220KV电炉变压器差动保护动作原因的分析及解决方案

第1页共10页220KV电炉变压器差动保护动作原因的分析及解决方案张立民(新疆八一钢铁（集团）有限责任公司能源中心)【摘要】通过对电流互感器及其特性的分析，以及暂态过程中非周期分量对电流互感器的影响，找出220KV主变差动保护动作跳闸的原因，并提出解决方案。【关键词】电流互感器及其特性暂态非周期分量差动保护1.前言八钢220KV电炉变电站安装一台220KV/33KV，70000KVA主变一台，为70t电炉厂一台钢包精炼炉变压器（33KV，13000KVA），另一台冶炼电炉变压器（33KV，60000KVA）供电。自1999年11月70t电炉厂投产，多次发生冶炼电炉变合闸时220KV主变差动保护动作跳闸，给220KV主变安全运行及电炉厂的生产带来很大的影响，为彻底解决这个问题，对220KV主变差动保护频繁动作进行分析。2..220KV主变差动保护动作原因探讨变压器差动保护是按照比较变压器两侧电流向量的原理构成的继电保护装置。其原理接线如图1。流过差动保护装置的不平衡电流为IBP=I21-I22。不平衡电流（既流过差动保护装置的电流）IBP=（IL1-IL2）/nL，其实质是220KV主变两侧电流互感器励磁电流的差值。因此凡导致励磁电流增加的各种因素或两个电流互感器励磁特性的差别，是使不平衡电流增大的主要原因。如果220KV主变两侧电流互感器励磁特性基本相同，电流互感器及差动保护装置二次接线正确，则IBP=0。通过现场检查确定，二次接线正确，但两侧电流互感器的型号及生产厂不同。当冶炼电炉正常冶炼时，测量差动保护装置回路不平衡电流为零；而当冶炼电炉合闸时，通过微机差动保护报告可以发现，差动保护装置回路不平衡电流有时很大，达到保护动作电流，有时达不到保护动作电流，这一结果和实际情况相符合。实际上，冶炼电炉变有时合闸引起主变差动保护动作，有时不会引起主变差动保护动作。通过检查、测量析，认为主变差动保护误动可能是冶炼电炉变合闸励磁涌流对主变差动互感器的影响造成的。对变压器合闸励磁涌流和电流互感器励磁特性及电流互感器二次负荷情况进行了分析。2.1变压器合闸励磁涌流的特点当变压器空载投入时，可能出现数值很大的励磁涌流，最大可达到变压器额定电流的6-8倍。对三相变压器来说，无论任何瞬间合闸，至少有两相出现程度不同的励磁涌流，励磁涌流的特点：（1）励磁涌流中包含有很大成分的非周期分量，使涌流波形偏于时间轴的一侧（如图3）；（2）励磁涌流中包含有大量的高次谐波，以二次谐波为主；（3）励磁涌流波形之间出现间断。经录波分析可以发现，冶炼电炉变合闸励磁涌流大，而且衰减时间长。当冶炼电炉变合闸时，其励磁涌流对220KV主变及其两侧差动互感器来说相当于经历了一个暂态的过渡过程，特别是励磁涌流中的非周期分量对主变差动互感器的影响就更大。2.2过渡过程中非周期分量对电流互感器的影响第2页共10页电流互感器的铁心具有非线性特性，当电流互感器一次侧通过大电流而使铁心饱和时，其励磁电流大大增加；特别是当一次侧电流中包含有很大成分的非周期分量时，电流互感器的励磁电流中也包含有很大成分的非周期分量，使其波形偏于时间轴的一侧。当两个差动电流互感器励磁特性不一至时，电流互感器的饱和时间曲线不同，如图4，因此两个差动电流互感器达到饱和的时间不同，由此产生的流入差动保护装置的不平衡电流（既两个差动电流互感器励磁电流的差值）2.3电流互感器二次负荷对电流互感器特性的影响在稳态运行时，电流互感器二次负荷应满足10%误差曲线的要求，只要电流互感器二次实际负荷小于10%误差曲线允许的负荷，电流互感器的测量误差即在10%以内。二次负荷越大，电流互感器铁心就越容易饱和。差动保护装置为减少不平衡电流，应尽量降低电流互感器二次负荷。在保护装置一定的情况下，增大电流互感器二次侧连接导线截面是降低二次侧负载阻抗的有效方法。220KV主变差动电流互感器二次侧负载阻抗计算如下：（1）1.220KV侧电流互感器二次负载阻抗R1R1=RB+RD+RS式中，RB——微机保护装置的回路电流，计算RB=0.04ΩRD—二次导线电阻，计算得RD=1.62ΩRS——接触电阻，RS=0.1Ω所以R1=RB+RD+RS=1.76Ω根据铭牌给出的参数，计算二次允许负载阻抗R=1.6ΩR1（2）2.35KV侧电流互感器二次负载阻抗R2：经计算二次实际负载阻抗R1=1.02Ω根据铭牌给出的参数，计算二次允许负载阻抗R=0.8ΩR2由以上计算可知：220KV主变两侧二次侧实际负载阻抗都大于其允许负载，这将使电流互感器误差增大，铁心更易饱和。（3）采取的措施为降低电流互感器二次侧实际负载阻抗，将220KV侧电流互感器二次导线更换为6mm2，35KV侧电流互感器二次导线更换为4mm2，电流互感器二次实际负载阻抗（计算略）均小于允许值。电流互感器二次侧实际负载阻抗减少，满足10%误差曲线的要求，减轻了铁心的饱和，使两个差动电流互感器的饱和曲线靠近。实际上，增大电流互感器二次侧导线截面后，主变差动保护再未出现动作跳闸。但微机差流报告仍然出现，这说明减低电流互感器二次负载阻抗可以减少不平衡差流，但对电流互感器铁心在暂态情况的饱和情况没有根本改变。因为主变两侧差动电流互感器型号、规格、生产厂家不同，所以电流互感器铁心的饱和特性有较大差别，通过分析微机差动跳闸报告和差流报告我们也可以发现，两侧差动电流互感器铁心饱和呈现无规律状况。另外铁心剩磁的影响有时也加重铁心的饱和。第3页共10页3解决方案为最终消除不平衡差流，确保主变安全运行，提出两种解决方案：（1）.更换35KV侧差动电流互感器，使其铁心饱和特性尽可能和220KV侧差动电流互感器相同。（2）.采用具有快速饱和特性的中间变流器（BLH）接入差动回路。BLH的铁心极易饱和，非周期分量不易通过BLH变换到二次侧，可以成功的消除不平衡电流中非周期分量的影响避雷器故障引发主变差动保护动作的事故分析陈智雄福建省莆田电业局(351100)1事故经过10月3日2#主变带全所负荷，忽然主变差动保护动作，全所失压，经对主变进行检查，发现器身外观正常，主变油温也正常，用2500V摇表测量高压侧对地、高压侧对低压侧、低压侧对地之间的直流绝缘电阻，发现其绝缘性能完好，初步推测该主变未有内部故障，对二次回路检查也未见异常。我们决定对该主变进行试送电，主变空载运行时，未见任何异常现象，当我们准备把35kV出线梧江388线投入运行时，主变差动保护动作，又引起全所再次失压。2原因分析事故的再次发生，对主变35kV侧出线的阀式避雷器进行了分析。该避雷器为FZ-35型，现场测量绝缘电阻，发现35kV出线侧A相绝缘电阻较B、C相小得多，查看事故录波器的电流波形图，发现35kV侧A相电流异常，即A相避雷器发生了放电现象，随着磁场熄弧，又放电，如此反复，使避雷器的放电间隙失去磁场熄弧功能。当我们把35kV出线试送电时，由于操作过电压的作用，使避雷器发生了热崩现象，电流越来越大，致使主变差动保护动作。由于检查不周，分析不力，致使事故再次发生：①差动保护作为主变的主保护，保护一动作，必须对该主变进行油化验，绝缘电阻测试，一、二次回路检查等等。②如果该主变的一切试验数据均能通过，还必须检查电流互感器等设备(包括电流互感器、避雷器等)，只有确认一切设备完好，才可以判断该主变保护属于误动作。即使误动作，也应找出其原因。③主变出线的避雷器最好采用金属氧化物避雷器，并加装在线监测仪，以便及时发现避雷器缺陷，防止事故的发生。④根据三不放过原则，在还没有证实是否是由于继电器的故障，就判断差动保护动作是由于继电器的误动作引起的，这太盲目了，是不可取的，也是不应该的具有比率制动特性的变压器差动保护原理及整定1比率制动差动保护特性随着计算机技术在继电保护领域日益广泛的应用，比率制动特性的差动保护作为双圈及三圈变压器的主保护具有动作可靠，实时数据采集、计算、比较、判断等较为方便简单等优点，得到用户的认可。所谓比率制动特性差动保护简单说就是使差动电流定值随制动电流的增大而成某一比率的提高。使制动电流在不平衡电流较大的外部故障时有制动作用。而在内部故障时，制动作用最小。第4页共10页图1中曲线1为差动回路的不平衡电流，它随着短路电流的增大而增大。根据差动回路接线方法的不同，在整定时，通过调整不平衡比例系数使得计算机在实时计算时的Ibp最小。曲线2是无制动时差动保护的整定电流，它是按躲过最大不平衡电流Ibpmax来整定的。曲线3为变压器差动保护区内短路时的差电流，它随短路电流的增大而线性的增大。曲线4为具有制动特性的差动继电器的差动保护特性。在无制动时，曲线3与曲线2相交于B点，这时保护的不动作区为OB′，即保护区内短路时的短路电流必须大于OB′所代表的电流值时，保护才能动作。在有制动时，曲线3与曲线4相交于A点，短路电流只要大于OA′所代表的电流值，保护即能动作。OA′OB′，这说明在同样的保护区内短路状态下，有制动特性的差动保护比无制动特性的差动保护灵敏度要高。在实际的变压器差动保护装置中，其比率制动特性如下图2所示:图2中平行于横坐标的AB段称为无制动段，它是由启动电流和最小制动电流构成的，动作值不随制动电流变化而变化。我们希望制动电流小于变压器额定电流时无制动作用，通常选取制动电流等于被保护变压器高压侧的额定电流的二次值。即:Izd=Ie/nLH图2中斜线的斜率为基波制动斜率，当区外故障时短路电流中含有大量生产非周期分量，制动Izdo增大，当动作电流Idzo大于启动电流时，制动电流和动作电流的交点D必落在制动区内。当区内故障时，差电流即动作电流为全部短路电流，制动电流则为流过非电源侧的短路电流，数值较小，平行于纵、横轴的二直线交点必落在动作区内，差动保护可靠动作。2比率制动式差动保护的整定在比率制动式差动保护的整定计算时，通常按以下原则选取:2.1Icdsd即差动速断电流当变压器空载投入或变压器外部故障切除后电压恢复时，励磁涌流高达额定电流的6～8倍，当差动保护电流互感器选择合适时，变压器外部短路流过差动回路的不平衡电流小于变压器空载投入时的励磁涌流。因此，在整定时可只考虑躲过变压器空载投入电网时励磁涌流。在整定时可只考虑躲过变压器空载投入电网时励磁涌流，即:Icdsd=(6～8)Isb/nLH式中Isb——变压器的额定电流（基本侧）;nLH——变压器基本侧电流电流互感器的变流比。2.2Kph即平衡系数用来对主变各侧因CT变比不同引起的误差进行校正，以变压器副边电流的二次值为基准，将变压器原边电流二次值乘以Kph来进行差流判断。Kph=I2nL/I2nH第5页共10页式中I2nL——流入保护装置低压侧二次电流;I2nH——流入保护装置高压侧二次电流。2.3Icdqd差动启动电流应躲过变压器最大负荷情况下的不平衡电流，并要保证变压器内部故障时有足够的灵敏度，一般为0.3～0.4倍的额定电流值。即:Icdqd=0.3～0.4I2nL2.4Izd最小制动电流一般取变压器高压侧额定电流的二次值。Izd=In/nLHIn——变压器高压侧额定电流;nLH——变压器高压侧电流互感器变流比。2.5Kjzd基波制动斜率（既比率制动系数），可按下式计算:Kjzd=Kk(ktx×Fi+ΔU+0.1)Kk——可靠系数，取1.3～1.5;Ktx——电流互感器同型系数，取1。Fi——电流互感器10%误差曲线。满足误差取0.1。ΔU——变压器调压引起的相对误差，一般取相邻二档变压比的百分数。2.6Kxzd谐波制动系数根据变压器涌流的大小及系统中二次谐波在基波中的含量来整定。一般在10%～25%之间选取。Kxzd=0.1～0.25比率制动系数的选取为比率制动式差动保护动作可靠性的关键。因不同容量、不同型号变压器的铁心，励磁特性也不同，故由Kk、Izdmin等决定的差动特性不同，还要根据各自的运行经验及厂家设备说明书中的整定范围内来选项取T60变压器差动保护原理分析及整定河北国华定洲发电厂张立港摘要：叙述了变压器差动保护动作原理，与国内外采用其它曲线的差动保护的