斷路器三相不同期合閘對主變差動保護的影響分析

徐鳳玲

（海南電網三亞供電局，海南 三亞572000）

0 引言

變壓器保護中采用二次諧波制動原理防止變壓器差動保護因勵磁涌流而發生的誤動，當斷路器經過長期運行，部件老化、機械故障、觸頭燒損等問題導致三相合閘不同期超標，合閘不同期時會產生很大的勵磁涌流，對變壓器二次諧波制動閉鎖原理的差動保護產生影響。

1 二次諧波制動原理的差動保護存在的問題

二次諧波制動原理比較簡單，國內變壓器微機保護大都采用該原理。但是采用該原理的變壓器差動保護存在以下2個問題：（1）勵磁涌流是暫態電流，不適合傅里葉級數的諧波分析法，將導致錯誤結果；（2）很難選擇制動比。

在變壓器內部故障不對稱的情況下，尤其是在變壓器附近裝有無功補償設備時，會在故障電流中產生較大的二次諧波分量，使差動保護被迫制動，直至二次諧波分量衰減后才能動作，從而耽誤了切除故障的時間。

隨著電力系統的不斷發展，變壓器單機容量不斷增大，大容量變壓器內部嚴重故障時，諧波使短路電流中的二次諧波含量增大，有可能使二次諧波制動，引起差動保護延時動作。

基于以上原因，為使變壓器空載投入時差動保護可靠不動作、變壓器內部故障時差動保護能可靠快速動作，二次諧波制動系數的選取至關重要。制動系數選取太小，容易導致變壓器內部故障時差動保護拒動；而制動系數選取較大，又易引起變壓器空投時勵磁涌流導致的差動保護誤動。應結合空充變壓器時的二次諧波含量和變壓器長期運行數據取值。

2 斷路器三相合閘不同期對勵磁涌流的影響

空載投入三相變壓器時，任一相初相角φu＝0，都會產生較大勵磁涌流。斷路器三相合閘同期和合閘不同期情況下，變壓器勵磁涌流引起差動保護動作的幾率有較大區別。

（1）合閘時三相同期。在三相外施電壓t＝0時，一相初相角φu＝0，該相產生較大勵磁涌流，其他兩相初相角分別為2π／3和4π／3，它們不會產生較大勵磁涌流，所以變壓器勵磁涌流不易引起差動保護誤動作。

（2）合閘時三相不同期。我國電網電壓的頻率為50Hz，則周期為20ms，三相電壓相位差120°，三相電壓間達到幅值時間差為6.6ms，對于斷路器，兩相行程差最多達7ms，時間上相差9ms，該時間遠大于三相電壓間達到幅值的時間差6.6ms，所以三相合閘不同期時將會有兩相或三相在合閘時產生較大勵磁涌流，勵磁涌流加倍疊加，很容易引起差動保護誤動。

基于以上原因，為了防止斷路器三相不同期合閘時產生較大的勵磁涌流使差動保護誤動，二次諧波制動系數不宜取太大。

3 以某110kV主變斷路器三相不同期合閘的波形數據為例進行分析

某110kV變壓器在現場進行過高壓側開關檢修后，送變壓器時差動保護動作，動作報文：102ms B相差動保護動作，動作電流2.39A。對斷路器開關特性同期試驗后發現：不同期20.4ms，合閘不同期不滿足要求（≤5ms）。

3.1 現場錄波數據分析

波形圖如圖1所示。

圖1 現場波形圖

102ms時刻差動電流數據如表1所示。

表1102 ms時刻差動電流數據

3.2 裝置動作原因分析

保護裝置為二次諧波閉鎖原理，基本閉鎖邏輯為任一相差流的二次諧波含量大于閉鎖定值即閉鎖差動保護。另外，早期變壓器差動保護更多考慮空充于故障變壓器時保護的可靠性，如波形對稱涌流閉鎖原理只閉鎖本相差動；而二次諧波閉鎖原理為防止空充于故障變壓器時非故障相的二次諧波誤閉鎖故障相，從可靠性及采樣精度等方面考慮，在某相的差動電流小于動作門檻時，該相將不再參與諧波閉鎖的判別。

從故障量分析可知，102ms時刻差動電流的特征為：A、C相差動電流小于動作門檻，沒有參與諧波閉鎖的判別；而B相差動電流大于動作門檻，同時諧波含量小于20%的閉鎖門檻，滿足保護動作條件，故現場B相差動保護動作出口。

3.3 應對措施

通過以上分析，為避免發生類似事件，可采取降低差動保護二次諧波制動系數（15%）和加強斷路器開關特性同期試驗的措施，使斷路器合閘不同期滿足要求（≤5ms）。

4 結語

斷路器三相不同期合閘，容易引起主變差動保護誤動作，所以在差動保護中二次諧波制動系數應結合主變充電時的二次諧波含量合理取值；同時應考慮三相不同期時勵磁涌流的影響，目前國內變壓器差動保護二次諧波制動系數普遍取15%，部分變壓器根據運行經驗可取12%。雙套配置的變壓器保護除了二次諧波制動原理外應配置一套利用波形判別原理識別涌流的差動保護。同時，斷路器合閘時三相不同期，對變壓器也會帶來較大危害，為保證變壓器安全及減少差動保護的誤動，須在斷路器安裝投入運行前、斷路器檢修后重新投運前認真調試，使三相合閘同期性符合產品技術條件的規定，減少因斷路器不同期合閘而對電力設備及電網帶來的危害。

［1］李家坤，劉嬌嬌.電力變壓器差動保護方案的研究［J］.變壓器，2007（10）

［2］朱冬梅.斷路器三相不同期對電機啟動及變壓器投入的影響［J］.中州煤炭，2002（5）

［3］許繼集團CST31A數字式變壓器保護裝置技術說明書［Z］