主變差動(dòng)保護(hù)原理分析

1　引言

主變差動(dòng)保護(hù)是變壓器的主要保護(hù)手段，基本原理是反應(yīng)被保護(hù)變壓器各端流入和流出電流的差，在保護(hù)區(qū)內(nèi)故障，差動(dòng)回路中的電流值大于整定值，差動(dòng)保護(hù)瞬時(shí)動(dòng)作，而在保護(hù)區(qū)外故障，主變差動(dòng)保護(hù)則不應(yīng)動(dòng)作。受變壓器勵(lì)磁電流、接線方式、電流互感器誤差等因素的影響，使差動(dòng)回路中產(chǎn)生不平衡電流，而不平衡電流中勵(lì)磁涌流的存在，?？蓪?dǎo)致變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)，給變壓器差動(dòng)保護(hù)的實(shí)現(xiàn)帶來(lái)困難，因此采用措施減少不平衡電流及其對(duì)保護(hù)的影響是實(shí)現(xiàn)主變差動(dòng)保護(hù)需要解決的主要矛盾。

2　主變差動(dòng)保護(hù)分析

在主變差動(dòng)保護(hù)所用電流互感器選擇時(shí)，除應(yīng)選帶有氣隙的D級(jí)鐵芯互感器外，還應(yīng)適當(dāng)?shù)卦龃箅娏骰ジ衅髯儽?，以降低短路電流倍?shù)，這樣可以有效削弱勵(lì)磁涌流，減少差動(dòng)回路中產(chǎn)生的不平衡電流，提高差動(dòng)保護(hù)的靈敏度。這對(duì)避免保護(hù)區(qū)外故障，尤其是最嚴(yán)重的三相金屬性短路而導(dǎo)致的主變差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作尤為有效。下面將通過(guò)實(shí)例進(jìn)行分析：

實(shí)例：一臺(tái)三相三繞組降壓變壓器，容量S_e=40.5MVA，電壓110±2×2.5%kV/385±2×2.5%kV/11kV，接線方式：Ydd11-11，變壓器額定電流：213A/608A/2130A。主變差動(dòng)保護(hù)采用BCH-2型差動(dòng)繼電器。基本計(jì)算如表1所示，已確定110kV側(cè)為基本側(cè)。

主變差動(dòng)保護(hù)部分整定值如下(計(jì)算過(guò)程略)：

差動(dòng)線圈的計(jì)算匝數(shù)：W_cd.js=6.3匝，實(shí)際匝數(shù)向下取整，取W_cd.js=6匝；

繼電器的實(shí)際動(dòng)作電流：I_dz=10A；

靈敏度K_1m=2.1。

該變電所曾發(fā)生10kV線路出線處因外力破壞導(dǎo)致三相金屬性短路，10kV線路電流速斷動(dòng)作，相繼引起主變差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作。我們初步分析因短路點(diǎn)離保護(hù)太近，又是最嚴(yán)重的三相金屬性短路，短路電流極大，當(dāng)外部故障切除，電壓恢復(fù)時(shí)，出現(xiàn)數(shù)值很大的勵(lì)磁涌流，從而使差動(dòng)回路產(chǎn)生的不平衡電流大于整定電流值而導(dǎo)致主變差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作。但如果提高保護(hù)定值，如保護(hù)定值增大為11A，則靈敏度變小K1m=1.91＜2，不能滿足靈敏度的要求。

表1

項(xiàng)目	高壓側(cè)	中壓側(cè)	低壓側(cè)
額定電壓(kV)	110	35	11
額定電流(A)	213	608	2130
電流互感器接線	D	Y	Y
電流互感器計(jì)算變比		608/5	2130/5
電流互感器選擇變比	400/5	750/5	3000/5
流入差動(dòng)回路中的電流(A)	213/(400/5)×3=4.6	608/(750/5)=4.05	2130/(3000/5)=3.55
不平衡電流(A)	0	4.6-4.05=0.55	4.6-3.55=1.05

后經(jīng)綜合分析，認(rèn)為采用BCH-2型具有速飽和變流差動(dòng)繼電器來(lái)避免勵(lì)磁涌流存在一定缺陷。從勵(lì)磁涌流的特性看，對(duì)三相變壓器，電壓恢復(fù)時(shí)，至少有兩相出現(xiàn)程度不同的勵(lì)磁涌流，即三相勵(lì)磁涌流中可能有一相沒(méi)有非周期分量，這時(shí)速飽和變流器將失去作用。分析保護(hù)定值，差動(dòng)保護(hù)電流互感器變比選得有些偏低，且趨于飽和。這樣當(dāng)發(fā)生最嚴(yán)重的三相金屬性短路時(shí)，電流互感器因飽和其誤差增大，不但增大不平衡電流，而且使電流互感器嚴(yán)重過(guò)載。而增大電流互感器變比，可降低短路電流倍數(shù)，減少差動(dòng)回路中的不平衡電流，因而能有效地削弱勵(lì)磁涌流和區(qū)外故障產(chǎn)生的不平衡電流。

根據(jù)以上分析，采用增大電流互感器變比的方法，其數(shù)據(jù)如表2所示(與表1相同部分略)。

表2

項(xiàng)目	高壓側(cè)	中壓側(cè)	低壓側(cè)
電流互感器選擇變比	500/5	900/5	4000/5
流入差回路中的電流(A)		608(900/5)=3.38	2130/(4000/5)=2.66
不平衡電流(A)	0	3.69-3.38=0.31	3.69-2.66=1.03

主變差動(dòng)保護(hù)部分整定值如下(計(jì)算過(guò)程略)：

差動(dòng)線圈的計(jì)算匝數(shù)：W_cd.js=8.1匝，實(shí)際匝數(shù)向下取整，取W_cd.js=8匝；

繼電器的實(shí)際動(dòng)作電流：I_dz=9A；

靈敏度K_1m=2.44。

由表1、2及部分整定數(shù)據(jù)可知：電流互感器變比增加后，其二次電流110kV側(cè)由4.6A減為3.69A，35kV側(cè)由4.05A減為3.38A，10kV側(cè)由3.55A減為2.66A；差動(dòng)回路中的不平衡電流：35kV側(cè)由0.55A減為0.31A，10kV側(cè)由1.05A減為1.03A；靈敏度由2.1增為2.44。即減少了電流互感器二次回路電流和差動(dòng)回路中的不平衡電流，提高了保護(hù)裝置的靈敏度，使主變差動(dòng)保護(hù)區(qū)外發(fā)生最嚴(yán)重的三相金屬性短路時(shí)，電流互感器不致于嚴(yán)重過(guò)載而使誤差增大，有效地削弱勵(lì)磁涌流和區(qū)外故障產(chǎn)生的不平衡電流。該所自增大電流互感器變比后，10kV線路再發(fā)生類似短路故障時(shí)，主變差動(dòng)保護(hù)再未誤動(dòng)過(guò)。

3　結(jié)論

為防止主變差動(dòng)保護(hù)因不平衡電流的影響造成的保護(hù)誤動(dòng)作，在選擇保護(hù)用電流互感器時(shí)，除應(yīng)選帶有氣隙的D級(jí)鐵芯互感器外，適當(dāng)增大電流互感器變比，這樣可以降低短路電流倍數(shù)，減少差動(dòng)回路中產(chǎn)生的不平衡電流，有效削弱勵(lì)磁涌流，提高差動(dòng)保護(hù)的靈敏度。這對(duì)避免保護(hù)區(qū)外故障，尤其是最嚴(yán)重的三相金屬性短路而導(dǎo)致的主變差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作不失為有效的方法之一。