主變壓器差動保護整定計算詳解

2014-04-04 00:21:48常鮮戎

江西科學 2014年1期

常鮮戎，陳昱

(華北電力大學，河北保定071003)

0 前言

差動保護是采用基爾霍夫電流定理，在保護裝置中輸入被保護設備兩端電流差值，設備正常工作時，差動電流為零，設備故障時，流進保護設備的電流和流出的電流不相等，差動電流大于零。當差動電流大于保護裝置整定值時，保護出口動作，跳開被保護設備各側斷路器，從而切除故障。差動保護原理簡單、使用電氣量單純、保護范圍明確、動作不需延時，是防止變壓器內部故障最重要的主保護。

變壓器差動保護整定計算一般分3步進行，第1步先計算變壓器各側2次額定電流和平衡系統，第2步根據二次電流計算差動啟動電流、制動電流、制動系數、電流速斷定值等，第3步進行靈敏度校驗。現結合工程實際應用情況，以許繼電氣股份有限公司的WFB-100微機發變組保護應用為例，詳細介紹主變壓器差動保護整定值的計算方法［1～3］。

1 主變差動保護原理

主變差動保護一般包括差動速斷保護、比率差動保護、2次(5次)諧波制動比率差動保護3個部分，其功能分別說明如下。

1.1 比率差動保護動作特性

比率差動保護典型動作特性見圖1。當變壓器輕微故障時，例如匝間短路圈數很少時，不帶制動量，使保護變壓器輕微故障時具有較高靈敏度。而較嚴重區外故障時，有較大制動量，提高保護可靠性。帶比率制動特性的縱差保護的動作特性通常如圖1所示，為直角坐標系上的一條折線。該坐標系縱軸為保護的動作電流Iop;橫軸為制動電流Ires。折線左上方為保護的動作區，折線右下方為保護的制動區。從圖1可見，這一動作特性需求解的參數有3個，即保護的最小動作電流Iop.min，起始制動電流Ires.0，折線段Iop.set斜率S。

圖1 WBF-100比率制動縱差保護特性

1.2 二次諧波制動

二次諧波制動的主要作用是區別故障電流和勵磁涌流，因主變空載投運時會產生比較大勵磁涌流，并伴隨有二次諧波分量，為使主變不誤動，采用諧波制動原理，根據二次諧波分量是否達到設定值來判斷是主變故障還是主變空載投運，決定比率差動保護是否動作。

1.3 差動速斷作用

當變壓器內部出現嚴重故障時，由于故障電流很大，將有可能導致CT飽和，從而使得二次電流中諧波含量增加，當諧波含量大于諧波制動中設定的比率時，差動保護將拒動。而這時由于發生的是嚴重故障，如果故障不能立刻切除，將導致嚴重后果。因此，差動速斷是較嚴重區內故障情況下，快速跳開變壓器各側斷路器，切除故障點(差動速斷不考慮諧波制動)。

1.4 差動保護的平衡系數

差動保護是利用比較變壓器各側電流的幅值和相位的原理構成，即采用主變各側CT的一次回路正極性側置于母線(或變壓器)的一側，二次回路同極性端相聯的方法。由于變壓器線圈繞組通常采用Y/△/-11的接線，使得兩側電流相位差30°。而且，由于實際中各側CT變比的選擇不可能完全根據各側一次額定電流的數值來匹配，因此不可能將各側的二次電流的相量值直接相加的方法來獲得差流。為了消除這種不平衡電流的影響，傳統的電磁型、集成電路型差動保護通常采用將變壓器Y型繞組側的二次電流回路接成△型的接線形式，并且在其中一側的電流回路中引入變流器，消除因CT變比以及Y/△變換的一側電流幅值增大3倍的影響。而對微機保護來講，由于Y/△變換可在軟件中實現，使主變各側CT二次回路接線均可采用Y型接線。同時引入平衡系數這一參數來平衡各側電流在幅值比較上的差異，從而計算出差流。平衡系統是一個將2個大小不等的電流折算成作用完全相同電流的折算系數，使2個不相等的電流產生作用(對差動元件)的大小相同。根據變壓器的容量、接線組別、各側電壓及各側差動TA的變比，可以計算出差動兩側之間的平衡系數。

1.5 動作特性和動作方程

(1)從圖1可見，比率差動動作方程為:

式中:Iop為差動電流;Iop.0為差動最小動作電流整定值;Ires為制動電流;Ires.0為最小制動電流整定值;S為比率制動特性斜率。

(2)二次諧波制動原理。

利用三相差動電流中的二次諧波分量作為勵磁涌流閉鎖判據，動作方程為:

式中:Iop.2為三相差動電流中的二次諧波電流;K為二次諧波制動系數;Iop為三相基波差動電流。

2 整定計算

2.1 計算參數

本文中變壓器計算參數如表1所示，變壓器型號為SFP9-150000/220。

表1 計算參數表

2.2 各側差動平衡系數整定

(1)計算變壓器各側一次電流

式中:SN為變壓器額定容量;UN為計算側線電壓。

主變壓器高壓側一次額定電流為:

(2)計算各側流入保護裝置的二次電流

式中:Kcom為變壓器CT二次接線系數，CT為“△”接線時Kcom=，CT為“Y”接線時Kcom=1;本例中兩側CT接線均為“Y”，故均取為1。na-CT變比。

高壓側CT二次側電流:InH=1×357.9÷ (1200/5)=2.98 A

低壓側CT二次側電流:InL=1×5 498.6÷ (12000/5)=4.58 A。

(3)計算各側平衡系數

以主變高壓側流入裝置的二次電流InH為基準，則

高壓側差動平衡系數:KphH=1;

低壓側差動平衡系數:KphL=In1/In2=2.98 ÷4.58=0.65。

以上計算數據填入表1。

2.3 最小動作電流的計算

最小動作電流應大于變壓器額定負載時的不平衡電流。依據《大型發電機變壓器繼電保護整定與計算導則(DL/T84-1999)》第5.1.4.3條中的第2種整定方法，有

式中:Krel為可靠系數，一般取1.3～1.5，此處取1.5。Ker為兩側電流互感器變比誤差的差異引起的不平衡電流系統，10P級CT，Ker=0.04×2(兩側CT不飽和，所以不取0.1;考慮一側CT變比誤差為“+0.04”，另一側CT變比誤差為“－0.04”);△U為變壓器調壓引起的誤差。

微機保護的平衡系數的選擇是在變壓器的變比為額定分接頭時進行的。但在運行中，變壓器分接頭的位置是經常人為調節的。分接頭位置是“+0.05、+0.025、0、－0.025、－0.05”共5個。一旦分接頭位置不在額定位置時，兩側CT二次側電流又不相等了，出現不平衡電流。△U系統取調壓范圍中偏離額定值的最大值，即△U=0.05。