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[導(dǎo)讀]一、 引言   差動(dòng)保護(hù)廣泛作為發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、變壓器、母線等電氣主設(shè)備內(nèi)部短路故障的主保護(hù)。從動(dòng)作原理上講是最好的。在外部故障的選擇性決定于CT對(duì)短路電流的正確變換和差動(dòng)繼電器的優(yōu)良性能。歷年主保護(hù)動(dòng)作

一、 引言
  差動(dòng)保護(hù)廣泛作為發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、變壓器、母線等電氣主設(shè)備內(nèi)部短路故障的主保護(hù)。從動(dòng)作原理上講是最好的。在外部故障的選擇性決定于CT對(duì)短路電流的正確變換和差動(dòng)繼電器的優(yōu)良性能。歷年主保護(hù)動(dòng)作統(tǒng)計(jì)表明差動(dòng)保護(hù)正確動(dòng)作率偏低。主要原因:①、維護(hù)及運(yùn)行不良。②、CT暫態(tài)誤差的影響。變壓器差動(dòng)保護(hù)不僅有電路問題,還存在磁路問題。由于大型變壓器的磁路正常運(yùn)行于微飽和工況下。所以,變壓器在帶非線性負(fù)載,如空充負(fù)載變壓器時(shí)就會(huì)發(fā)生暫態(tài)飽和,勵(lì)磁電流增大,導(dǎo)致差動(dòng)保護(hù)的不平衡電流過大而誤動(dòng)。舉例如下:
 ?、佟?二灘電廠從首臺(tái)機(jī)發(fā)電運(yùn)行到現(xiàn)在,廠高變差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)過三次,每次動(dòng)作都是在廠高變的下級(jí)廠用電切換時(shí)動(dòng)作,動(dòng)作后檢查一次設(shè)備無故障,保護(hù)裝置和回路沒問題。
  結(jié)論:是由于廠高變CT配置不合理,多次切換廠用電引起誤動(dòng)作。
  現(xiàn)階段的解決辦法:提高廠高變差動(dòng)保護(hù)定值。
  ②、 秦山二期輔助變差動(dòng)保護(hù)在調(diào)試的一年時(shí)間內(nèi)誤動(dòng)過五次,每次都是在電鍋爐變空充時(shí)發(fā)生誤動(dòng)作。帶大容量電動(dòng)機(jī)及其它工況下,保護(hù)裝置運(yùn)行良好。動(dòng)作后檢查一次設(shè)備無故障,保護(hù)裝置及回路良好,保護(hù)裝置帶負(fù)荷檢查差電流也很小。
  當(dāng)時(shí)的結(jié)論:CT飽和及定值不合理。
  現(xiàn)階段的解決方法:提高輔助變差動(dòng)保護(hù)定值和采用三取二循環(huán)閉鎖。
  下面通過分析秦山二期輔助變差動(dòng)保護(hù)錄波圖,來說明變壓器暫態(tài)飽和對(duì)差動(dòng)保護(hù)的影響,并探討解決該問題的方法和對(duì)策。

二、 保護(hù)動(dòng)作原因分析
1、 設(shè)備情況簡介:
 ?、?、設(shè)備用途
   輔助變壓器作為核電廠的廠外第二路電源,在第一路電源故障且孤島運(yùn)行不成功的條件下,將由慢切換裝置使廠用中壓電源倒至由輔助變壓器供電。這路電源同時(shí)帶有電鍋爐負(fù)荷。
 ?、?、設(shè)備參數(shù)
   輔助變壓器:額定容量31500KVA;電壓比220KV/6KV;接線組別Y0/Y;220KV側(cè)電流互感器參數(shù):625/5, 5P20, 40VA, 50HZ,6KV側(cè)電流互感器參數(shù):3000/5, 5P20, 25VA, 50HZ。
   電鍋爐變壓器:額定容量26000 KVA;電壓比6.3KV/13.8KV;接線組別d/Y0;
 ?、?、繼電保護(hù)配置及整定值
   保護(hù)配置采用完全雙重化,既從直流控制電源、跳閘線圈、電流互感器、保護(hù)類型等均實(shí)現(xiàn)了獨(dú)立。保護(hù)配置采用的是許繼廠生產(chǎn)的WBH-100型微機(jī)保護(hù)。差動(dòng)保護(hù)配置為帶有二次諧波制動(dòng)的比率式差動(dòng)保護(hù)。
   整定值:差動(dòng)最小動(dòng)作電流為35%×(變壓器220KV側(cè)額定電流),Icd,min.op=35%×0.66=0.23A;二次諧波制動(dòng)系數(shù)為20%;最小制動(dòng)電流為變壓器220KV側(cè)額定電流 Izd=0.66A;斜率S為0.5.
 ?、?、一次主接線及差動(dòng)保護(hù)接線方式
  如圖2所示。

2、保護(hù)動(dòng)作情況簡介
  2001年8月26日在電鍋爐變調(diào)試過程中,當(dāng)合3DL空充電鍋爐變時(shí),輔助變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作,跳開變壓器兩側(cè)開關(guān)(1DL、2DL)。
  現(xiàn)場檢查情況如下:
  1) 輔助變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作信號(hào)燈點(diǎn)亮。
  2) 電鍋爐變保護(hù)均未動(dòng)作。
  3) 發(fā)變組故障錄波器啟動(dòng),但一次系統(tǒng)無故障。
3、保護(hù)動(dòng)作原因初步分析:

  1)、錄波圖初步分析:從微機(jī)保護(hù)錄波圖的初步分析,發(fā)現(xiàn)如下情況:
  ①、輔助變差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)是由于電鍋爐變空充產(chǎn)生的勵(lì)磁涌流導(dǎo)致的,而對(duì)于輔助變這種情況下流過的電流為穿越性負(fù)荷電流,此情況下動(dòng)作是不正確的。
  ②、在涌流的前3個(gè)周波,輔助變兩側(cè)電流在數(shù)值及相位關(guān)系均正確。但過了3個(gè)周波后輔助變兩側(cè)電流在數(shù)值及相位關(guān)系均發(fā)生了變化。變化規(guī)律為輔助變低壓側(cè)(6KV側(cè))相對(duì)于高壓側(cè)(220KV側(cè))電流減小了。
 ?、?、保護(hù)誤動(dòng)時(shí)間為空充電鍋爐變0.3秒之后。
  2)、從錄波圖選取4個(gè)特征點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)分析如下:
  從輔助變微機(jī)保護(hù)錄波圖(圖2)選取特征點(diǎn)為:
  第1特征點(diǎn):空充電鍋爐變前;第2特征點(diǎn):空充電鍋爐變產(chǎn)生的勵(lì)磁涌流第一個(gè)波峰點(diǎn);第3特征點(diǎn):電流波形突變點(diǎn);第4特征點(diǎn):跳閘時(shí)刻。
  錄波分析軟件分析的數(shù)據(jù)如表1:

  通過計(jì)算所得數(shù)據(jù)如表2:


  通過表2分析可見:當(dāng)差動(dòng)電流大于最小啟動(dòng)電流時(shí)(微機(jī)型差動(dòng)保護(hù)只有當(dāng)差動(dòng)電流大于最小啟動(dòng)電流時(shí),才進(jìn)行二次諧波制動(dòng)判斷。),差動(dòng)電流中基波分量遞減;二次諧波分量與基波分量的比例遞減;五次諧波與基波比例遞增。制動(dòng)電流中基波分量遞減,二次諧波分量與基波分量的比例遞增。
  3) 、實(shí)際準(zhǔn)確限值系數(shù)(ALF)的計(jì)算:
  高壓側(cè)、低壓側(cè)CT至輔助變保護(hù)屏距離相同,兩側(cè)CT二次負(fù)擔(dān)是匹配的。
  實(shí)測參數(shù):CT二次負(fù)擔(dān)的各相最大值為0.5歐姆(包括:繼電器和電纜的阻抗),CT內(nèi)阻Rin=0.1歐姆。由于國內(nèi)保護(hù)廠家尚無差動(dòng)保護(hù)所用CT的使用要求。因此,下面計(jì)算是采用ABB公司《SPAD346C差動(dòng)保護(hù)用CT的使用建議》的要求進(jìn)行的。
  Fa=Fn×(Sin+Sn)/(Sin+Sa) (1) 
式中:Fa -實(shí)際負(fù)荷下CT準(zhǔn)確限值系數(shù);Fn-額定負(fù)荷下CT準(zhǔn)確限值系數(shù);Sin-CT內(nèi)部負(fù)荷; Sa -實(shí)際負(fù)荷;Sn-額定負(fù)荷。
  要求:Fa>40 (2)
  這主要是考慮到區(qū)外故障切除后CT會(huì)產(chǎn)生剩磁,在重合于故障時(shí),防止差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作。
  高壓側(cè)CT實(shí)際的準(zhǔn)確限值系數(shù):∵Sin=5×5×0.1;Sn=40;Sa=5×5×0.5;Fn=20;∴Fa=56.67。低壓側(cè)CT實(shí)際的準(zhǔn)確限值系數(shù):∵Sin=5×5×0.1;Sn=25;Sa=5×5×0.5;Fn=20;∴Fa=43.33。
  高、低壓側(cè)CT均滿足要求。
  4) 、通過上述分析和計(jì)算,筆者認(rèn)為變壓器的暫態(tài)飽和是引起輔助變差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)的一個(gè)重要原因。據(jù)有關(guān)資料介紹,變壓器穩(wěn)態(tài)飽和勵(lì)磁電流最大可達(dá)額定電流的50%左右。從表2可見,變壓器暫態(tài)飽和勵(lì)磁電流最大已達(dá)到額定電流的146%。如不采取新的措施,僅靠提高差動(dòng)保護(hù)定值的方法是不可行的。通過提高差動(dòng)保護(hù)定值的方法,不僅降低了變壓器匝間短路時(shí)保護(hù)的靈敏度,而且將失去比例制動(dòng)式差動(dòng)保護(hù)能保護(hù)變壓器匝間短路的優(yōu)點(diǎn),這是不可取得。

三、 采取的對(duì)策探討:
  變壓器的穩(wěn)態(tài)飽和是由于電源電壓過高、頻率過低引起的,用五次諧波制動(dòng)的方法來處理是完全可行的。從表2可見,跳閘時(shí)刻的五次諧波比例很小,不到基波電流的10%。因此,變壓器的暫態(tài)飽和用五次諧波制動(dòng)的方法是不可行的。差動(dòng)電流的基波和二次諧波比都在衰減,利用差動(dòng)電流中二次諧波比制動(dòng)的方法也不能避免這種情況下的誤動(dòng)作。筆者提出利用制動(dòng)電流中的二次諧波比來制動(dòng)的方法,能解決微機(jī)型差動(dòng)保護(hù)在變壓器暫態(tài)飽和時(shí)的誤動(dòng)作。即當(dāng)差動(dòng)電流與制動(dòng)電流均大于差動(dòng)最小動(dòng)作電流時(shí),進(jìn)行二次諧波比制動(dòng)的判別。
  對(duì)于微機(jī)型變壓器保護(hù),由于其具有強(qiáng)大的數(shù)值處理能力,故在二次諧波制動(dòng)比計(jì)算方法的選擇上具有較大的靈活性,目前常用的有以下幾種方法:
 ?、?、諧波比最大相制動(dòng):
 
  即利用滿足差動(dòng)動(dòng)作條件的差流中二次諧波與基波比的最大值來制動(dòng)。

 ?、凇?按相制動(dòng):
 
  即利用差流中最大相的二次諧波與基波比值來制動(dòng)。
 ?、?、 綜合相制動(dòng):
 
  即利用三相差流中二次諧波的最大值與基波的最大值之比來制動(dòng)。
  ④、 筆者提出的方法,制動(dòng)電流的諧波比最大相制動(dòng):
 
  即利用滿足差動(dòng)動(dòng)作條件的制動(dòng)電流中二次諧波與基波比的最大值來制動(dòng)。
  制動(dòng)電流的選取有以下三種方式:
 
式中:Ih1,Il1-變壓器高、低壓側(cè)基波電流 ;Ih2,Il2-變壓器高、低壓側(cè)二次諧波電流。
  下面列表對(duì)上述四種方法二次諧波比進(jìn)行比較(僅比較第4特征點(diǎn))

  從表3分析可得如下結(jié)論:
  1、方法④實(shí)際是利用負(fù)載變壓器勵(lì)磁涌流中的二次諧波來進(jìn)行制動(dòng)的,因此二次諧波比比較高。
  2、應(yīng)采用單相制動(dòng)三相的制動(dòng)方式。方法④在被保護(hù)變壓器空充及區(qū)內(nèi)故障時(shí)的影響與方法①相同。采用該閉鎖方式只能提高微機(jī)型變壓器差動(dòng)保護(hù)的可靠性,而且能更好的發(fā)揮比例制動(dòng)式差動(dòng)保護(hù)能保護(hù)變壓器匝間短路的優(yōu)點(diǎn)。

四、 結(jié)論
  本文通過一起微機(jī)型變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)原因的分析,揭示了大型變壓器暫態(tài)飽和對(duì)差動(dòng)保護(hù)的影響。這也是比例式變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)頻繁的一個(gè)重要原因。并提出了解決該問題的新辦法。望繼電保護(hù)專家與變壓器專家共同研究大型變壓器暫態(tài)飽和的特點(diǎn)及現(xiàn)象,這對(duì)提高變壓器差動(dòng)保護(hù)的正確動(dòng)作率大有好處。

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