綜合運行環(huán)境下差動保護中TA斷線判別的研究與實現(xiàn)

付斌杰 ，朱 云 ，楊 啟

（1.南京中德保護控制系統(tǒng)有限公司，江蘇 南京 210003；2.中國石油集團工程設計有限責任公司西南分公司，四川 成都 610017）

縱差保護[1]是變壓器和大容量異步電動機的主保護。但在運行中，若發(fā)生電流互感器（TA）二次回路斷線，則勢必造成縱差動保護的啟動元件和差動元件動作，從而引起縱差動保護誤動作。特別是對于大容量的異步電動機[2]一般不允許在運行過程中輕易停止，所以對縱差動保護都要求設置TA斷線閉鎖比率差動元件。

TA斷線必須在差動動作前識別出來，才能達到閉鎖差動的目的，考慮到差動動作的快速性，目前TA斷線閉鎖比率差動元件都是利用TA斷線時電流變化特征瞬時判斷的。但從目前運行情況看，現(xiàn)有的TA瞬時斷線判別元件存在以下幾個問題[3]：

（1）TA斷線閉鎖比率差動后，若又發(fā)生區(qū)內(nèi)故障，則經(jīng)常出現(xiàn)拒動或延時動作的問題；

（2）TA斷線，恢復過程中易發(fā)生差動誤動的情況；

（3）三相TA斷線識別對差動動作存在隱患。

1 綜合運行情況下TA斷線情況及對策

1.1 TA斷線判別基本原理

因為瞬時TA斷線[4]報警目的在于閉鎖差動，所以該功能在差動保護啟動后才進行判斷，常用的判據(jù)為滿足下述2個條件則認為該側(cè)TA斷線。

（1）差動啟動；

（2）該側(cè)至少有一相電流啟動后降為0，而啟動前大于0（有流）。

TA斷線識別動作方程為

式中：Idφ1（n）為采樣點的三相差動電流基波含量；Id.q為差動電流啟動值；k1為無流定值，一般取2%～6%In；k2為有流定值，一般取 8%～12%In；Iφ.qdh為差動啟動后任一側(cè)某相電流；Iφ.qdq為差動啟動前任一側(cè)某相電流。

判據(jù)式（1）是基于變壓器各側(cè)電氣量物理特征來實現(xiàn)，只有在差動啟動后，才進入瞬時TA斷線判別程序，這也防止了瞬時TA斷線的誤閉鎖。利用TA斷線時電流從有到無的變化來判斷TA斷線，保證了判斷的瞬時性，同時該判據(jù)對于一相、二相和三相TA斷線都能識別。

1.2 故障情況下TA斷線誤閉鎖的解決方案

除了上述判據(jù)外，TA斷線還需考慮2個情況：

（1）單電源系統(tǒng)降壓變壓器高壓側(cè)故障低壓側(cè)電流可能變小，造成TA斷線誤閉鎖；

（2）TA斷線后發(fā)生故障，要快速解除閉鎖保證差動快速動作。

單電源系統(tǒng)降壓變壓器高壓側(cè)若發(fā)生三相短路故障，低壓側(cè)電流將降為0，故障波形見圖1。此時僅利用判據(jù)式（1），將誤判TA斷線閉鎖差動，造成差動誤動。

同樣TA斷線后又發(fā)生故障，僅利用判據(jù)式（1），TA斷線判據(jù)將始終閉鎖差動，造成差動拒動。

針對上述問題TA斷線閉鎖比率差動元件，必須增加故障識別判據(jù)，排除故障情況的條件，常規(guī)的識別故障判據(jù)為：

（1）任一側(cè)負序相電壓大于0；

（2）啟動后任一側(cè)最大相電流大于1.2Ie；

（3）啟動后任一側(cè)電流比啟動前增加。

TA斷線閉鎖比率差動元件中排除故障情況的動作方程為

圖1 單電源系統(tǒng)降壓變壓器高壓側(cè)三相短路故障波形

式中：Uφ2為任一側(cè)負序相電壓；k3為負序電壓有壓定值，一般取2～6 V；Iφmax為差動啟動后任一側(cè)最大相電流；k4為啟動后任一側(cè)電流比啟動前增加電流定值，一般取10%～20%In。如果式（2）條件滿足，則認為有故障TA斷線閉鎖差動解除。具體實現(xiàn)如圖2所示。

圖2 瞬時TA斷線判斷邏輯框圖

2 三相TA斷線識別問題

利用判據(jù)式（1）可以識別一相、二相和三相TA斷線，對于一相、二相TA斷線情況，利用式（1）并結(jié)合式（2）可以有效解決TA斷線閉鎖差動和故障發(fā)生解除閉鎖之間的矛盾。但對于三相TA斷線，情況卻更復雜一些，因為三相TA斷線閉鎖差動后可能對故障的識別會產(chǎn)生影響。

對于單電源系統(tǒng)降壓、變壓器的故障電流按圖1所示，高壓側(cè)發(fā)生三相短路故障時只有高壓側(cè)電流增大，如果高壓側(cè)三相TA斷線，則差動將不能啟動。為此必須對這種情況特殊處理，一方面要保證三相TA斷線的可靠識別，另一方面要考慮三相TA斷線后，發(fā)生故障并且電流沒有增大的情況下能保證解除閉鎖直接跳閘。仔細分析圖1可以發(fā)現(xiàn)，單電源系統(tǒng)降壓變壓器高壓側(cè)發(fā)生三相短路故障時，高壓側(cè)電流在增大的同時，低壓側(cè)電流變小。為此得出結(jié)論發(fā)生區(qū)內(nèi)故障，變壓器各側(cè)電流必然發(fā)生變化，可能變大也可能變小。利用這個特性可以對三相TA斷線做特殊處理，在式（1）和式（2）判出TA斷線的基礎(chǔ)上同時滿足下述2個條件時，認為發(fā)生故障，差動解除閉鎖出口跳閘。

（1）該側(cè)三相電流啟動后降為0，而啟動前大于 0（有流）；

（2）其他側(cè)電流有變化（增大或變小）。

三相TA斷線閉鎖比率差動元件中排除故障情況補充動作方程為

式中：Ia.qdh，Ib.qdh，Ic.qdh為變壓器啟動后三相降為 0 側(cè)的三相電流；Iφ.other.qdh為其他側(cè)啟動后電流；Iφ.other.qdq為其他側(cè)啟動前電流。

3 現(xiàn)場運行中的一些異常情況

3.1 TA斷線恢復過程中差動誤動的處理

在實際的運行過程中，有時會出現(xiàn)TA斷線恢復過程中，差動誤動的現(xiàn)象，原因是TA斷線恢復過程中電流從無到有，TA斷線在差動返回前提前解除閉鎖，造成差動誤動，如圖3所示。為此考慮TA斷線延時5～10 ms返回，但延時必然造成同時發(fā)生故障情況下，差動延時動作。為此可以綜合各側(cè)物理量特征來對差動進行限制，因為變壓器發(fā)生內(nèi)部故障，至少變壓器有兩側(cè)電流會發(fā)生變化，在不考慮兩側(cè)TA同時斷線的情況下，在TA斷線恢復過程中，可以利用另一側(cè)電流無變化對差動進行限制，保證差動不誤動。

圖3 TA斷線后又恢復變壓器兩側(cè)波形圖

3.2 差動出口跳閘后誤報TA斷線告警信號

在差動動作出口跳閘電流消失過程中，有時差動保護裝置會誤報“TA斷線”告警信息。其根本原因是目前基本上所有的差動啟動元件是延時返回的，這樣在差動動作電流消失過程中，某相電流判斷由有流變?yōu)闊o流時，差動沒有返回，滿足式（1）和式（2）判據(jù)，所以就有“TA斷線”誤報信息。為避免這種情況，可考慮增加“比率差動沒有動作出口“的限制條件。若差動已經(jīng)跳閘則閉鎖TA斷線判別元件。

綜合上述對各種運行環(huán)境下TA斷線判別元件存在問題的分析，得到TA瞬時識別元件新原理邏輯圖，如圖4所示。

4 結(jié)束語

TA斷線閉鎖比率差動元件是變壓器差動的重要組成部分，文章分析了TA斷線在各種運行環(huán)境下存在的問題，并給出了解決方案，得出了一種快速又可靠的TA瞬時斷線識別方案，該方案在本公司差動保護中早有應用，動模試驗和長期的現(xiàn)場運行情況都證明該方案切實可行。

圖4 綜合運行環(huán)境下的瞬時TA斷線判斷新原理邏輯框圖

[1]王維儉.電氣主設備繼電保護原理及應用[M].北京：中國電力出版社，2002.

[2]唐 濤，諸偉楠，楊儀松，等.發(fā)電廠與變電站自動化技術(shù)及其應用[M].北京：中國電力出版社，2005.

[3]陳松林，李海英.RCS-978變壓器成套保護裝置[J].電力系統(tǒng)自動化，2000，24（22）.

[4]許正亞.變壓器及中低壓網(wǎng)絡數(shù)字式保護[M].北京：中國水利水電出版社，2005.