對提高變壓器保護動作可靠性的探討

1、對提高變壓器保護動作可靠性的探討對提高變壓器保護動作可靠性的探討劉清瑞，上海申瑞電力科技股份有限公司，上海200233該文發(fā)表于《電力系統(tǒng)裝備》2005年第八期摘要：摘要：根據對變壓器故障類型和不正常工作狀態(tài)，提出變壓器應配置的保護類型。通過對勵磁涌流及不平衡電流產生的原因、抑制及消除方法的分析，提出了提高變壓器差動保護可靠性的措施，并用實例說明上述措施是正確有效的，據此設計開發(fā)出的裝置經試驗和現場運行證明，其靈敏度和可靠性都得到顯著提

2、高。關鍵詞：關鍵詞：變壓器差動保護可靠性1、緒言、緒言電力變壓器是電網的重要組成元件之一，在電網的安全穩(wěn)定運行中具有極其重要的作用。由于電網中變壓器數量越來越多，其單體價值又非常高，一旦發(fā)生故障將造成嚴重后果，所以對變壓器保護動作的可靠性有更高的要求。近年來，110KV變壓器保護正確動作率一直徘徊在70％～80％之間（1999年66.99%2000年75.12%，2001年82.54%，2002年74.77%），遠低于線路保護的正確動作

3、率，因此迫切需要對變壓器保護進一步發(fā)展與完善?！?】【2】2、變壓器故障的類型及應配置的保護、變壓器故障的類型及應配置的保護【3】變壓器的運行故障主要有兩類：（1）油箱內部故障－包括各相繞組之間的相間短路、單相繞組部分線匝之間的匝間短路、單相繞組或引出線通過外殼發(fā)生的單相接地故障、鐵心燒損等；（2）油箱外部故障－包括引出線的相間短路、絕緣套管閃絡或破碎引起的單相接地（通過外殼）短路等。變壓器故障會導致不正常工作狀態(tài)，主要表現在：外部短路

4、或過負荷產生過電流、油箱漏油造成油面降低、中性點過電壓、因外加電壓過高或頻率降低引起過勵磁等。根據變壓器的故障狀態(tài)，應裝設下述保護：（1）瓦斯保護－防止變壓器油箱內各種短路故障和油面降低，其中重瓦斯跳閘、輕瓦斯發(fā)信號；（2）縱聯差動保護和電流速斷保護－防止變壓器繞組和引出線多相短路、大接地電流系統(tǒng)側繞組和引出線的單相接地短路及繞組匝間短路；（3）相間短路的后備保護，包括過電流保護、復合電壓起動的過電流保護、負序過電流保護－防止變壓器外部

5、相間短路并作為瓦斯保護和差動保護的后備；（4）零序電流保護－防止大接地電流系統(tǒng)中變壓器外部接地短路；（5）過負荷保護－防止變壓器對稱過負荷；（6）過勵磁保護－防止變壓器過勵磁?！?】3、變壓器的勵磁涌流及變壓器差動保護、變壓器的勵磁涌流及變壓器差動保護【5】當變壓器空載投入和外部故障切除后電壓恢復時，因鐵心飽和及存在剩磁會出現很大的勵磁電流即勵磁涌流，其特點是含有很大成分的非周期分量、含有大量的高次諧波分量且以二次諧波為主、波形之間有間

6、斷，其大小和衰減時間與外加電壓、鐵芯剩磁大小與方向、回路阻抗、變壓器容量和鐵芯性質有關。對于三相交流變壓器，由于三相之間相差1200，所以任何瞬間合閘至少有兩相出現不同的勵磁涌流，它對變壓器差動保護的正確動作有不利影響，而在穩(wěn)態(tài)運行及差動范圍外發(fā)生故障時則影響不大。差動保護是用某種通信通道將電氣設備兩端的保護裝置縱向聯接起來，并將兩端電氣量比較來判斷保護是否動作，其基礎是基爾霍夫定律。根據該定律，保護范圍內流入與流出的電流應該相等（變壓

7、器歸算到同側）。當保護范圍內發(fā)生故障時，其流入與流出的電流不等，差動保護就根據這個不平衡電流動作。差動保護原理簡單易于實現，有很高的動作選擇性和靈敏度，以其優(yōu)越的保護性能成為大容量、高電壓變壓器的主保護，缺點是在勵磁涌流情況下容易誤動。從電路上看，變壓器一次繞組和二次繞組并非是一個節(jié)點，變壓器差動保護原理建立在穩(wěn)態(tài)磁路平衡的基礎上，是差動保護原理的一種拓展。在暫態(tài)過程中這種平衡關系將被打破，只有等到暫態(tài)過程衰減后，原先的平衡關系才能重新

8、建立，因此需要檢測這種暫態(tài)。變壓器差動保護中的關鍵問題是如何處理勵磁涌流導致的誤動，目前常用的涌流閉鎖方法有二次諧波制動、間斷角閉鎖、波形對稱原理等。勵磁涌流是一5、提高微機變壓器保護動作可靠性的其它措施、提高微機變壓器保護動作可靠性的其它措施變壓器差動保護是變壓器的主保護，要求有很高的可靠性，而變壓器結構復雜，獨具特點，所以必須嚴格按規(guī)程要求認真分析各個細節(jié)，了解變壓器差動保護的特點，采用相應措施，杜絕事故發(fā)生，保證保護可靠動作。除裝

9、置本身的因素外，其安裝接線整定校驗維護等環(huán)節(jié)都與正確動作有關。為進一步提高變壓器保護動作的可靠性，除如前一部分所述要盡量消除或降低穩(wěn)態(tài)暫態(tài)不平衡電流外，還要采取其它措施，主要包括：（1）采用先進的多CPU容錯技術進行保護的設計開發(fā)以保證裝置本身工作的可靠性，可大大降低由于硬件問題引起誤動的概率。多CPU同時處理一組數據且信息共享，能及時檢測、糾正因硬件故障可能引起的誤動和拒動，一個CPU有故障其它正常的CPU仍可工作。（2）優(yōu)化硬件電路

10、的設計，輸入輸出電路采取隔離、濾波、削峰、過壓過流保護等措施，提高抗干擾能力，降低功耗。根據統(tǒng)計，保護裝置本身最易出故障的部分是接口電路和電源，所以這部分要采取特別設計。（3）采用先進的數字濾波和軟件容錯技術以保證不為瞬時錯誤數據干擾而引起誤動或拒動。（4）條件具備時配置雙套保護。雙套保護有兩種配置方案，一種是完全雙重化，即兩套保護設置獨立的信號通道，使用獨立的直流電源和CT二次回路，但主保護和后備保護可共用一個保護CT，其缺點是停柜維

11、修困難、模擬量數字量信號和跳閘接點過多、工程布線難。另一種是部分雙重化，即將關系到設備安全的重要保護雙重化，其缺點是后備保護配置復雜、容易造成誤動。（5）注意差動保護二次電流回路的接地方式。差動保護二次電流回路接地時，各側CT的二次電流回路必須通過一點接于地網，因為變電站的接地網之間并非絕對等電位，在不同點之間有一定的電位差。當發(fā)生短路故障時，有較大的電流流入地網，各點之間的電位差較大。如果差動保護二次電流回路接在地網的不同點，它們之間

12、的電位差產生的電流將流入保護裝置，會影響差動保護裝置動作的準確性甚至使之誤動。所以各側CT的二次電流回路應并聯后接到保護裝置的差動電流回路中，所有電流回路在并聯的公共點接地。（6）在CT接入系統(tǒng)容量變化或新裝保護投入運行時，不可忽略根據差動保護區(qū)內短路故障時穿越變壓器的最大短路電流和實測的差動回路二次負荷，校核保護用CT的10%誤差曲線是否滿足要求，確保CT在10%誤差范圍內。否則在故障時差動保護可能拒動、誤動。（7）注意合理整定各定值

13、。實際運行中時有因定值不合理發(fā)生保護誤動的現象。需要注意的是，有的運行部門通過提高啟動電流來提高差動保護的可靠性，但這卻降低了內部輕微故障的靈敏度。實際上，差動保護的啟動電流、拐點電流、斜率對靈敏度都有相互的制約關系。（8）采用新的保護原理。如標積制動原理有很高的靈敏度，但它對相位特性特別敏感，容易誤動，如果采取特殊的抗CT飽和措施，即可消除這個缺點，從而提高保護動作的可靠性?！?】基于電壓電流相似性的差動保護可通過在特定時間段內比較變

14、壓器電源端電壓和差動電流波形的相似性來區(qū)分變壓器內部故障和勵磁涌流，能在很短時間內動作（20ms）且不受CT飽和影響?！?】虛擬三次諧波的差動保護是用一個虛擬的波形代替第2.5周期，該波形與第1.5周期幅值相同符號相反。由于波形對稱，頻譜中只有基波和奇次諧波分量，且三次諧波含量比其它諧波都大，這樣就可明顯提高差動保護的速度。【9】基于人工智能的差動保護是借助模糊邏輯算法計算磁通差動電流微分曲線、諧波約束條件以及比率差動特性曲線，然后對計

15、算結果進行分析判別勵磁涌流何內部故障，這種保護速度快，能在34周期內作出反應，可適用于各種類型的變壓器。【10】【11】基于能譜分析的差動保護使用特殊設計的互感器捕捉暫態(tài)電流中的高頻分量，進而求出原副邊的差動電流和平均電流，再抽取相應的能譜作為動作和約束條件，能譜的數值差別用于區(qū)分內部故障和外部故障?！?2】基于小波變換的差動保護應用小波分析提取涌流和故障電流的特征，具有很高的辨析度。結合神經網絡對變換結果進行診斷分析將進一步提高保護的