断路器三相不同期合闸对主变差动保护的影响分析

徐凤玲

（海南电网三亚供电局，海南 三亚572000）

0 引言

变压器保护中采用二次谐波制动原理防止变压器差动保护因励磁涌流而发生的误动，当断路器经过长期运行，部件老化、机械故障、触头烧损等问题导致三相合闸不同期超标，合闸不同期时会产生很大的励磁涌流，对变压器二次谐波制动闭锁原理的差动保护产生影响。

1 二次谐波制动原理的差动保护存在的问题

二次谐波制动原理比较简单，国内变压器微机保护大都采用该原理。但是采用该原理的变压器差动保护存在以下2个问题：（1）励磁涌流是暂态电流，不适合傅里叶级数的谐波分析法，将导致错误结果；（2）很难选择制动比。

在变压器内部故障不对称的情况下，尤其是在变压器附近装有无功补偿设备时，会在故障电流中产生较大的二次谐波分量，使差动保护被迫制动，直至二次谐波分量衰减后才能动作，从而耽误了切除故障的时间。

随着电力系统的不断发展，变压器单机容量不断增大，大容量变压器内部严重故障时，谐波使短路电流中的二次谐波含量增大，有可能使二次谐波制动，引起差动保护延时动作。

基于以上原因，为使变压器空载投入时差动保护可靠不动作、变压器内部故障时差动保护能可靠快速动作，二次谐波制动系数的选取至关重要。制动系数选取太小，容易导致变压器内部故障时差动保护拒动；而制动系数选取较大，又易引起变压器空投时励磁涌流导致的差动保护误动。应结合空充变压器时的二次谐波含量和变压器长期运行数据取值。

2 断路器三相合闸不同期对励磁涌流的影响

空载投入三相变压器时，任一相初相角φu＝0，都会产生较大励磁涌流。断路器三相合闸同期和合闸不同期情况下，变压器励磁涌流引起差动保护动作的几率有较大区别。

（1）合闸时三相同期。在三相外施电压t＝0时，一相初相角φu＝0，该相产生较大励磁涌流，其他两相初相角分别为2π／3和4π／3，它们不会产生较大励磁涌流，所以变压器励磁涌流不易引起差动保护误动作。

（2）合闸时三相不同期。我国电网电压的频率为50Hz，则周期为20ms，三相电压相位差120°，三相电压间达到幅值时间差为6.6ms，对于断路器，两相行程差最多达7ms，时间上相差9ms，该时间远大于三相电压间达到幅值的时间差6.6ms，所以三相合闸不同期时将会有两相或三相在合闸时产生较大励磁涌流，励磁涌流加倍叠加，很容易引起差动保护误动。

基于以上原因，为了防止断路器三相不同期合闸时产生较大的励磁涌流使差动保护误动，二次谐波制动系数不宜取太大。

3 以某110kV主变断路器三相不同期合闸的波形数据为例进行分析

某110kV变压器在现场进行过高压侧开关检修后，送变压器时差动保护动作，动作报文：102ms B相差动保护动作，动作电流2.39A。对断路器开关特性同期试验后发现：不同期20.4ms，合闸不同期不满足要求（≤5ms）。

3.1 现场录波数据分析

波形图如图1所示。

图1 现场波形图

102ms时刻差动电流数据如表1所示。

表1102 ms时刻差动电流数据

3.2 装置动作原因分析

保护装置为二次谐波闭锁原理，基本闭锁逻辑为任一相差流的二次谐波含量大于闭锁定值即闭锁差动保护。另外，早期变压器差动保护更多考虑空充于故障变压器时保护的可靠性，如波形对称涌流闭锁原理只闭锁本相差动；而二次谐波闭锁原理为防止空充于故障变压器时非故障相的二次谐波误闭锁故障相，从可靠性及采样精度等方面考虑，在某相的差动电流小于动作门槛时，该相将不再参与谐波闭锁的判别。

从故障量分析可知，102ms时刻差动电流的特征为：A、C相差动电流小于动作门槛，没有参与谐波闭锁的判别；而B相差动电流大于动作门槛，同时谐波含量小于20%的闭锁门槛，满足保护动作条件，故现场B相差动保护动作出口。

3.3 应对措施

通过以上分析，为避免发生类似事件，可采取降低差动保护二次谐波制动系数（15%）和加强断路器开关特性同期试验的措施，使断路器合闸不同期满足要求（≤5ms）。

4 结语

断路器三相不同期合闸，容易引起主变差动保护误动作，所以在差动保护中二次谐波制动系数应结合主变充电时的二次谐波含量合理取值；同时应考虑三相不同期时励磁涌流的影响，目前国内变压器差动保护二次谐波制动系数普遍取15%，部分变压器根据运行经验可取12%。双套配置的变压器保护除了二次谐波制动原理外应配置一套利用波形判别原理识别涌流的差动保护。同时，断路器合闸时三相不同期，对变压器也会带来较大危害，为保证变压器安全及减少差动保护的误动，须在断路器安装投入运行前、断路器检修后重新投运前认真调试，使三相合闸同期性符合产品技术条件的规定，减少因断路器不同期合闸而对电力设备及电网带来的危害。

［1］李家坤，刘娇娇.电力变压器差动保护方案的研究［J］.变压器，2007（10）

［2］朱冬梅.断路器三相不同期对电机启动及变压器投入的影响［J］.中州煤炭，2002（5）

［3］许继集团CST31A数字式变压器保护装置技术说明书［Z］