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淺談關(guān)于變壓器的差動(dòng)保護(hù)

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來(lái)源:儀天成電力  時(shí)間:2017/12/07  閱讀:
        一、引言
    變壓器差動(dòng)保護(hù)是變壓器的主保護(hù),一般采用的是帶制動(dòng)特性的比率差動(dòng)保護(hù),因其所具有的區(qū)內(nèi)故障可靠動(dòng)作,區(qū)外故障可靠閉鎖的特點(diǎn)使其在系統(tǒng)內(nèi)得到了廣泛的運(yùn)用。其中有許多文獻(xiàn)[1][2]都對(duì)上敘二種故障情況做出了詳盡的分析,但是從現(xiàn)場(chǎng)工程實(shí)際來(lái)看,當(dāng)變壓器發(fā)生區(qū)外短路故障時(shí),電流互感器負(fù)荷箱是檢驗(yàn)電流互感器時(shí),專(zhuān)門(mén)提供的各種有效負(fù)載,是全自動(dòng)互感器校驗(yàn)臺(tái)及現(xiàn)場(chǎng)互感器誤差測(cè)試的理想配套產(chǎn)品。由于變壓器本身流過(guò)巨大的短路電流而對(duì)其本體的絕緣和性能造成了破壞,同時(shí)伴隨著變壓器內(nèi)部發(fā)生匝間短路故障的情況也時(shí)常發(fā)生,這就要求差動(dòng)保護(hù)在這種情況下也能夠可靠動(dòng)作而不被誤閉鎖,這就對(duì)差動(dòng)保護(hù)提出了更高的要求。本文就從上敘工程現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)的問(wèn)題出發(fā),對(duì)這種情況進(jìn)行重點(diǎn)分析。
    二、加強(qiáng)主保護(hù),應(yīng)使差動(dòng)保護(hù)更完善和簡(jiǎn)化整定計(jì)算
    加強(qiáng)主保護(hù)的目的,是為了簡(jiǎn)化后備保護(hù),使變壓器發(fā)生故障能夠瞬時(shí)切除故障。目前220kV及以上電壓等級(jí)的變壓器縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)雙重化,這是加強(qiáng)主保護(hù)的必要措施。差動(dòng)保護(hù)應(yīng)在安全可靠的基礎(chǔ)上使之完善。
  在簡(jiǎn)化整定計(jì)算方面,差動(dòng)保護(hù)應(yīng)多設(shè)置自動(dòng)的輔助定值和固定的輸入定值,使用戶需要整定的保護(hù)定值減少,以發(fā)揮微機(jī)型繼電保護(hù)裝置的優(yōu)越性。不需要系統(tǒng)參數(shù),不需要校核靈敏度,可以根據(jù)變壓器的參數(shù)獨(dú)立完成保護(hù)的整定,整定方法簡(jiǎn)單清晰。
    三、差動(dòng)保護(hù)用的電流互感器的基本要求
    差動(dòng)保護(hù)用的電流互感器需要滿足兩個(gè)條件,其一是穩(wěn)態(tài)誤差必須控制在10%誤差范圍之內(nèi),因?yàn)檎ㄓ?jì)算中采用的不平衡穩(wěn)態(tài)電流是按10%誤差條件計(jì)算。其二是暫態(tài)誤差,影響電流互感器暫態(tài)特性的參數(shù)主要有:短路電流及其非周期分量,一次回路時(shí)間常數(shù),電流互感器工作循環(huán)及經(jīng)歷時(shí)間,二次回路時(shí)間常數(shù)等。電流互感器剩磁對(duì)于飽和影響很大,當(dāng)剩磁與短路電流暫態(tài)分量引起的磁通極性相同時(shí),加重二次電流的畸變,因此電流互感器鐵心中存在剩磁,則電流互感器可能在一次電流遠(yuǎn)低于正常飽和值即過(guò)早飽和。差動(dòng)保護(hù)的暫態(tài)不平衡電流比穩(wěn)態(tài)時(shí)大得多,僅在整定計(jì)算時(shí)將穩(wěn)態(tài)不平衡電流增大二倍是不夠安全的。采取抗飽和的辦法是使用帶有氣隙的TPY級(jí)電流互感器。但是差動(dòng)保護(hù)廣泛使用的是P級(jí)電流互感器,對(duì)P級(jí)電流互感器規(guī)定允許穩(wěn)態(tài)誤差不超過(guò)10%,暫態(tài)誤差必然要超過(guò)穩(wěn)態(tài)誤差,在實(shí)用上可在按穩(wěn)態(tài)誤差選出的技術(shù)規(guī)范基礎(chǔ)上通過(guò)“增密”以限制暫態(tài)誤差。
  采用增密的方法有以下幾種[2]:(1)將準(zhǔn)確限值系數(shù)增大二倍(允許短路電流為額定電流的倍數(shù));(2)將二次額定負(fù)擔(dān)增大一倍;(3)增大二次電纜截面使二次回路的總電阻減半;(4)改用5P級(jí)電流互感器(復(fù)合誤差由10%降為5%)。
  目前110kV及以下電壓等級(jí)均采用P級(jí)電流互感器,220kV變壓器亦采用P級(jí)電流互感器或5P級(jí)、PR級(jí)(剩磁系數(shù)小于10%)電流互感器,因此差動(dòng)保護(hù)需要采取抗電流互感器飽和的措施。500kV變壓器在500kV側(cè)、220kV側(cè)均用TPY級(jí)電流互感器,對(duì)于600MW大型發(fā)電機(jī)變壓器組保護(hù),500kV側(cè)均采用TPY級(jí)電流互感器,在發(fā)電機(jī)側(cè)已有TPY級(jí)電流互感器可選用。
四、度和快速性差動(dòng)保護(hù)的高靈敏的前提是安全、可靠  
  差動(dòng)保護(hù)應(yīng)具有高靈敏度和快速性,輕微匝間短路能快速跳閘,但是提高靈敏度和快速性必須建立在安全、可靠的基礎(chǔ)上。運(yùn)行實(shí)踐說(shuō)明:使用較低的起動(dòng)電流值在區(qū)外故障或區(qū)外故障切除時(shí)引起差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)的嚴(yán)重后果,因此對(duì)于靈敏度和快速性不要追求過(guò)高的指標(biāo)而忽視可靠性。
  提高靈敏度雖對(duì)反映輕微故障是有效的,但靈敏度的提高必然降低安全性。變壓器的嚴(yán)重故障并不都是由輕微故障發(fā)展而來(lái)的,故障發(fā)生的瞬間仍會(huì)發(fā)生燒毀設(shè)備的事故,同時(shí)輕微故障發(fā)展為嚴(yán)重故障也需要時(shí)間,因此輕微故障帶一些時(shí)間切除故障也是允許的,長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行實(shí)踐證實(shí)變壓器氣體保護(hù)是動(dòng)作時(shí)間稍長(zhǎng)地切除輕微的匝間故障。
  輕微匝間故障時(shí)產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力和熱效應(yīng)不大,在200ms內(nèi)故障切除,不會(huì)危及鐵心,從檢修的角度,只要鐵心不損壞,輕微和嚴(yán)重的匝間故障都是需要更換線圈,因此只要差動(dòng)保護(hù)在鐵心損壞之前動(dòng)作,就可以滿足檢修的要求,不需要追求減少線圈的燒損程度而犧牲保護(hù)的安全性?! ?br />   五、簡(jiǎn)化后備保護(hù)  
  后備保護(hù)作用主要是為了變壓器區(qū)外故障,特別是考慮在其聯(lián)接的母線發(fā)生故障未被切除的保護(hù),當(dāng)然也可以兼作變壓器主保護(hù)的后備(尤其110kV及以下電壓等級(jí)的變壓器)和其聯(lián)接的線路保護(hù)的后備(尤其110kV及以下電壓等級(jí)的線路)。當(dāng)加強(qiáng)主保護(hù)以后,差動(dòng)保護(hù)雙重化配置,氣體保護(hù)獨(dú)立直流電源,因此主保護(hù)是非常可靠、靈敏、快速的,理應(yīng)簡(jiǎn)化后備保護(hù)。后備保護(hù)只要具備在220kV及以上電壓系統(tǒng)是近后備,在110kV及以下電壓系統(tǒng)是遠(yuǎn)后備的基礎(chǔ),不需要仿照線路保護(hù)設(shè)幾段后備保護(hù),線路保護(hù)有距離保護(hù),基本不受短路電流的影響,保護(hù)范圍較固定,配合比較簡(jiǎn)單。變壓器后備保護(hù)主要是母線的近后備,110kV及以下電壓等級(jí)線路的遠(yuǎn)后備,只要系統(tǒng)內(nèi)故障能由保護(hù)動(dòng)作切除不致于拒動(dòng)就滿足要求。如果后備保護(hù)要從電流保護(hù)來(lái)解決多段式配合,這是既復(fù)雜又困難的問(wèn)題。變壓器后備保護(hù)不需作多段配合、定值校核的工作,我們要擺脫整定計(jì)算中難以配合的困擾。目前,微機(jī)型保護(hù)各側(cè)設(shè)置相間和接地保護(hù)各設(shè)3段8時(shí)限的復(fù)雜保護(hù)是作繭自縛,沒(méi)有好處。
  簡(jiǎn)化后備保護(hù)的原則,作者認(rèn)為變壓器高壓側(cè)只設(shè)置復(fù)合電壓過(guò)電流保護(hù),中、低壓側(cè)設(shè)復(fù)合電壓過(guò)電流保護(hù)作為遠(yuǎn)后備,電流限時(shí)速斷作為母線近后備?! ?br />   六、結(jié)語(yǔ)  
  變壓器差動(dòng)保護(hù)提高靈敏度和快速性必須建立在安全可靠的基礎(chǔ)上,應(yīng)采取防止因電流互感器飽和和區(qū)外故障切除的暫態(tài)誤差造成誤動(dòng)的措施。
  加強(qiáng)主保護(hù)理應(yīng)簡(jiǎn)化后備保護(hù),變壓器后備保護(hù)主要是作為母線的近后備,110kV及以下電壓等級(jí)線路的遠(yuǎn)后備,要擺脫整定計(jì)算中難以配合的困擾,不作定值校核,為此高壓側(cè)后備保護(hù)僅設(shè)復(fù)合電壓過(guò)流保護(hù),中、低壓側(cè)后備保護(hù)設(shè)復(fù)合電壓過(guò)流保護(hù)和電流限時(shí)速斷保護(hù),前者按變壓器額定電流整定,后者按同側(cè)母線的低靈敏度要求整定,時(shí)間應(yīng)與同側(cè)相鄰線路的相應(yīng)時(shí)間相配合。

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