龔劍超，姚向波

(華東桐柏抽水蓄能發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江臺(tái)州317200)

0 簡(jiǎn)介

變壓器差動(dòng)保護(hù)是變壓器內(nèi)部故障的主保護(hù)，與一般差動(dòng)保護(hù)有所不同。變壓器差動(dòng)保護(hù)保護(hù)范圍不僅包含了電路，也包含了磁路，這就違反了差動(dòng)保護(hù)的理論基礎(chǔ)——基爾霍夫定律。變壓器在全電壓充電時(shí)在其繞組中會(huì)產(chǎn)生暫態(tài)電流——?jiǎng)?lì)磁涌流，勵(lì)磁涌流直接形成差電流，可能造成差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)。為防止變壓器差動(dòng)保護(hù)在充電時(shí)受勵(lì)磁涌流影響而誤動(dòng)，變壓器差動(dòng)保護(hù)必須采用一些方式來(lái)判別勵(lì)磁涌流并閉鎖保護(hù)。

1 勵(lì)磁涌流防誤動(dòng)措施

我國(guó)目前廣泛應(yīng)用的防涌流誤動(dòng)的措施有4種。

(1)利用非周期分量速飽和作用，使勵(lì)磁涌流很少進(jìn)入差動(dòng)保護(hù)執(zhí)行繼電器(電流元件)。此方案普遍應(yīng)用于電磁式變壓器差動(dòng)保護(hù)中。

(2)利用勵(lì)磁涌流中含有較大的偶次諧波。國(guó)內(nèi)外廣泛采用二次諧波制動(dòng)原理。此方案是當(dāng)前微機(jī)保護(hù)中最常用的。

(3)利用勵(lì)磁涌流一次波形的間斷角特征。但勵(lì)磁涌流經(jīng)電流互感器傳變后，間斷角可能消失，此方案在微機(jī)保護(hù)中較少采用。

(4)利用勵(lì)磁涌流前后半波波形的不對(duì)稱，提出波形對(duì)稱原理。此方案已逐步在微機(jī)保護(hù)中推廣。

2 二次諧波制動(dòng)原理

由于二次諧波分量的大小隨機(jī)性很大，不同合閘條件下的二次諧波成分可以減小到10%以下。不同制造公司、不同差動(dòng)保護(hù)裝置，二次諧波制動(dòng)比的定值非常分散，低的有7%，高的也有15%～20%，目前主要由制造廠提出二次諧波定值，然后由變壓器在現(xiàn)場(chǎng)多次空載合閘試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果來(lái)校正定值。具體閉鎖比率差動(dòng)的條件則有不同原理，不同的實(shí)現(xiàn)方式，具體如下:

(1)相制動(dòng)原理

以RCS978為例，RCS978系列變壓器成套保護(hù)裝置采用三相差動(dòng)電流中二次諧波、三次諧波的含量來(lái)識(shí)別勵(lì)磁涌流，判別方程如下:

其中I2nd、I3nd分別為每相差動(dòng)電流中的二次諧波和三次諧波，I1st為對(duì)應(yīng)相的差流基波，K2xb、K3xb分別為二次諧波和三次諧波制動(dòng)系數(shù)整定值。推薦K2xb整定為0.1～0.2，K3xb整定為0.1～0.2。

當(dāng)三相中某一相被判別為勵(lì)磁涌流，只閉鎖該相比率差動(dòng)元件。

由于變壓器空載合閘試驗(yàn)次數(shù)有限，不一定能測(cè)得諧波含量最低值，此方案有可能因合閘情況不同，出現(xiàn)某一相勵(lì)磁涌流諧波含量較小而未能閉鎖該相比率差動(dòng)元件，導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)。

(2)交叉制動(dòng)原理或三取二制動(dòng)原理

以ELIN的DRS主變保護(hù)為例，DRS主變保護(hù)保護(hù)裝置采用三相差動(dòng)電流中二次諧波的含量來(lái)識(shí)別勵(lì)磁涌流，判別方程如下:

其中I2nd為每相差動(dòng)電流中的二次諧波，I1st為對(duì)應(yīng)相的差流基波，K2xb為二次諧波制動(dòng)系數(shù)整定值。推薦K2xb整定為0.15～0.25，以實(shí)際變壓器空載合閘試驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，保留一定裕度，例如實(shí)測(cè)多次變壓器空載合閘試驗(yàn)最低二次諧波含量為24%，則建議整定為20%。

制動(dòng)方式分為兩種，一種為相制動(dòng)，方式同上。另一種為交叉制動(dòng)，即當(dāng)A相諧波含量超過(guò)整定值時(shí)，閉鎖B、C相比率差動(dòng)元件，當(dāng)B相諧波含量超過(guò)整定值時(shí)，閉鎖C、A相比率差動(dòng)元件，即當(dāng)C相諧波含量超過(guò)整定值時(shí)，閉鎖A、B相比率差動(dòng)元件。

GE的T60變壓器保護(hù)也有相似的諧波閉鎖邏輯，三取二制動(dòng)(“2-out-of-3”)，即分別判斷三相諧波，當(dāng)任意兩相滿足閉鎖條件，則閉鎖比率差動(dòng)元件。

此方案在變壓器出現(xiàn)兩相故障時(shí)，可以因兩故障相諧波含量較低而開(kāi)放第三相，從而使保護(hù)在一定程度上避免因變壓器空載合于故障時(shí)拒動(dòng)。

(3)三相制動(dòng)原理

以GE的T60變壓器保護(hù)為例，勵(lì)磁涌流判別方程同上。制動(dòng)方式為計(jì)算三相諧波含量的平均值，當(dāng)平均值高于整定值時(shí)，閉鎖三相比率差動(dòng)元件。

此方案可以消除諧波在三相上的不平衡分布對(duì)涌流判據(jù)的影響，減少因某一相諧波含量較小而引起的保護(hù)誤動(dòng)，但也可能在變壓器故障時(shí)拒動(dòng)。

(4)附加相位制動(dòng)原理(自適應(yīng)二次諧波制動(dòng))

以GE的T60變壓器保護(hù)為例，勵(lì)磁涌流判別方程同上。GE首先提出了利用涌流中二次諧波幅值與相位的特征自適應(yīng)二次諧波制動(dòng)方案。其原理為根據(jù)二次諧波及基波矢量求得二次諧波復(fù)數(shù)比，求取該復(fù)數(shù)比時(shí)，考慮到二次諧波矢量是基波矢量旋轉(zhuǎn)速度的2倍，因此將基波信號(hào)的相位乘以2倍頻后與二次諧波進(jìn)行比相，公式如下:

式中，I1、I2、φ1、φ2分別為基波與二次諧波的幅值與相位。由上式可以看出，勵(lì)磁涌流波形有如下特征:當(dāng)基波轉(zhuǎn)化為兩倍頻時(shí)，二次諧波與基波的復(fù)數(shù)比保持在0°相位差，由基波頻率來(lái)看，相當(dāng)于在0°和180°角上，而非涌流波形則無(wú)此相位關(guān)系。但是對(duì)于三相轉(zhuǎn)角變壓器且CT接于△環(huán)外時(shí)，受環(huán)流助增電流的影響，使得的基波與二次諧波的相位差不滿足以上特點(diǎn)，因而無(wú)法正確判別涌流。

此方案設(shè)計(jì)適合目前一些采用三相分體設(shè)計(jì)的大型500kV變壓器，并且要求變壓器差動(dòng)保護(hù)采用套管CT電流的繞組差動(dòng)保護(hù)原理。在此情況下可以采用附加相位判據(jù)提高涌流的識(shí)別能力。

以上4種二次諧波制動(dòng)原理中，相制動(dòng)原理為防止誤動(dòng)，整定值需要取值較低，實(shí)際運(yùn)行中有時(shí)會(huì)有某相未能閉鎖住的情況，從而導(dǎo)致差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)；而交叉制動(dòng)、三取二制動(dòng)原理則在一定程度上避免了這種情況；附加相位制動(dòng)雖然涌流判別上有優(yōu)勢(shì)，但由于原理的原因，只能適用于部分差動(dòng)保護(hù)。從實(shí)際應(yīng)用來(lái)看，多種諧波制動(dòng)原理并存，供用戶選擇，比較有利于設(shè)備安全運(yùn)行，從這點(diǎn)來(lái)說(shuō)，GE的保護(hù)裝置做得比較貼近用戶。

3 波形對(duì)稱原理

波形對(duì)稱原理利用故障時(shí)，差流基本上是工頻正弦波，而勵(lì)磁涌流時(shí)，有大量的諧波分量存在，波形發(fā)生畸變，間斷，不對(duì)稱的特點(diǎn)，用算法識(shí)別出這種畸變，用以判別勵(lì)磁涌流。

以南瑞RCS978保護(hù)為例，其波形對(duì)稱原理為故障時(shí)，有如下表達(dá)式成立

其中S是差動(dòng)電流的全周積分值，Kb是某一固定常數(shù)，S+是“差動(dòng)電流的瞬時(shí)值+差動(dòng)電流半周前的瞬時(shí)值”的全周積分值，St是門檻定值。Id是差電流的全周積分值，α是某一比例常數(shù)。

當(dāng)三相中的某一相不滿足以上方程，被判別為勵(lì)磁涌流，只閉鎖該相比率差動(dòng)元件。

波形對(duì)稱原理相比于其它原理的勵(lì)磁涌流判別，具有原理上的明顯優(yōu)勢(shì)，對(duì)于具有強(qiáng)大計(jì)算能力的微機(jī)保護(hù)來(lái)說(shuō)實(shí)現(xiàn)和調(diào)整也比較方便，只要在運(yùn)行中積累數(shù)據(jù)，形成相應(yīng)門檻值取值經(jīng)驗(yàn)依據(jù)，很可能成為勵(lì)磁涌流判別的主要手段。

4 其它勵(lì)磁涌流判別的研究

目前，利用電源側(cè)電壓和電流微分的比值來(lái)判別變壓器是否含有勵(lì)磁涌流的保護(hù)原理也比較容易實(shí)現(xiàn)，且計(jì)算量小，判據(jù)清楚，動(dòng)作快速準(zhǔn)確，具有很高的實(shí)用價(jià)值。還有基于變壓器主磁通對(duì)差電流變化率的勵(lì)磁涌流判別方法也具有一定價(jià)值。

5 結(jié)語(yǔ)

變壓器差動(dòng)保護(hù)在目前無(wú)法規(guī)避變壓器勵(lì)磁回路電流實(shí)現(xiàn)變壓器主保護(hù)的現(xiàn)狀下仍是一種很好的變壓器主保護(hù)，但由于原理上的缺點(diǎn)，變壓器勵(lì)磁涌流的存在，使得變壓器差動(dòng)保護(hù)受到很大局限，良好的勵(lì)磁涌流判別能大大提高變壓器差動(dòng)保護(hù)的可靠性和安全性，采用二次諧波制動(dòng)能較好地判別勵(lì)磁涌流，而波形對(duì)稱原理判別則可能取代二次諧波制動(dòng)成為最好的涌流判據(jù)。