微機型國產主變保護防勵磁涌流功能比較與分析

柏 強

（國網上海市電力公司檢修公司，上海 200063）

0 引言

根據電力系統繼電保護裝置的管理規定，對于新安裝的或大修后投產的主變，應進行5次充電合閘試驗，一般每次間隔10min，在試驗過程中要投入主變所有的主、后備保護功能。其目的，一方面是檢驗主變耐受電壓沖擊的能力，另一方面檢測在沖擊過程中，主變差動保護、非電量保護等應可靠不動作。但是在實際運行中，主變在空充合閘后往往會發生差動保護動作跳閘的情況。本文主要闡述了在主變新裝后進行空載合閘情況下，國產微機型主變差動保護的勵磁涌流判別原理的區別及其造成的差動保護動作情況的不同。

1 勵磁涌流產生的原因及特點

1.1 產生原因

變壓器空載合閘或區外故障切除后電壓恢復時，任何一側發生電壓驟增，基于磁鏈守恒定律引起的瞬變過程產生偏磁，導致鐵芯過度飽和，使勵磁電流很大，可達到額定電流的6～8倍。

1.2 波形特點

（1）包含很大成分的非周期分量，往往使涌流偏于時間軸的一側。（2）包含大量的高次諧波分量，并以二次諧波為主。（3）勵磁涌流波形之間出現間斷角。

2 上海電網超高壓主變保護配置情況

目前上海220KV電網的國產微機型主變保護主要采用的4個廠家的設備：南京南瑞RCS-978GB_SH、河南許繼WBH-801A、北京四方CSC-326、長圓深瑞PRS-778S。

2.1 南瑞RCS-978GB_SH涌流判據

保護裝置采用三相差動電流中二次諧波、三次諧波的含量來識別勵磁涌流，判別方程如下：

其中，I2nd、I3rd分別為每相差動電流中的二次諧波和三次諧波，I1st為對應相的差流基波，K2xb、K3xb分別為二次諧波和三次諧波制動系數整定值。推薦K2xb整定為0.1～0.2，K3xb整定為0.1～0.2。

2.1.1 浮動門檻定值判據

空充變壓器時，自適應的采用浮動的閉鎖定值，即空充時首先降低涌流閉鎖定值，然后隨時間逐步向整定的定值靠近。浮動門檻定值判據和循環閉鎖判據不需用戶整定，在裝置識別到變壓器空充時自動投入，而且僅在變壓器空充時起作用。

2.1.2 循環閉鎖判據

空充變壓器時，如果裝置通過三相差電流的綜合特征判斷為勵磁涌流狀態，將自適應的投入短時間的循環閉鎖判據，以提高裝置躲避勵磁涌流的能力，之后，裝置自動切換回分相閉鎖方式。如果裝置在這段循環閉鎖時間內判別到變壓器內部發生故障，依然可以快速開放差動保護。

2.2 許繼WBH-801A勵磁涌流判據

變壓器空投時，三相勵磁涌流中往往有一相含有大量的二次諧波。但是，變壓器差動保護各側電流要進行相位調整，相位調整后的電流不再是真實的勵磁涌流，電流中的二次諧波含量也會發生變化。本裝置根據變壓器的不同工況自動選擇電流計算二次諧波含量，如在變壓器空載合閘時采用相位調整前的電流計算二次諧波含量，因此，計算勵磁涌流的二次諧波含量更加真實，性能更加可靠。變壓器在正常運行時，裝置采用差動電流中的二次諧波含量來識別勵磁涌流。判別方程如下：

式中：Iop.2為差流中的二次諧波，Iop.1差流中的基波，K2為整定的二次諧波系數。如果某相差流滿足上式，同時閉鎖三相差動保護。本裝置在采用二次諧波“或”閉鎖的同時采用空投主變過程中故障識別專利技術，短時投入按相綜合開放判據，既能正確識別勵磁涌流，又能在空投故障變壓器時快速可靠地開放差動保護，提高在空投變壓器于故障時差動保護的動作速度。

2.3 長圓深瑞PRS-778S勵磁涌流判據

本裝置利用三相差電流中的二次諧波與基波的比值作為勵磁涌流閉鎖判據，其動作方程如下：

式中：I2nd為每相差動電流中的二次諧波，I1st為對應相差動電流的基波，K2xb為二次諧波制動系數。

該裝置采用深圳南瑞獨創的二次諧波復合邏輯制動原理，該原理已為大量的運行經驗所證實。具體如下：

（1）對Y/Δ接線變壓器，差流反映 Y形接線側兩相電流相量差。變壓器在Υ形接線側空投時，單相電流中較強的涌流特征（二次諧波含量或間斷角）在兩相電流相減后，差流中的涌流特征可能減弱。這種情況下，從差流提取二次諧波分量實現制動的傳統方法可能失效。本裝置變壓器Y側的CT也按Y形接入，故當差流二次諧波未能制動時，可進一步用原始兩個相電流中的二次諧波進行制動，這就大大提高了涌流制動的可靠性。

（2）常規二次諧波涌流制動原理在任一相差流涌流制動時，閉鎖全部三相比率差動保護，稱為“或”制動邏輯。若單純用“或”邏輯進行制動，空投于故障變壓器時，差動保護的動作速度有可能較慢。本裝置則根據涌流和故障電流在三相差流中的反映，采用涌流復合制動邏輯：在變壓器無故障時采用“或”邏輯制動方式可靠地避開涌流，空投于故障變壓器時自動轉換為分相制動方式。保證了空投于故障變壓器時比率差動保護仍能快速靈敏動作。

2.4 四方的CSC-326D勵磁涌流判據

2.4.1 采用三相差動電流中二次諧波與基波的比值作為勵磁涌流閉鎖判據

式中：Idφ2為差動電流中的二次諧波分量；Kxb2為二次諧波制動系數定值；Idφ為差動電流中的基波分量。采用“或門”閉鎖方式：任一相差流的二次諧波含量大于閉鎖定值即閉鎖三相差動保護。

2.4.2 空充于故障時的動作判據

空充于變壓器差動保護區內故障時采用：當空充于區內故障時，保護通過對故障電流波形的特征及變化趨勢的判別，開放故障相差動保護。

由上述各廠家的原理可見，在針對變壓器空載合閘時產生的高次諧波以二次諧波分量為主的特征，均采用了以該諧波所占基波分量的比例為主要判斷條件，同時輔以不同的故障判別方式來開放合于故障的跳閘邏輯。針對上海地區的使用習慣，各廠家在二次諧波制動的初期均采用交叉閉鎖的方式，保證任意一相有高于定值的二次諧波均能閉鎖三相。在諧波閉鎖后期，各廠家根據其保護運行方面的經驗值，采用不同的時延來開放比率差動的出口，由于大容量的變壓器勵磁涌流衰減是很慢的，因此在主變空載合閘后各廠家的保護可能將產生不同的動作行為。

3 跳閘事件實例

2011年，上海220KV大場站進行新站投運，對2臺240MVA主變進行5次沖擊合閘試驗。2號主變在進行第1次沖擊合閘時，主變第2套差動保護（南京南瑞RCS-978GB_SH）動作出口，跳開主變220KV開關，但是第1套差動保護（深圳南瑞PRS-778S）未動作，因此對2套保護動作不一致情況進行現場分析。根據以往經驗，在進行新裝主變的沖擊試驗時，由于每次合閘角的不同，確實可能存在保護動作跳閘的情況，就本次2套保護不同動作情況的發生，需要結合現場接線情況和保護原理進行區別討論。

在檢查完兩套保護裝置的二次接線情況后，可以確認現場回路完全按圖施工，電流回路接線情況完好，二次回路極性不存在問題，因此此次檢查集中于裝置保護原理的分析驗證。在現場調取第2套主變保護（南京南瑞RCS-978GB_SH）內部信息可見：

保護動作相別為：B相

最大縱差電流為：1.86Ie

動作報告中顯示跳閘時間為：2011-06-2910：40：37：716

動作時間為：102 ms

動作元件為：縱差比例差動

從故障情況分析，本次主變差動電流動作值超過了整定值（0.5Ie），但是在5次沖擊合閘中不可能僅本次動作電流達到動作值，故懷疑在該主變沖擊產生勵磁涌流時二次諧波閉鎖功能是否失效。對2套主保護檢查情況如下：

3.1 第2套差動保護（RCS-978GB）動作及錄波波形分析：

該套保護主后備均投入，保護整定差動定值為0.5Ie，二次諧波制動定值為15%。調用站內故障錄波儀存儲文件，將故障時的錄波文件打開如圖1和圖2所示。

圖1 調用站內故障錄波儀存儲文件

圖2 調用站內故障錄波儀存儲文件

圖1中2號主變在T1時刻開始勵磁，采樣波形中勵磁涌流的波形比較明顯，偏于時間軸一側，可見二次諧波分量較大，在通道諧波分析表格中可見ABC三相均超過97%，此時保護可靠制動。

繼續移動光標可見，波形在經15ms左右時間后，2號主變220KV側電流B相二次諧波分量逐漸衰減至14.46%，低于二次諧波閉鎖整定值15%，但此時由于保護交叉閉鎖功能存在，保護未出口。

再次移動光標到T2時刻可見，經100ms左右，保護出口動作。經廠方研發人員解釋，該套保護的二次諧波交叉閉鎖功能固定約為100ms左右，保護動作行為符合其設計原理的要求。

3.2 第1套差動保護（PRS-778S）情況分析

主保護的差動速斷保護、比率差動保護均投入，采用二次諧波制動方式，二次諧波制動系數為0.15。

對比站內錄波和裝置內部錄波波形分析，圖3為錄波器原始波形，圖4為裝置波形回放波形圖。高壓側A、C相相電流含有諧波超過15%，B相相電流含有諧波小于15%。差流中A，C相含有諧波超過15%，B相差流中諧波含量小于15%。

由波形分析得知：裝置中A，B，C三相中均含有差流，A相、C相差流中的諧波達到15%，不滿足動作條件，B相差流中諧波未達到15%，只B相滿足動作條件，此時，裝置采用“或”邏輯進行制動，在任意一相差流涌流制動（A，C相均滿足差流涌流制動條件）時，裝置采用足夠的延時來閉鎖全部三相比率差動保護來可靠地避開涌流，因此保護動作行為正確。

綜上所述，本次主變啟動時由勵磁涌流引起的差動保護跳閘事件，從2個廠家的原理分析上是由于采用了不同的邏輯判據導致的保護裝置不同動作行為，鑒于在5次沖擊試驗中僅動作一次，且動作行為符合廠方設計原理，因此該2套保護可正常投運。

4 主變空充時對差動保護的改進措施及建議

為防止主變空充時，由于勵磁涌流引起變壓器差動保護誤動作，本文建議采取以下措施進行防范：

圖3 錄波器原始波形

圖4 裝置波形回放波形圖

（1）根據上海地區的整定習慣，一般將二次諧波占基波比例設置為15%（臨界值），結合在工程實踐中的經驗，目前所用的變壓器容量日益增大，對于該定值的設置是否還能滿足現場實際使用，需要整定人員進行重新核算，借鑒其他地區運行整定經驗，提高差動保護躲勵磁涌流的性能。

（2）對于新裝保護設備選型時，要對差動保護的性能了解清楚，除可整定部分內容外還需了解廠方內部隱含邏輯判別功能，根據變壓器的容量不同，可選適合所用的保護裝置。

（3）建議保護廠家在裝置原理上加以改進，對主變空充時產生的勵磁涌流在采樣計算時進行有效抑制，可靠區分是否空充于故障，提高保護動作的可靠性。

5 結語

就上述4種國產微機型主變保護的涌流判斷邏輯看來，變壓器空充時勵磁涌流引起差動保護動作的可能性仍然存在，跳閘后如何對現場情況進行判斷，區分故障與否，并將非故障設備盡快投入運行將是對繼電保護專業從業人員的考驗。我們將借助不斷發展先進的裝置和自身扎實的專業理論知識，保證電網的穩定運行。