备主保护的微机型纵联差动(简称纵差或差动)保护,虽然经过不断的改进,但是还存在一些误动作的情况,这将造成变压器的非正常停运,影响电力系统的发供电,甚至是造成系统振荡,对电力系统发供电的稳定运行是很不利的。因此对新建或设备更新改造的发电厂和变电站的变压器差动保护误动原因进行分析,并提出了防止变压器差动误动的对策。

1 变压器差动保护

变压器差动保护一般包括:差动速断保护、比率差动保护、二次(五次)谐波制动的比率差动保护,不管哪种保护功能的差动保护,其差动电流都是通过变压器各侧电流的向量和得到,在变压器正常运行或者保护区外部故障时,该差动电流近似为零,当出现保护区内故障时,该差动电流增大。现以双绕组变压器为例进行说明。

1.1 比率差动保护的动作特性 比率差动保护的动作特性见图1。当变压器轻微故障时,例如匝间短路的圈数很少时,不带制动量,使保护在变压器轻微故障时具有较高的灵敏度。而在较严重的区外故障时,有较大的制动量,提高保护的可靠性。

二次谐波制动主要区别是故障电流还是励磁涌流,因为变压器空载投运时会产生比较大的励磁涌流,并伴随有二次谐波分量,为了使变压器不误动,采用谐波制动原理。通过判断二次谐波分量,是否达到设定值来确定是变压器故障还是变压器空载投运,从而决定比率差动保护是否动作。二次谐波制动比一般取0.12～0.18。对于有些大型的变压器,为了增加保护的可靠性,也有采用五次谐波的制动原理。

1.2 差动速断保护的作用 差动速断保护是在较严重的区内故障情况下,快速跳开变压器各侧断路器,切除故障点。差动速断的定值是按躲过变压器的励磁涌流,和最大运行方式下穿越性故障引起的不平衡电流,两者中的较大者。定值一般取(4～14)Ie。

2 变压器差动保护误动作原因分析

根据变压器差动保护误动作可能性的大小,大致分为新建发电厂和变电站、运行中发电厂和变电站、设备更新改造的发电厂和变电站三个方面进行说明,这种分类方法并不是绝对相互区别,只是为了便于在分析问题时优先考虑现实问题。

2.1 新建发电厂和变电站变压器差动保护误动作原因分析 新建变电站的变压器差动保护误动作,在变压器差动保护误动作中占了较大的比例,但这种情况的误动作,一般大多在变压器投运带负荷试运行的72小时就会被发现。根据现场经验,可以总结以下几方面:

2.1.1 整定值不合理造成变压器差动保护误动作 差动速断定值和二次谐波制动的比率差动定值选择不正确造成误动作。差动速断是在较严重的区内故障情况下,快速跳开变压器各侧的断路器,切除故障点。差动速断的定值是按躲过变压器的励磁涌流和最大运行方式下,穿越性故障引起的不平衡电流,两者中的较大者。定值一般取(4～14)Ie。对于保护定值的计算部门,特别是非电力系统的定值计算部门,往往根据运行经验,将差动速断定值取为(5～6)Ie。这样,就会造成变压器在空载合闸时断路器出现误跳。特别是励磁涌流对保护的影响,广东某发电厂在变压器保护设备更新改造后由于空合变压器产生的励磁应涌流曾出现过以上误跳现象。比率差动是当变压器内部出现轻微故障时,保护不带制动量动作跳开各侧的断路器,使保护在变压器轻微故障时具有较高的灵敏度;而在区外故障时,通过一定的比率进行制动,提高保护的可靠性;同时利用变压器空载合闸时,产生的二次谐波量来区别是故障电流还是励磁涌流,实现保护制动。一般差动电流和制动电流都在额定情况下计算得到,但现场变压器却在一般运行方式下,由于电流互感器变比、同时系数、计算误差的影响,就会导致变压器实际运行时形成一定的差电流,导致比率差动保护误动作。二次电流互感器(TA)接线方式整定值选择不正确造成误动作。对于微机保护来说,实现高、低压侧电流相角的转移由软件来完成,不管高压侧是采用Y型接线还是采用△型接线,都能得到正确的差动电流,和传统的常规继电保护比较,实际运用更方便、灵活,但也是由于这种灵活性、方便性,往往导致现场的差动保护误动作。对于变压器差动保护来说,如果二次电流互感器(TA)接线方式整定值选择不正确,就不能实现高压侧相角的转移,高低压侧差电流在正常运行情况下就不能平衡,从而造成差动保护误动作。

2.1.2 接线错误造成变压器差动保护误动作 电流互感器(TA)极性接反导致误动作。对于微机保护来说,实现差动电流的计算由软件来完成,不管是采用加的算法还是采用减的算法都能得到差动电流。从电磁感应知道,电流互感器(TA)有极性,也就是同名端,变压器差动回路电流互感器(TA)的同名端指向母线侧还是指向变压器,将对差动电流的计算结果正确与否有直接影响。相序接反导致误动作。电力系统正常的相序为正序,也就是以A相为基准,B相比A相超前120°,C相比A相滞后120°。如果变压器任意一侧的电流互感器(TA)出现相序接错的情况,就会形成差电流,导致变压器差动保护误动作。电流互感器(TA)中性线没有按照一点接地原则接线导致误动作。差动保护的二次电流回路接地时,包括各侧电流互感器(TA)的二次电流回路,必须通过一点可靠接于接地网。因为一个发电厂和变电站的接地网各点并非绝对等电位,在不同点之间有一定的电位差,当发生区外短路故障时,有较大的电流流入接地网,各点之间将会产生较大的电位差。如果差动保护的二次电流回路在接地网的不同点接地,接地网中的不同接地点间的电位差,产生的电流将会流入保护二次回路,这一电流将可能增加差动回路中的不平衡电流,使差动保护误动作。高低压侧断路器操作回路存在寄生现象导致误动作。对采用两套独立运行的双直流系统的变电站,当高低压侧断路器操作回路存在寄生现象,亦即两套直流系统之间存在寄生回路时,容易造成保护误动。

2.2 发电厂和变电站变压器运行中差动保护误动作原因分析 发电厂和变电站变压器运行中出现差动保护误动作的也不少见,但对于一个发电厂和变电站来说,这种误动作情况不是经常性的出现,而是要满足一定的条件,甚至正常运行是很长时间以后才会出现,现就根据现场经验,总结以下几个方面原因:P类电流互感器(TA)的暂态饱和特性导致差动保护误动作。电流互感器(TA)的饱和实际就是铁芯中的磁通达到饱和,电流互感器(TA)分为P和TP两大类。P类电流互感器(TA)要求在稳态情况下不饱和,而TP类电流互感器(TA)则要求在稳态和暂态的情况下都不饱和。当采用P类电流互感器(TA)时,当外部存在故障,外部故障切除瞬间,外部存在间歇性的短路情况等,均容易导致变压器差动保护误动作。从国内多起变压器差动保护误动作的实例,也得到进一步证明。变压器低压侧真空断路器绝缘性能不良时,会导致差动保护误动作。

2.3 设备更新改造的发电厂和变电站变压器差动保护误动作原因分析 电流互感器(TA)变比提供不准确造成差动保护误动作。更换电流互感器(TA)后,变压器各侧电流互感器(TA)不匹配,造成差动保护误动作。为使变压器差动回路选用的电流互感器(TA),均是能躲过暂态饱和特性,然而在发电厂和变电站改造更换电流互感器(TA)的过程中,忽视了这一点,将电流互感器(TA)更换成P类或者同时将两侧电流互感器(TA)更换为P类的,这样在外部故障存在时,当满足一定条件时,必然将导致变压器差动保护误动作。

3 防止变压器差动保护误动作的对策

对于新建或设备更新改造的发电厂和变电站的那些原因造成的变压器保护误动情况,应严格按照国家相关标准、文件或者厂家说明书执行,每一个流程均需要严格把关。特别是变压器初次投运,一定要带负荷查看差电流,根据现场负荷情况再适当调整定值。由于变压器的励磁涌流或和应涌流造成变压器差动保护误动作的,可采用调整差动保护启动门槛定值和调整差动保护二次谐波制动系数定值。对于P类电流互感器(TA)的暂态饱和特性造成变压器差动保护误动作,可采用以下几点改进方法:采用D类、PR类带气隙的或者是TPY类的,或者是电流变换器等抗暂态饱和的电流互感器(TA);提高微机继电保护装置抗饱和的能力,特别是抗暂态饱和的能力。

4 结论

近年来,微机保护装置的应用日益广泛,但是变压器主保护的误动原因仍是多方面的。我们只有在安装调试过程中把每一环节工作做细,按照检验条例和有关规程规定,严把整组试验关,积极采取相应措施,是可以提高变压器差动保护的可靠性的,或者完全可以避免变压器在运行中差动保护的误动作。