电力系统有关保护的论文.doc

防变压器差动保护误动改进及其整定计算单 位：丹东供电公司姓 名：吴克强200905-13摘要本文主要介绍主变差动保护在运行中误动作的原因，分析了CT二次回路断线及励磁涌流引起变压器差动保护误动现象，用作图和计算从量的角度分析了过励磁比率制动式变压器差动保护的工作情况，并提出了相应的防范措施。关键词差动保护、励磁涌流、比率制动式差动保护1、概述变压器是现代电力系统中的主要电气设备之一。由于变压器发生故障时造成的影响很大，故应加强对其继电保护装置功能的调试，以提高电力系统的安全运行水平。变压器保护装置中最重要一项配置差动保护，就是为了防御变压器内部线圈及引出线的相间及匝间短路，以及在中性点直接接地系统侧的引出线和线圈上的接地短路。同时，由于差动保护选择性好，灵敏度高，因此，我们还应该考虑该保护能躲过励磁涌流和外部短路所产生的不平衡电流，同时应在变压器过励磁时能不误动。继电保护是电网安全运行的保证，而差动保护作为电力系统中最重要的元件，主变的主保护，其重要性不言而喻。变压器装设差动保护主要是为了防御变压器绕组、引出线和套管的相间短路，中性点直接接地电网侧绕组和引出线的接地短路，以及绕组匝间短路。纵联差动保护是容量较大的变压器的主保护之一，变压器的差动保护存在不平衡电流，所以在实际应用中要考虑和解决以下三个问题：变压器的励磁涌流；变压器一次侧与二次侧电流的相位补偿；高、低压侧电流互感器变比不配合及其分接开关变化。变压器差动保护的误动按其状态分为两种：空载投入时误动；变压器差动保护的区外短路时误动。2、空载投入时误动变压器空载投入时瞬间的励磁电流可能很大，其值可达额定电流的近十倍，该电流称为励磁涌流。其产生的根本原因是铁心中磁通在合闸瞬间不能突变，在合闸瞬间产生了非周期性分量磁通。由于变压器铁心有饱和特性，因此励磁涌流有以下特点：)具有很大的直流分量；)含有很大的二次谐波及三次谐波；)偏向时间轴的一侧，加上波形严重畸变，出现“间断角”。所以实际差动保护装置采取以下措施克服励磁涌流的影响:)电磁式的差动保护装置采用速饱和差动继电器；)整流型或晶体管型保护装置采用鉴别是否具有间断角；)微机型或整流型保护装置采用二次谐波制动。因此,变压器空载投入时误动原因有:1)电磁型差动保护的短路线圈匝数选择不当（短路线圈越多，躲过励磁涌流的能力越高，但当内部短路时动作延时越长。相反，则躲过涌流的能力降低），整流型或晶体管型保护装置的“间断角”整定值太小，微机保护的二次谐波制动系数太小。如某变电所的主变用BCH-2的差动继电器，投运时继电器的短路绕组放在“-”位置，差动保护发生误动，后将其改为“-”位置，保护运行正常。2)变压器分接开关档位选择不当(所在档线圈的额定电压比电网电压小太多)使变压器的铁芯深度饱和，其励磁涌流变大。如某变电所的主变满载运行，有载分接开关在五档,线圈的额定电压为33.45，主变跳闸后电网电压为37.9，在空载投入时差动保护发生误动作，后将主变的分接开关调到二档，空载投运正常。3)变压器的铁心松动，其励磁涌流变大，电网容量增大，励磁涌流衰减时间变长。如某变电所的一主变用BCH-2的差动继电器，已运行了近10年，在一次投运时差动保护发生误动，继电器的短路绕组已放在“-”位置，对主变的铁心进行紧固后投运正常。3、区外短路时误动(1)二次接线错误，使六角图不正确。对双线圈变压器，流入继电器的两二次电流相位差应为180；对三线圈变压器，断开任一侧后测量与双线圈变相同。差动用电流互感器的接线与变压器的接线应对称(主变高压侧电流互感器与主变低压侧线圈接线相同，主变低压侧电流互感器与主变高压侧线圈接线相同)如图1所示。这种误动可在正常运行时测量六角图或差动继电器执行元件的电压中发现。(2)差动保护用高、低压侧电流互感器的没有同时接在保护级或电流互感器的二次负荷大。在区外短路时，测量级的电流互感器与保护级的电流互感器相比，其铁心深度饱和，两者的误差曲线差异很大，产生了较大的不平衡电流而使差动保护误动作。当电流互感器的实际二次负荷超过允许负荷时，其误差变大，在区外短路时，产生了较大的不平衡电流而使差动保护误动作。如某电站升压站到保护室二次电缆长约300，投运后多次因线路短路使主变差动保护误动作，后经测试及分析确认属于主变差动保护35侧电流互感器二次负荷太大，将另一备用的与原互感器串联后，经多次外部短路考验，保护运行正常。(3)电磁式差动继电器的差动线圈和平衡线圈的匝数整定不当。(4)电流互感器的二次绕组部分短路，使变比变小。如某电站的主变在一次区外短路时发生误动，保护电流互感器变比为200/5,在带负荷时测二次电流发现一相的二次电流特别大。解体检查发现其100/5的抽头与200/5的抽头发生短路，实际变比变为100/5。4、大型变压器的励磁电流分析现代大型变压器额定工作磁密BN1.71.8T，饱和磁密Bs1.92.0T。两者很接近。工作磁密达到额定磁密的1.31.4倍时，励磁电流的有效值可达到额定负荷电流的水平。正常运行情况下的励磁电流相当于额定电流的1%左右。结合磁化曲线，将磁通与励磁电流的关系绘如图1(未考虑剩磁)中。为分析问题的方便，作图1时取变压器的额定工作磁密BN1.75T，饱和磁密Bs1.95T。设工作磁密达到1.3倍额定磁密时，励磁电流的有效值等于变压器的额定电流值，IEIN。图中的电流均为折算后的二次电流值。图1中的I0为变压器处在额定运行状态下的励磁电流值；当工作磁密为1.15倍额定磁密时，励磁电流IE20.3IN2；当工作磁密为1.3倍额定磁密时，励磁电流IE2IN2。图15、过励磁式比率直式变压器差动保护的构成及整定计算比率制动式差动保护具有灵敏度高，保护范围外部故障时制动特性好，加二次谐波制动后有较强的抗励磁涌流能力，因而被广泛用作现代中、大型变压器的主保护。差动保护的主要问题是如何克服不平衡电流。变压器的励磁电流仅存在于一侧，因而，励磁电流是差动保护中的。正常运行时变压器的励磁电流很小，一般认为对差动保护影响不大，在现行的变压器差动保护整定计算中，没有考虑励磁电流的影响。近两年，某电网有几台采用 24型差动继电器构成的变压器差动保护在变压器无故障的情况下动作，将运行中的变压器切除。事后分析原因，没有得出令人信服的结论。有人把这种“误动作”归于保护自身，但对保护装置进行严格的静、动模实验，没能找出保护自身有什么问题。本文经分析认为，这些动作可能是励磁电流的作用，特别是过励磁引起的。比率制动特性如图2所示。图2中，act为动作电流；brk为制动电流；保护的动作条件为：式(1)中:act,min最小动作电流;brk制动系数,brk=brk.min制动电流起制动作用的起始值,当.时制动回路起制动作用。为提高保护反映内部故障的灵敏度，最小动作电流act.min只考虑躲正常运行时的不平衡电流，即：act.min=rel(apersser+)n2(2)式(2)中:rel可靠系数,一般取1.3；aper非周期分量影响系数,取1.31.5；ss电流互感器的同型系数,变压器差动保护ss取1；er10%误差；调压范围；相对误差，由各差动臂中的电流决定；n2变压器额定运行状态下差动臂中电流(取各差动臂中电流最大那一侧的电流)。式(2)是现行的比率制动式变压器差动保护的计算式，励磁电流被忽略。现以一台=120，接线方式为:n1,12,11；电压比为22081.25% 12,，11变压器为例，计算比率制动式差动保护的整定值。额定值计算列如表1。相对误差:取:=0.008则:act.min=1.3(1.510.1+81.25%+0.008)3.963=1.32实际中取:act.min=2制动系数:brk=1.3(1.510.1+81.25%+0.008)=0.3354实际中取:brk=0.4为躲励磁涌流,二次谐波制动部分按厂家要求取15%20%。差动速断取bct=(8-10)=30为防止外部故障保护误动作取brk.min=n2=3.936。6、比率制动式变压器差动保护的动作行为分析本节结合前两节的数据,重点分析励磁电流对比率制动式差动保护的作用。外部故障，在比率制动的作用下，差动保护有选择地不动作。变压器正常运行时，不平衡电流unb小于最小动作电流act.min，差动保护可靠地不动作。出现励磁涌流时，由二次谐波制动部分作用，保护不动作。变压器内部故障，满足式(2)的动作条件，差动保护可靠地动作。当某种原因引起变压器过励磁达到一定程度时，差动保护会动作。在大型变压器上装有过励磁保护。过励磁保护现行的整定原则是：过励磁倍数整定为1.181.20倍额定磁密时，过励磁保护的动作时间整定为26；过励磁倍数整定为1.10倍额定磁密时，过励磁保护的动作时间整定为4560，从图1中可看出，过励磁倍数为1.15额定磁密时，励磁电流E2=0.3n2=3.9360.3=1.181，加上变压器额定负载情况下可能出现的不平衡电流unb=(apersser+)n2，因为计算的是变压器额定负载情况下的不平衡电流，所以取aper=1，则unb=(110.1+0.1+0.008)3.936=1.102，通过差回的电流为1.181+1.102=2.28，大于差动保护的动作值2，差动保护瞬时动作。在现行的整定原则下，过励保护能动作时，比率制动式差动保护也会动作，而后者是不带时限的。近年来，随着生活水平的不断提高，生活用电比例不断提高，电力系统峰、谷负荷差值越来越大，这样带来电压波动较大，再考虑其它因素(如高压线路的充电电容引起线路末端电压升高，220的线路，每百公里可使电压升高约3%)，变压器过励磁的可能性增加。因过励磁保护动作时间长，差动保护切除了过励磁故障。前述某电网比率制动式差动保护的“误动作”,不排除有切除过励磁的可能性。7、比率制动式变压器差动保护的防范措施比率制动式变压器差动保护必须考虑变压器过励磁问题。按现行的比率制动变压器差动保护和变压器过励磁保护方式整，变压器过励磁时只能是差动保护动作。要解决好过励磁时比例制动式差动保护的动作问题，可采取两种措施，一是在整定act.min时，引入反应励磁电流的系数，这当然会降低差动保护反映短路故障的灵敏度。二是考虑过励磁保护与差动保护的配合，如让过励磁保护瞬时发信号等。8、结论差动保护投运注意事项由于变压器空载投入时，有很大的励磁涌流，当电流为零值的瞬间投入，其值可达变压器额定电流的68倍。又因变压器差动保护是根据环流原理构成的，对继电器及各侧电流互感器有严格的极性要求。为了避免二次接线错误，保证变压器顺利投入运行，投运后安全可靠，出现故障时的差动保护正确动作，通常在主变压器送电时及送电后必须注意做好以下二项工作。1、对新安装和电压下，空投试验5次，以检查差动定值是否能躲过励磁涌流的影响，试验中，差动保护一次也不应动作，否则应增大继电器的动作电流，以避免电源线路重合闸过程中及变压器通电时，差动保护误动作。2、变压器投入运行并带负荷后,先测六角图(负荷电流向量图),然后用高内阻电压表测量执行元件线圈的不平衡电压。一般情况下,在额定负荷时,该不平衡电压不应超过0.15伏。差动回路电流应平衡。否则应进一步检查变压器及继电器本身的接线是否正确。9、几点建议:(1)制造厂要研究如何防止差动保护在励磁涌流与负荷电流迭加产生不平衡电流时造成误动，在保护装置做动模试验时，应考虑本主变带负荷时下级主变空载冲击，以及本主变带负荷时上级线路重合闸的运行模式，确保保护装置具有较强的防止保护误动的能力；(2)重视差动保护各侧电流互感器特性及二次回路参数的匹配，严格控制10%误差特性。不仅要考虑稳态特性的匹配，还要重视暂态特性的匹配，防止在差动继电器中产生较大的不平衡电流。(3)要客观考虑差动保护的灵敏度，在灵敏度足够高时适当提高差动保护的定值。(4)若条件允许，新投运差动保护及主变时，除进行五次冲击试验外，还可以在电流回路用录波器对冲击电流、差电流等进行录波，分析比较暂态特