陳海龍

（許繼電氣股份有限公司，河南省許昌市 461000）

內(nèi)橋和電流接線對(duì)變壓器差動(dòng)保護(hù)的影響

陳海龍

（許繼電氣股份有限公司，河南省許昌市 461000）

主變壓器差流速斷保護(hù)作為變壓器內(nèi)部故障快速主保護(hù)，因變壓器空投時(shí)的勵(lì)磁涌流或外部故障時(shí)的最大不平衡電流無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量和計(jì)算，實(shí)際使用時(shí)通常都按照經(jīng)驗(yàn)值來(lái)整定，這就要求差流速斷保護(hù)要具有較高的抗干擾能力。本文詳細(xì)介紹了差流速斷保護(hù)的動(dòng)作邏輯及TA飽和的判別方法，結(jié)合內(nèi)橋“和電流”接線，在特殊運(yùn)行方式下，區(qū)外故障TA飽和差流速斷保護(hù)動(dòng)作情況分析，提出了差動(dòng)保護(hù)電流互感器的注意事項(xiàng)及接線要求, 以保證差動(dòng)保護(hù)可靠運(yùn)行。

差流速斷保護(hù)；TA飽和；內(nèi)橋；和電流接線

0 引言

橋形接線是由一臺(tái)斷路器和兩組隔離開(kāi)關(guān)組成連接橋，將兩回變壓器—線路組橫向連接起來(lái)的電氣主接線。橋形接線可分為內(nèi)橋接線和外橋接線兩種接線方式。橋電路連接在兩臺(tái)變壓器開(kāi)關(guān)的內(nèi)側(cè)，靠近變壓器側(cè)，稱(chēng)為內(nèi)橋接線。

橋形接線中使用的斷路器和隔離開(kāi)關(guān)臺(tái)數(shù)少，其配電裝置占地面積也小，能夠滿足變電所可靠性的要求，運(yùn)行方式靈活，一條線路故障不影響另一條線路及主變壓器的運(yùn)行。橋形接線適用于線路為兩回、變壓器為兩臺(tái)的變電所。

近年來(lái)保護(hù)動(dòng)作統(tǒng)計(jì)表明變壓器差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作準(zhǔn)確率偏低，除了和變壓器勵(lì)磁涌流有關(guān)外，另外一個(gè)重要的因素就是電流互感器的飽和問(wèn)題。

本文針對(duì)某水電站內(nèi)橋接線變電站的出線和內(nèi)橋采用“和電流”接線，在特定的運(yùn)行方式下，區(qū)外故障電流互感器飽和導(dǎo)致主變壓器差流速斷保護(hù)動(dòng)作事故，分析了差流速斷保護(hù)動(dòng)作的原因，并提出了解決該問(wèn)題有效的方法。

1 主變壓器差動(dòng)保護(hù)

1.1 差流速斷保護(hù)原理

變壓器差動(dòng)保護(hù)原理復(fù)雜，裝置中常用到各種濾波環(huán)節(jié)，使保護(hù)動(dòng)作速度比較慢。為了取得在嚴(yán)重的內(nèi)部短路時(shí)有高速的保護(hù)，一般在比率制動(dòng)式差動(dòng)保護(hù)的基礎(chǔ)上，利用原有裝置中的差動(dòng)電流，不經(jīng)濾波電路，直接采用差動(dòng)電流的全波幅值作為動(dòng)作量，沒(méi)有制動(dòng)量，這就是差流速斷保護(hù)[1]。

差流速斷保護(hù)的動(dòng)作電流應(yīng)按變壓器空載合閘、有最大勵(lì)磁涌流時(shí)不誤動(dòng)作作為整定原則。對(duì)于大型變壓器，還應(yīng)考慮外部短路時(shí)可靠不誤動(dòng)。而變壓器空投時(shí)的勵(lì)磁涌流或外部故障時(shí)的最大不平衡電流在實(shí)際應(yīng)用時(shí)又無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量和計(jì)算，DL/T 684—2012《大型發(fā)電機(jī)變壓器繼電保護(hù)整定計(jì)算導(dǎo)則》也只是給出了一個(gè)推薦范圍，實(shí)際使用時(shí)通常都按照經(jīng)驗(yàn)值來(lái)整定。

1.2 差流速斷保護(hù)動(dòng)作邏輯

主變壓器差流速斷保護(hù)要求1.5 倍定值下的保護(hù)動(dòng)作時(shí)間小于20ms，通常采用半周差分或半周傅里葉算法來(lái)保證保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間，但半周算法不能完全濾除直流分量的影響。因此，為了保證差流速斷保護(hù)的快速性及可靠性，其動(dòng)作方程如下：

K——比率制動(dòng)系數(shù)；

Ires——制動(dòng)電流。

式（1）只在同步識(shí)別法判為區(qū)內(nèi)故障時(shí)投入，式（2）固定投入。差流速斷保護(hù)的動(dòng)作特性如圖1所示。

差動(dòng)保護(hù)啟動(dòng)后，首先利用同步識(shí)別法進(jìn)行區(qū)內(nèi)、外判別，如果為區(qū)內(nèi)故障，保護(hù)采用半周差分或半周傅里葉算法計(jì)算差流，當(dāng)式（1）滿足時(shí)差流速斷保護(hù)快速動(dòng)作，保證差流速斷保護(hù)的快速性；如果為區(qū)外故障，則保護(hù)采用全周傅里葉算法計(jì)算差流并增加比率制動(dòng)系數(shù)，當(dāng)式（2）滿足時(shí)差流速斷保護(hù)動(dòng)作，提高保護(hù)的可靠性并保證故障由區(qū)外故障發(fā)展為區(qū)內(nèi)故障時(shí)保護(hù)能可靠動(dòng)作。

圖1 差流速斷保護(hù)動(dòng)作特性

2 TA飽和判據(jù)

2.1 區(qū)外故障飽和特性

差動(dòng)保護(hù)廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)繼電保護(hù)領(lǐng)域，尤其是主設(shè)備保護(hù)。由于大型發(fā)電機(jī)組定子回路時(shí)間常數(shù)大，故障電流中非周期分量衰減慢，故障時(shí)易引起差動(dòng)保護(hù)各側(cè)電流互感器（TA）傳變暫態(tài)不一致或飽和，對(duì)于變壓器來(lái)說(shuō)，各側(cè)TA特性不一致，故障時(shí)更易引起TA飽和[3]。

TA飽和的顯著特征是：區(qū)內(nèi)故障時(shí)，差動(dòng)電流與制動(dòng)電流同時(shí)出現(xiàn)；區(qū)外故障時(shí)，差動(dòng)電流滯后制動(dòng)電流出現(xiàn)；一次電流過(guò)零點(diǎn)附近存在一個(gè)線性傳遞區(qū)，使得區(qū)外故障時(shí)差動(dòng)電流在一個(gè)周期內(nèi)有間斷，不是連續(xù)的。區(qū)外故障TA飽和特性如圖2所示。

圖2 區(qū)外故障TA飽和特性

2.2 TA飽和判據(jù)

（1）同步識(shí)別法區(qū)內(nèi)、區(qū)外故障判別。

當(dāng)差動(dòng)保護(hù)滿足動(dòng)作條件后（進(jìn)入保護(hù)動(dòng)作區(qū)即可）首先進(jìn)行該判別，采用后推一采樣周期（一周波采樣24點(diǎn)）的方法確定故障起始點(diǎn)，判別方程如下：

如果連續(xù)有三個(gè)采樣點(diǎn)滿足此方程，確定此時(shí)故障開(kāi)始，從故障起始點(diǎn)開(kāi)始，三個(gè)采樣點(diǎn)中至少有兩個(gè)采樣點(diǎn)滿足方程：|id|＞0.5×|ir|，認(rèn)為差流和制動(dòng)電流同時(shí)出現(xiàn)，判為區(qū)內(nèi)故障，則保護(hù)不進(jìn)入TA飽和判據(jù)；否則判為區(qū)外故障，保護(hù)自動(dòng)投入飽和判據(jù)。其中：

式中：id——瞬時(shí)點(diǎn)差動(dòng)電流；

if——瞬時(shí)點(diǎn)制動(dòng)電流。

（2）TA飽和判別。

首先根據(jù)差動(dòng)電流自身信息虛擬一個(gè)制動(dòng)電流idmax，該值為一采樣周期內(nèi)最大采樣值，若該采樣周期內(nèi)有19個(gè)及以上的采樣點(diǎn)值滿足方程|id|＞0.2×|idmax|，則開(kāi)放差動(dòng)；否則認(rèn)為T(mén)A飽和，閉鎖差動(dòng)保護(hù)。

圖3 TA飽和虛擬制動(dòng)特性

圖3中，TA飽和時(shí)間為3.3ms，一個(gè)周波內(nèi)滿足虛擬制動(dòng)的最大點(diǎn)數(shù)為14，小于設(shè)定的19，閉鎖差動(dòng)保護(hù)。

3 保護(hù)動(dòng)作情況簡(jiǎn)述

3.1 運(yùn)行方式簡(jiǎn)述

某水電站內(nèi)橋接線變電站的電氣主接線圖如圖4 所示，出線1、出線2是變電站的2 條出線，DL4和DL5為2個(gè)出線斷路器，DL6為內(nèi)橋斷路器，DL2、DL3為發(fā)電機(jī)出口斷路器，DL22為廠用變壓器出口斷路器。

其中，主變壓器2B差動(dòng)保護(hù)高壓側(cè)電流取自電流互感器TA4 和TA6 的和電流，即TA4 和TA6 二次側(cè)電流在端子排上相加后（矢量和）進(jìn)入保護(hù)裝置；中、低壓側(cè)電流分別取自TA2 、TA3和TA22。

特殊運(yùn)行方式為2F、3F發(fā)電機(jī)停運(yùn)，主變壓器2B帶廠用變壓器22B運(yùn)行，廠用電負(fù)荷小于主變壓器額定電流的5%。因此特殊運(yùn)行方式下，區(qū)外故障時(shí)，計(jì)算主變壓器2B的差動(dòng)電流時(shí)，主變壓器低壓2個(gè)分支電流可以忽略不計(jì)，差動(dòng)電流即為T(mén)A4 和TA6的和電流。

圖4 電氣主接線

3.2 主變壓器差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作情況

在特殊運(yùn)行方式下，某日 23時(shí)31分46秒38毫秒由于雷擊導(dǎo)致出線1發(fā)生B、C兩相短路接地故障，線路保護(hù)動(dòng)作。同時(shí)23時(shí)31分46秒055毫秒2B主變壓器差流速斷保護(hù)動(dòng)作。主變壓器差流速斷保護(hù)定值及動(dòng)作報(bào)告如表1、表2所示。

表1 主變壓器差流速斷保護(hù)定值

表2 主變差流速斷保護(hù)動(dòng)作報(bào)告

3.3 主變壓器差流速斷動(dòng)作分析

（1）裝置動(dòng)作報(bào)告分析。

從動(dòng)作報(bào)告可以看出B相差動(dòng)速斷差流達(dá)到11.499A（6.43Ie），大于定值10.736A（6Ie），主變壓器差流速斷保護(hù)動(dòng)作滿足保護(hù)定值設(shè)置的要求。

（2）裝置錄波分析。

裝置動(dòng)作故障錄波圖如圖5所示。

圖5 裝置動(dòng)作故障錄波

從圖2中可以看出，黃線時(shí)刻為線路故障起始時(shí)刻，紅線為故障后某一時(shí)刻，A相差動(dòng)電流為4.592A、B相差動(dòng)電流為11.713A、C相差動(dòng)電流為8.150A，保護(hù)裝置動(dòng)作錄波數(shù)據(jù)與動(dòng)作報(bào)告一致。

（3）保護(hù)動(dòng)作分析。

特殊運(yùn)行工況下，主變壓器2B的差動(dòng)電流即為T(mén)A4 和TA6的和電流。出線1區(qū)外故障時(shí)，故障電流流過(guò)橋側(cè)的6TA 和出線1的 4TA，在兩個(gè)TA傳變特性一致的情況下，對(duì)差動(dòng)保護(hù)來(lái)說(shuō)是個(gè)穿越電流，即6TA 和4TA的電流應(yīng)大小相等，方向相反，兩個(gè)電流和應(yīng)該為零，差動(dòng)電流也應(yīng)該為零，這時(shí)制動(dòng)電流也為零[3]（采用這種接線方式的弊端）。

但是從裝置動(dòng)作錄波及報(bào)告電流看，和電流不為零且比較大。這說(shuō)明6TA 和4TA在故障時(shí)的電流傳變特性不一致，和電流不為零，出現(xiàn)差流。在這種接線運(yùn)行方式下，差動(dòng)保護(hù)只感受到高壓側(cè)的電流（和電流），差動(dòng)電流和制動(dòng)電流是同一個(gè)電流。差動(dòng)電流與制動(dòng)電流的時(shí)差關(guān)系如圖6所示。

從圖6中可以看出，差動(dòng)電流和制動(dòng)電流是同一個(gè)電流，差動(dòng)電流與制動(dòng)電流同時(shí)出現(xiàn)，差動(dòng)保護(hù)判斷為區(qū)內(nèi)故障，差流速斷保護(hù)采用式（1）計(jì)算方式，電流（半周差分算法）達(dá)到定值，快速動(dòng)作。

圖6 差動(dòng)電流與制動(dòng)電流同步判別

3.4 解決措施

（1）建議開(kāi)展差動(dòng)保護(hù)用電流互感器綜合誤差曲線分析。主要包括TA的V/A特性、二次回路負(fù)載阻抗、10%誤差曲線等；

（2）將出線1的電流互感器TA4和橋側(cè)電流互感器TA6分別引入裝置。在區(qū)外故障時(shí)，TA4和TA6的電流會(huì)形成相應(yīng)的制動(dòng)，在區(qū)外故障TA飽和后，判為區(qū)外故障，差流速斷保護(hù)采用式（2）計(jì)算，減少直流分量的影響，并利用制動(dòng)電流的制動(dòng)特性，保證差流速斷保護(hù)可靠不動(dòng)作。

4 結(jié)論

微機(jī)差動(dòng)保護(hù)具有較強(qiáng)的抗TA飽和的能力，區(qū)外故障即使出現(xiàn)TA暫態(tài)飽和或不一致的情況，只要TA的二次電流在一個(gè)周波內(nèi)線性傳變區(qū)不小于5ms就能保證差動(dòng)保護(hù)可靠不動(dòng)作。

在工程應(yīng)用中，應(yīng)避免將有源側(cè)的兩組TA采用“和電流”的接線方式引入保護(hù)裝置，應(yīng)將差動(dòng)保護(hù)用各側(cè)的TA分別接入保護(hù)裝置。

[1] 王維儉．電氣主設(shè)備繼電保護(hù)原理與應(yīng)用．北京：中國(guó)電力出版社，1998．

[2] 袁季修, 盛和樂(lè), 吳聚業(yè)． 保護(hù)用電流互感器應(yīng)用指南[M]． 北京 ：中國(guó)電力出版社，2004．

[3] 李斌，馬超．內(nèi)橋接線主變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)原因分析[J]．電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2009，33（1）：99-102．

陳海龍（1975—），男，高級(jí)工程師，主要研究方向：電力系統(tǒng)繼電保護(hù)。E-mail：124951470@qq．com

The influence of inner bridge and current connection on transformer differential protection

CHEN Hailong
(XJ Electric Co. Ltd., Xuchang 461000, China)

Main transformer differential protection as the main protection of transformer internal fault, because when the transformer inrush current or external fault current imbalance cannot be accurately measured and calculated, the actual use is usually in accordance with the empirical value to the whole set.This requires that the differential protection of the differential current has a high ability to resist interference. In this paper, we introduce the method of the differential protection of the differential velocity and the TA saturation. Combined with internal bridge “current connection”, in the special operation mode, the analysis of the fault protection action of TA saturation difference under the condition of the fault zone.The points of attention and wiring of differential protection current transformer are put forward to ensure the reliable operation of differential protection.

differential protection ; TA saturation; inner bridge;current connection