发电机变压器组单元接线差动保护电流回路接线分析

叶伟

摘要：文章根据笔者多年从事电气专业现场调试的实践经验，针对发电机变压器组带厂用分支接线差动保护电流回路接线进行分析，提出了这种单元式接线差动保护电流回路的正确接线，可防止因接线有误使差动继电器不平衡电压过大而无法投入。

关键词：发电机；变压器；单元式接线；差动保护；电流回路接线 文献标识码：A

中图分类号：TM77 文章编号：1009-2374（2016）34-0083-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.34.041

发电机变压器组单元接线是目前普遍采用的一种接线方式。一般采用差动保护作为发电机定子绕组相间短路和主变压器内部、套管及引出线短路故障的主保护。因为绕组相间短路是发电机变压器内部最严重的故障，故对差动保护的要求非常高。差动保护原理是比较被保护设备的两端安装有不同型号、不同变比和不同电压等级的电流互感器，并用电缆将它们的二次绕组连接起来，其连接方式在被保护设备正常运行或外部短路时，应使继电器中的电流等于流向故障点的短路电流。差动保护通常采用环流法接线，这种接线在正常运行或外部短路时，电流互感器的二次电流环流于二次辅助导线中，流入差动继电器的电流等于两个电流互感器二次电流的向量差。

1 差动保护电流回路接线

差动保护电流回路是否正确接线是关系到差动保护能否投入的关键。有些差动保护由于电流回路接线不正确，使保护无法投入，甚至造成保护误动。据有关资料记载，我国某一年变压器差动保护动作情况，见表1：

从表1看出，作为变压器的主保护，有1/3以上是误动作。可见选择正确的电流回路接线，是差动保护正确动作的必要条件。如九江三期发电厂2×350MW机组的发电机变压器组的一次接线，就是典型的单元接线，主变为双绕组变压器，发电机型号QFSN-350-2，为日立公司制造，发变组保护系引进美国GE公司成套设备，其特点是设备可靠、抗干扰性能好、动作速度快。保护装置大多选用感应型、整流型继电器及部分静态型继电器。保护装置配置考虑主保护双重化，出口及电源部分相互独立、互不干扰。保护配置有三相发电机纵联差动保护和发电机变压器组差动保护，采用差动原理动作，并带有二次谐波制动及穿越性比例制动，以防止在正常负荷下或区外故障时发生误动。发电机变压器组一次接线见图1所示：

在差动保护安装调试过程中，经仔细分析研究，根据被保护设备的接线形式和组别，可找出能满足此种接线形式的电流互感器二次回路接线方式至少有两种，经向量图分析，都能满足差动保护的基本要求。

2 差动保护电流回路接线需注意的问题

通过对九江三期发电厂发电机变压器组差动保护电流回路接线方式的分析，明确了同一套差动保护可能有不同的接线方式，只有通过向量图对每一种接线方式进行分析判断，找出正确的接线方式进行接成后，该差动保护才能可靠地投入。所以为了提高差动保护正确动作率，除改善装置的元器件质量和静态继电器的抗干扰能力外，在安装调试和运行工作应注意以下问题：

2.1 电流互感器的极性问题

差动保护是基于比较被保护设备始末端电流的大小和相位的装置，如果把电流端子的极性接反了，差动保护将在负荷状态和外部短路时发生误动作。调试经验表明，互感器电流端子极性接错是差动保护产生误动的原因之一。因此我们必须确认电流互感器的极性，在做电流互感器极性的同时，注意电流互感器一次侧P1的朝向，并在试验记录本上标注，一般情况下电流互感器一次侧P1与二次侧S1同极性，在主变高压侧、发电机中性点侧、发电机出口侧、高厂变侧等各侧的电流互感器极性确定后，在电气主接线图中标注电流互感器一次侧P1朝向，根据差动保护元件判据绘制二次接线图，确定二次出线端，例如在九江三期发电厂发变组保护元件中，发电机比率制动是差动保护动作方程为：

|IT-IN|>K|IT+IN|/2

式中：IN为中性点电流；IT为机端侧电流；K为比例制动系数。电流正方向假定为：从机端流出，由中性点流入发电机的电流方向为正方向，即中性点电流IN与机端侧电流IT的矢量差为差动保护元件动作判据，我们要注意发电机差动回路的接法，与发电机变压器组差动保护的CT二次回路接法不同，发变组比率制动式差动保护动作方程为：

|I1+I2+I3|>Kmax{|I1|、|I2|、|I3|}

其中各电流的正方向假定为流入变压器的为正，而发变组差动保护元件动作判据为三侧电流的矢量和，我们要注意这个问题，即通过差动保护元件判据来确定差动回路电流的出线端，可按照环流法接线；CT二次回路需校线后套上电缆胶头再接入电流端子，不然无法正确接入回路，因为CT二次回路可通过CT二次绕组及差动保护继电器的线圈相互连通，校线时通灯会串亮，只能单独将线芯校出后接入回路； CT二次回路完善后必须二次升流检查，可在继电器室保护装置检查二次电流，以确定电流回路的完整性，是否存在电流回路二次侧开路现象。在新的安装，这两回路测试或差动保护在正式运行时检修，必须在负载条件下具有高电阻的电压表测量电压不平衡差分电路，其值应满足继电保护测试程序的要求；测量各侧的电流大小和相位两次。制作六个角度矢量图，检查同一个相电流向量的每一方，如果零或接近零，则意味着布线是完全正确的，然后差动保护可以投入运行。

2.2 二次电流端子连接要牢固

由于比率制动式差动保护的动作电流较小，任一侧互感器二次端子开路，都会引起保护误动跳闸，还可能在绕组两端产生高电压（甚至高达上千伏），不仅会损坏绝缘的两个绕组，而且会严重危害人身安全。再者，由于磁感应强度剧增，使铁芯损耗增大，严重发热，甚至烧坏电流互感器的绝缘，因此，二次电流端子一定要拧紧。在新安装、大修试验或对二次回路有改动时，在差动保护正式投运前，必须检查每个电流端子，中间连接片必须连好，拧紧每个螺丝，并用手拉一下电流回路电缆线芯，确认是否压紧，此项工作虽然简单，但必须认真仔细，切不可因小失大，不然后果不堪设想。

2.3 空载合闸试验

对于发电机变压器组单元接线系统，当有变压器单独运行的方式存在时，为确保在变压器空载合闸或切除外部出线短路时，差动保护在励磁涌流作用下不误动。差动保护在第一次运行时必须确认变压器冲击试验，避免更多涌流对变压器差动保护，只有通过励磁变压器的电流，通过电流互感器的平衡不能响应微分电路，在正常工作条件下电流是非常小的。一般不许超过额定电流的2%～10%，但在去除变压器空载时的输入和故障后的外接电压时，它可能具有很大的浪涌电流值。主要由于在稳定的工作情况下，铁心的磁通应滞后于外加电压90°，倘若空载合闸时，正好在电压瞬时值u=0时接通电路，则铁心中应该具有磁通-φm。但是由于铁心中磁通不能突变，否则将出现一个非周期分量的磁通，其辐值为+φm。这样在经过半个周期以后，铁心中的磁通就达到2φm。如果铁心中还有剩余磁通φs，则总磁通将为2φm+φs，如图2所示，此时变压器的铁芯严重饱和，励磁电流会急剧增加。该值为额定电流的6～8倍，并含有大量的非周期分量和高次谐波分量。励磁涌流的大小和衰减时间与外加电压的相位在铁心剩磁的大小和方向、电力电容器的大小、回路阻抗和变压器的容量和核心属性相关。例如，只是在瞬时电压值为最大值时关闭，不会出现在浪涌电流，只有在正常的励磁电流。对于三相变压器，在任何时刻的关闭至少会出现两个不同程度的浪涌电流。

2.4 电流互感器二次回路的接地

差动保护二次电流回路只允许一点接地，此接地点须在控制室的保护屏。切勿在差动保护的每组互感器二次回路都设置接地点，否则当出现外部接地故障时，由接地网电位差产生的循环电流，会引起差动保护误

动作。

2.5 电流互感器的二次负载问题

电流互感器的精度跟二次负载阻抗有着重要关联，在电流恒定时，如果二次阻抗越大，那么二次电压越高，互感器饱和越严重。在这种情况下，电流的很大一部分将被用来提供激励电流，使电流互感器的误差大大增加，其精度将降低。为了便于计算，制造厂对每种电流互感器提供了在m10下允许的二次负载阻抗值Zen（见图3），曲线m10=f（Zen）就可很方便地得出允许的负载阻抗。如果它大于或等于实际的负载阻抗，错误将满足要求，否则它应该尝试减少实际的负载阻抗，直到它符合要求。当电流互感器10%误差不满足要求时，可采取以下措施：（1）采用伏安特性好的二次绕组；（2）串接备用电流互感器加大允许负载；（3）增大二次电缆截面；（4）提高电流互感器的变比。

3 结语

通过对发电机变压器组单元接线差动保护电流回路接线进行分析探讨，本文提出了这种单元式接线差动保护电流回路的正确接线，在诸多电厂项目的发电机变压器组调试过程中总结出此经验，而且在实践中得到了验证，取得了令人满意的效果。

（责任编辑：蒋建华）