GE745系列变压器保护缺陷的分析与处理

舒 鹏， 唐 吉， 王 松

（1.浙江省电力试验研究院，杭州 310014；2.宁波甬城配电网建设有限公司，浙江 宁波 315000）

745系列变压器保护装置隶属于GE公司旗下的SR继电器保护系列，是一种具有多处理器的快速多绕组变压器继电保护装置，集成了主变差动保护（带励磁涌流闭锁功能）、过流保护、过励磁保护、低频/过频保护等多种保护功能。

目前GE745变压器保护装置得到了广泛的应用，但在试验中发现保护装置在励磁涌流闭锁差动保护环节还存在一些缺陷，容易酿成事故。就此进行研究并提出解决方法。

1 GE745差动保护躲过励磁涌流的原理

励磁涌流是在空投变压器和变压器区外短路切除这两种特殊情况下的励磁电流，此时的励磁涌流也将成为差电流。由于励磁涌流的幅值很大，不采取措施将造成差动保护误动。

为了避免这种情况发生，需要在变压器纵差保护中，对差电流进行励磁涌流特征的判别。在工程中主要应用二次谐波、波形不对称和波形间断角3种参数的判别原理，尤其是前2种应用最为普遍。当识别出是励磁涌流时，将差动保护闭锁防止纵差保护误动[1]。GE745装置的差动保护采用了二次谐波闭锁的方法来解决励磁涌流保护误动的问题。

745装置的差动保护逻辑（见图1）中谐波闭锁模块采取的是分相闭锁模式，三相A，B，C中任何一相发出谐波闭锁信号，即通过一个非门去分相闭锁比率差动模块。闭锁后，比率制动计算模块（Idiffa/Iresta≥）将不再进行计算，装置上的差动保护闭锁灯亮。

745装置中谐波闭锁信号的产生（见图2）与其他常见的变压器保护如ABB公司RET521保护、南瑞继保公司RCS978保护等并不相同，它取任意侧分相电流的谐波含量而不是差动电流的谐波含量作为各相谐波含量的测量值，若这个测量值超过了保护整定值（Iha/b/c≥LEVEL），即发出谐波闭锁信号（Harmonic Inhibit Phase A/B/C）。

图1 GE745装置差动保护逻辑[2]

图2 谐波闭锁逻辑[2]

2 GE745变压器保护装置二次谐波闭锁缺陷与改进

作者在处理某发电厂的GE745装置故障时发现，该厂的GE745装置（软件版本2.80）在正常运行情况下，长期存在二次谐波测量值过高从而闭锁差动保护的情况。

变压器为三相双绕组容量2 MVA，采用了2段比率制动差动保护，谐波制动模块定值见表1。其中的二次谐波制动系数为15%，由于长时间处于闭锁状态，遂将定值暂时改为30%，但仍然出现闭锁问题。

专用谐波测量装置现场录取了745保护装置电流绕组的电流波形。图3为某时刻（高压侧二次负荷电流为0.3 A）谐波测量装置所录波形的分析结果，可以得出：被测变压器电流谐波含量较大，主要是二次谐波与五次谐波，二次谐波含量并不高，为1%～5%。而记录的该时段745装置二次谐波测量值为10%～30%。可见745装置电流二次谐波测量值与真实值之间存在着较大的误差。

表1 谐波制动模块主要定值

图3 谐波测量装置分析结果

在实验室中对745保护装置进行了进一步的测试。通过高精度电能质量功率源对745装置进行了电流测试，主要检测其谐波测量精度，表2为试验输出50 Hz标准基波电流 （不含谐波分量）时装置的谐波测量值。

表2 试验数据及装置测量值

通过表2可以得知，当电能质量功率源输出标准基波电流小于0.09 A时，装置测量谐波含量为0.0%（其电流幅值测量也为0），电流大小并未达到GE745装置的“精工”电流值，故保护装置不予计算二次谐波。当电能质量功率源输出标准基波电流大于0.09 A且小于1 A时，装置测量谐波含量误差极大；当电能质量功率源输出标准基波电流大于1 A时，装置测量谐波含量误差较小。

数据表明：GE745装置“精工”电流为0.09 A左右，当二次工作电流大于0.09 A时，装置对二次谐波开始测量，但存在较大误差，谐波含量测量误差随电流的增大而减小。

二次电流在0.1～1.0 A的范围内（TA二次额定电流的2%～20%），装置对实际电流（谐波含量为零）中谐波含量的测量都存在着较大的误差（10%～90%）。在大于1 A时，谐波含量测量值将稳定在一个较为准确的范围内。

当现场实际负荷较低，高压侧二次电流仅为0.3 A时，由表2可知，GE745装置的二次谐波测量值将超过整定值，而现场的二次谐波闭锁定值为15%，从而发生二次谐波测量值过高，误闭锁差动保护的情况，差动闭锁告警灯亮。此时若出现故障，差动保护逻辑将不会进行差流的计算，从而可能会造成保护拒动的重大事故。

综上可见，GE公司745装置存在以下缺陷：

（1）二次谐波测量精度不够高。通过试验发现装置二次谐波含量测量的精确度随着电流大小而变化，在0.1～1 A低电流时存在着极大的误差（10%～90%），电流增大后，才能达到一个较为精确的程度（1%～3%）。

（2）谐波制动差动保护逻辑存在缺陷，745谐波闭锁逻辑是任意相电流的谐波含量达到定值闭锁差动保护，此种设计会导致在没有差流而负荷电流较小时出现谐波闭锁差动保护的情况。

3 改进建议

针对GE745保护装置存在的缺陷，提出了以下改进方案：

（1）给装置的谐波闭锁功能设定一个启动值，即差动电流或各侧电流达到设定启动值之后才会启动谐波闭锁功能模块，避免在低电流情况下因谐波测量精度过低引起差动保护误闭锁。

（2）取差流瞬时值计算谐波，同时也要设定启动值（可固定与差动保护启动值关联），当差流达到该启动值时启动谐波闭锁功能，避免在没有故障正常低负荷运行时出现谐波闭锁告警。

在GE公司将软件升级至2.85之后，又对装置在有差流和无差流2种情况下进行了测试，得出了以下结果：谐波测量值在负荷电流较小、差流为零时误差仍然很大，但是不会出现二次谐波闭锁差动告警；在差流达到差动启动值，且所加电流无谐波的情况下差动保护能够正常动作，而在差流达到启动值，且差流中谐波含量大于谐波闭锁定值的情况下，装置能够正确闭锁差动保护。由此可得，经过升级之后，GE745变压器保护的差动谐波闭锁逻辑进行了改动：当差流达到启动值时谐波闭锁功能模块才会启动，这与作者所提出的第一条改进方案相同，经试验表明该方案安全可靠。

4 结语

目前，变压器差动保护普遍采用二次谐波闭锁的方式来躲开励磁涌流，这就对二次谐波的测量精度提出了很高的要求，在不同负荷下都要求有较高的精度。在保护硬件不能达到的情况下可以通过逻辑改进和软件算法优化来正确判断，以期此类保护装置在电网中更好地得到应用。

[1]国家电力调度通信中心.国家电网公司继电保护培训教材[M].北京:中国电力出版社，2009.

[2]朱松林.继电保护培训实用教程[M].北京：中国电力出版社，2011.