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淺談關于變壓器的差動保護

返回打印來源：儀天成電力時間：2017/12/07 閱讀：次

一、引言
　　　　變壓器差動保護是變壓器的主保護，一般采用的是帶制動特性的比率差動保護，因其所具有的區內故障可靠動作，區外故障可靠閉鎖的特點使其在系統內得到了廣泛的運用。其中有許多文獻[1][2]都對上敘二種故障情況做出了詳盡的分析，但是從現場工程實際來看，當變壓器發生區外短路故障時，電流互感器負荷箱是檢驗電流互感器時，專門提供的各種有效負載，是全自動互感器校驗臺及現場互感器誤差測試的理想配套產品。由于變壓器本身流過巨大的短路電流而對其本體的絕緣和性能造成了破壞，同時伴隨著變壓器內部發生匝間短路故障的情況也時常發生，這就要求差動保護在這種情況下也能夠可靠動作而不被誤閉鎖，這就對差動保護提出了更高的要求。本文就從上敘工程現場出現的問題出發，對這種情況進行重點分析。
　　　　二、加強主保護，應使差動保護更完善和簡化整定計算
　　　　加強主保護的目的，是為了簡化后備保護，使變壓器發生故障能夠瞬時切除故障。目前220kV及以上電壓等級的變壓器縱聯差動保護雙重化，這是加強主保護的必要措施。差動保護應在安全可靠的基礎上使之完善。
　　在簡化整定計算方面，差動保護應多設置自動的輔助定值和固定的輸入定值，使用戶需要整定的保護定值減少，以發揮微機型繼電保護裝置的優越性。不需要系統參數，不需要校核靈敏度，可以根據變壓器的參數獨立完成保護的整定，整定方法簡單清晰。
　　　　三、差動保護用的電流互感器的基本要求
　　　　差動保護用的電流互感器需要滿足兩個條件，其一是穩態誤差必須控制在10%誤差范圍之內，因為整定計算中采用的不平衡穩態電流是按10%誤差條件計算。其二是暫態誤差，影響電流互感器暫態特性的參數主要有：短路電流及其非周期分量，一次回路時間常數，電流互感器工作循環及經歷時間，二次回路時間常數等。電流互感器剩磁對于飽和影響很大，當剩磁與短路電流暫態分量引起的磁通極性相同時，加重二次電流的畸變，因此電流互感器鐵心中存在剩磁，則電流互感器可能在一次電流遠低于正常飽和值即過早飽和。差動保護的暫態不平衡電流比穩態時大得多，僅在整定計算時將穩態不平衡電流增大二倍是不夠安全的。采取抗飽和的辦法是使用帶有氣隙的TPY級電流互感器。但是差動保護廣泛使用的是P級電流互感器，對P級電流互感器規定允許穩態誤差不超過10%，暫態誤差必然要超過穩態誤差，在實用上可在按穩態誤差選出的技術規范基礎上通過“增密”以限制暫態誤差。
　　采用增密的方法有以下幾種[2]：（1）將準確限值系數增大二倍（允許短路電流為額定電流的倍數）；（2）將二次額定負擔增大一倍；（3）增大二次電纜截面使二次回路的總電阻減半；（4）改用5P級電流互感器（復合誤差由10%降為5%）。
　　目前110kV及以下電壓等級均采用P級電流互感器，220kV變壓器亦采用P級電流互感器或5P級、PR級（剩磁系數小于10%）電流互感器，因此差動保護需要采取抗電流互感器飽和的措施。500kV變壓器在500kV側、220kV側均用TPY級電流互感器，對于600MW大型發電機變壓器組保護，500kV側均采用TPY級電流互感器，在發電機側已有TPY級電流互感器可選用。
四、度和快速性差動保護的高靈敏的前提是安全、可靠　　
　　差動保護應具有高靈敏度和快速性，輕微匝間短路能快速跳閘，但是提高靈敏度和快速性必須建立在安全、可靠的基礎上。運行實踐說明：使用較低的起動電流值在區外故障或區外故障切除時引起差動保護誤動的嚴重后果，因此對于靈敏度和快速性不要追求過高的指標而忽視可靠性。
　　提高靈敏度雖對反映輕微故障是有效的，但靈敏度的提高必然降低安全性。變壓器的嚴重故障并不都是由輕微故障發展而來的，故障發生的瞬間仍會發生燒毀設備的事故，同時輕微故障發展為嚴重故障也需要時間，因此輕微故障帶一些時間切除故障也是允許的，長時間的運行實踐證實變壓器氣體保護是動作時間稍長地切除輕微的匝間故障。
　　輕微匝間故障時產生的機械應力和熱效應不大，在200ms內故障切除，不會危及鐵心，從檢修的角度，只要鐵心不損壞，輕微和嚴重的匝間故障都是需要更換線圈，因此只要差動保護在鐵心損壞之前動作，就可以滿足檢修的要求，不需要追求減少線圈的燒損程度而犧牲保護的安全性。　　
　　五、簡化后備保護　　
　　后備保護作用主要是為了變壓器區外故障，特別是考慮在其聯接的母線發生故障未被切除的保護，當然也可以兼作變壓器主保護的后備（尤其110kV及以下電壓等級的變壓器）和其聯接的線路保護的后備（尤其110kV及以下電壓等級的線路）。當加強主保護以后，差動保護雙重化配置，氣體保護獨立直流電源，因此主保護是非常可靠、靈敏、快速的，理應簡化后備保護。后備保護只要具備在220kV及以上電壓系統是近后備，在110kV及以下電壓系統是遠后備的基礎，不需要仿照線路保護設幾段后備保護，線路保護有距離保護，基本不受短路電流的影響，保護范圍較固定，配合比較簡單。變壓器后備保護主要是母線的近后備，110kV及以下電壓等級線路的遠后備，只要系統內故障能由保護動作切除不致于拒動就滿足要求。如果后備保護要從電流保護來解決多段式配合，這是既復雜又困難的問題。變壓器后備保護不需作多段配合、定值校核的工作，我們要擺脫整定計算中難以配合的困擾。目前，微機型保護各側設置相間和接地保護各設3段8時限的復雜保護是作繭自縛，沒有好處。
　　簡化后備保護的原則，作者認為變壓器高壓側只設置復合電壓過電流保護，中、低壓側設復合電壓過電流保護作為遠后備，電流限時速斷作為母線近后備。　　
　　六、結語　　
　　變壓器差動保護提高靈敏度和快速性必須建立在安全可靠的基礎上，應采取防止因電流互感器飽和和區外故障切除的暫態誤差造成誤動的措施。
　　加強主保護理應簡化后備保護，變壓器后備保護主要是作為母線的近后備，110kV及以下電壓等級線路的遠后備，要擺脫整定計算中難以配合的困擾，不作定值校核，為此高壓側后備保護僅設復合電壓過流保護，中、低壓側后備保護設復合電壓過流保護和電流限時速斷保護，前者按變壓器額定電流整定，后者按同側母線的低靈敏度要求整定，時間應與同側相鄰線路的相應時間相配合。

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