諶爭(zhēng)鳴 王冠南 諶鴻

摘要：本文對(duì)一起因220kV線路重合于永久性故障而引起主變差流速斷保護(hù)動(dòng)作的原因進(jìn)行了分析。故障錄波圖顯示的重合閘時(shí)的故障電流波形發(fā)生了畸變，它是由于用于變壓器差動(dòng)保護(hù)的電流互感器TA飽和所致，從而使得變壓器保護(hù)產(chǎn)生差流且達(dá)到差流速斷保護(hù)定值而誤動(dòng)。為了合理選擇用于變壓器差動(dòng)保護(hù)電流互感器TA參數(shù)，搭建了RTDS仿真模型，進(jìn)行仿真計(jì)算。首先對(duì)所用的電流互感器TA進(jìn)行仿真計(jì)算，所得出的仿真波形與故障錄波器所錄波形基本吻合，表明仿真計(jì)算是可行的；然后，對(duì)電流互感器TA采用不同參數(shù)進(jìn)行仿真計(jì)算，從而提出了TA參數(shù)選擇的要求。

關(guān)鍵詞：變壓器；TA飽和；仿真；選型

中圖分類號(hào)：TM771文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

變壓器在電力系統(tǒng)中起著重要的作用，差動(dòng)保護(hù)作為其主保護(hù)，保證了變壓器的安全可靠運(yùn)行。為了避免變壓器勵(lì)磁涌流影響，差動(dòng)保護(hù)配置了勵(lì)磁涌流閉鎖元件，這樣在變壓器內(nèi)部發(fā)生嚴(yán)重故障時(shí)，由于電流互感器飽和，出現(xiàn)二次諧波電流和發(fā)生波形畸變，差動(dòng)保護(hù)被閉鎖而不能可靠動(dòng)作。為此，配置了主變差流速斷保護(hù)，作為差動(dòng)保護(hù)的一個(gè)輔助保護(hù)，當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生嚴(yán)重故障時(shí)能快速動(dòng)作切除故障。為確保主變差流速斷保護(hù)可靠動(dòng)作，對(duì)其誤動(dòng)進(jìn)行分析，并提出防范措施，顯得非常必要。

1 變壓器保護(hù)動(dòng)作原因分析

1.1故障與保護(hù)動(dòng)作情況

220kV XS線211斷路器、MS線212斷路器經(jīng)內(nèi)橋231斷路器環(huán)網(wǎng)向#1、#2主變送電；#1主變帶110kVI段及10kVI段負(fù)荷，#2主變帶110kVII段及10kVII段負(fù)荷，10kV分段931斷路器處熱備用，#1、#2主變220kV及110kV側(cè)均處并列運(yùn)行狀態(tài)，如圖1所示。

距某220kV變電站1.6km處，由于施工場(chǎng)地塔吊臂觸碰220kV XS線A相導(dǎo)線， 導(dǎo)致XS線A相發(fā)生永久性金屬接地故障，雙套線路保護(hù)A相跳閘出口，跳開211斷路器A相；而后重合閘動(dòng)作，重合于永久性故障上，雙套線路保護(hù)三相跳閘出口，跳開211斷路器三相；同時(shí)，#1主變雙套差流速斷保護(hù)動(dòng)作，跳211、231斷路器三相，導(dǎo)致#1主變停運(yùn)。

圖1 主接線圖

1.2保護(hù)動(dòng)作原因分析

變壓器A、B套保護(hù)高壓側(cè)電流為211、231電流互感器電流合成。

220kV XS線初次故障時(shí)，211電流互感器#1變壓器保護(hù)用繞組電流波形未發(fā)生畸變，變壓器保護(hù)未動(dòng)作。圖2（a）、3（a）分別為變壓器A、B套保護(hù)故障錄波圖。

（a） 初次故障

（b）重合于故障

圖2 XS線故障時(shí)變壓器A套保護(hù)故障錄波圖

（a） 初次故障

（b）重合于故障

圖3 XS線故障時(shí)變壓器B套保護(hù)故障錄波圖

220kV XS線重合于故障時(shí)，211電流互感器#1變壓器保護(hù)用繞組電流波形發(fā)生畸變，差流峰值達(dá)43.6A，變壓器A、B套保護(hù)感受的差流分別為12.114A、13.81A，已超過(guò)了變壓器差流速斷定值11.75A，從而導(dǎo)致重合于故障時(shí)#1主變差流速斷動(dòng)作，跳開211、231、101和901斷路器三相。圖2（b）、3（b）分別為變壓器A、B套保護(hù)故障錄波圖。由于差流中二次諧波分量已達(dá)35%，超過(guò)涌流閉鎖定值18%，所以比例差動(dòng)保護(hù)未動(dòng)作。

1.3 TA飽和分析

在短路引起的暫態(tài)過(guò)程中，短路電流中的非周期分量中含有大量的直流分量，直流分量不會(huì)轉(zhuǎn)變到二次，但會(huì)改變鐵芯的工況，使鐵芯高度飽和，進(jìn)而使二次短路電流波形發(fā)生偏移而產(chǎn)生畸變。若系統(tǒng)有重合閘，第一次短路開斷后在鐵芯中產(chǎn)生的衰減剩磁，將在重合故障時(shí)對(duì)鐵芯中的磁通帶來(lái)進(jìn)一步影響，嚴(yán)重時(shí)剩磁極性與重合時(shí)短路電流暫態(tài)分量引起的磁通極性一致時(shí)，鐵芯磁通飽和程度加重，二次電流波形畸變也隨之加大。剩磁一旦產(chǎn)生，在正常的工況下不易消除。#1主變保護(hù)高壓側(cè)211電流互感器采用準(zhǔn)確級(jí)為5P15、變比為800/5的繞組，飽和電壓實(shí)測(cè)值為147.14V；231電流互感器采用準(zhǔn)確級(jí)為5P30、變比為800/5的繞組，飽和電壓實(shí)測(cè)值為156.06V。它們均為P類電流互感器，對(duì)剩磁無(wú)限制。211電流互感器準(zhǔn)確限制系數(shù)較低，受故障非周期分量和剩磁影響而發(fā)生暫態(tài)飽和，導(dǎo)致211電流互感器二次側(cè)電流波形發(fā)生畸變。下面將就211電流互感器受故障非周期分量和剩磁影響情況，進(jìn)行仿真計(jì)算。

2 TA飽和仿真計(jì)算及選型

2.1仿真模型參數(shù)

采用RTDS進(jìn)行TA飽和仿真。與220kV變電站所連系統(tǒng)視為無(wú)窮大系統(tǒng)；線路、變壓器采用實(shí)際參數(shù)；中、低壓側(cè)負(fù)荷為故障時(shí)的實(shí)際負(fù)荷；電流互感器特性采用試驗(yàn)所得的伏安曲線。

2.2仿真結(jié)果

（1）211電流互感器采用5P15、800/5繞組的數(shù)字仿真驗(yàn)證。設(shè)置重合時(shí)故障角為0°，故障電流非周期分量為最大值，剩磁系數(shù)為0.4。當(dāng)220kV XS線重合于永久性故障時(shí)的仿真波形如圖4。仿真波形與實(shí)際波形基本吻合，驗(yàn)證了仿真模型的準(zhǔn)確性。

圖4 XS線重合于故障時(shí)，211 TA二次仿真波形（5P15、800/5繞組）

（2）211電流互感器采用5P20、1600/5繞組的數(shù)字仿真驗(yàn)證。設(shè)置重合時(shí)故障角為0°，故障電流非周期分量為最大值，剩磁系數(shù)為0.4。設(shè)置重合時(shí)故障角為0°，故障電流非周期分量為最大值，剩磁系數(shù)為0.4。當(dāng)220kV XS線重合于永久性故障時(shí)的仿真波形如圖5。從圖5可看出，211 TA 5P20、1600/5繞組比5P15、800/5繞組二次電流畸變程度要輕，說(shuō)明TA額定電流大和準(zhǔn)確限制系數(shù)大，抗飽和能力要強(qiáng)。

圖5 XS線重合于故障時(shí)，211 TA二次仿真波形（5P20、1600/5繞組）

（3）211和231電流互感器均采用5P30、1600/5繞組的數(shù)字仿真。圖6為 220kV母線單相永久性故障，初次故障時(shí)，211 TA與231 TA合成電流仿真波形。說(shuō)明初次故障時(shí)，211和231電流互感器合成電流無(wú)畸變。圖7為 220kV母線單相永久性故障，重合于故障時(shí)（故障角為0°，故障電流非周期分量為最大值，剩磁系數(shù)分別為0.4、0.2），211 TA與231 TA合成電流仿真波形。說(shuō)明重合于故障時(shí)，211 TA與231 TA合成電流產(chǎn)生嚴(yán)重的畸變。經(jīng)數(shù)字仿真，變壓器保護(hù)若采用211 TA與231 TA 5P30、1600/5繞組，在重合于永久性故障時(shí)，其合成電流仍將發(fā)生嚴(yán)重畸變。

圖6 初次故障時(shí)，211 TA與231 TA合成電流仿真波形

圖7 重合于故障時(shí)，211 TA與231 TA合成電流仿真波形

（4）現(xiàn)有的211和231電流互感器無(wú)論采用5P15、800/5繞組和5P20、1600/5繞組，還是采用5P30、1600/5繞組均不能滿足要求，因此，應(yīng)更換現(xiàn)有的211和231電流互感器。

2.3 TA選型

根據(jù)江西電網(wǎng)中期參數(shù)，計(jì)算出該220kV變電站220kVXS線出口故障短路電流為21.57kA。依據(jù)《DL/T 866-2004電流互感器及電壓互感器選擇及計(jì)算導(dǎo)則》和仿真結(jié)果，考慮非周期分量和剩磁影響，211和231電流互感器更換時(shí)，其準(zhǔn)確限制系數(shù)選擇為短路電流穩(wěn)態(tài)值與電流互感器額定值之比的3-4倍為宜，即暫態(tài)系數(shù)為3-4。因此，#1主變保護(hù)高壓側(cè)211和231電流互感器可選用具有5P30、變比不小于2500/5的電流互感器；根據(jù)211和231電流互感器二次回路阻抗實(shí)測(cè)值（分別為1.741Ω、0.8967Ω），211電流互感器額定容量應(yīng)不小于50VA；231電流互感器額定容量應(yīng)不小于25VA。

3 結(jié)語(yǔ)

211電流互感器準(zhǔn)確限制系數(shù)較低，受故障非周期分量和剩磁影響而發(fā)生暫態(tài)飽和，導(dǎo)致電流互感器二次側(cè)電流波形發(fā)生畸變，造成#1主變差流速斷保護(hù)在重合于永久性故障時(shí)發(fā)生誤動(dòng)。通過(guò)數(shù)字仿真，驗(yàn)證了211電流互感器和231電流互感器均采用準(zhǔn)確級(jí)為5P30、1600/5繞組，在重合于永久性故障時(shí)，其合成電流仍將發(fā)生嚴(yán)重畸變，應(yīng)更換現(xiàn)有的211 和231電流互感器。對(duì)于內(nèi)橋接線和線變接線的變壓器保護(hù)用電流互感器，考慮到線路重合于永久性故障受剩磁影響而暫態(tài)飽和，其暫態(tài)系數(shù)選擇3-4為宜。

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