內橋和電流接線對變壓器差動保護的影響

陳海龍

（許繼電氣股份有限公司，河南省許昌市 461000）

內橋和電流接線對變壓器差動保護的影響

陳海龍

（許繼電氣股份有限公司，河南省許昌市 461000）

主變壓器差流速斷保護作為變壓器內部故障快速主保護，因變壓器空投時的勵磁涌流或外部故障時的最大不平衡電流無法準確測量和計算，實際使用時通常都按照經驗值來整定，這就要求差流速斷保護要具有較高的抗干擾能力。本文詳細介紹了差流速斷保護的動作邏輯及TA飽和的判別方法，結合內橋“和電流”接線，在特殊運行方式下，區外故障TA飽和差流速斷保護動作情況分析，提出了差動保護電流互感器的注意事項及接線要求, 以保證差動保護可靠運行。

差流速斷保護；TA飽和；內橋；和電流接線

0 引言

橋形接線是由一臺斷路器和兩組隔離開關組成連接橋，將兩回變壓器—線路組橫向連接起來的電氣主接線。橋形接線可分為內橋接線和外橋接線兩種接線方式。橋電路連接在兩臺變壓器開關的內側，靠近變壓器側，稱為內橋接線。

橋形接線中使用的斷路器和隔離開關臺數少，其配電裝置占地面積也小，能夠滿足變電所可靠性的要求，運行方式靈活，一條線路故障不影響另一條線路及主變壓器的運行。橋形接線適用于線路為兩回、變壓器為兩臺的變電所。

近年來保護動作統計表明變壓器差動保護的動作準確率偏低，除了和變壓器勵磁涌流有關外，另外一個重要的因素就是電流互感器的飽和問題。

本文針對某水電站內橋接線變電站的出線和內橋采用“和電流”接線，在特定的運行方式下，區外故障電流互感器飽和導致主變壓器差流速斷保護動作事故，分析了差流速斷保護動作的原因，并提出了解決該問題有效的方法。

1 主變壓器差動保護

1.1 差流速斷保護原理

變壓器差動保護原理復雜，裝置中常用到各種濾波環節，使保護動作速度比較慢。為了取得在嚴重的內部短路時有高速的保護，一般在比率制動式差動保護的基礎上，利用原有裝置中的差動電流，不經濾波電路，直接采用差動電流的全波幅值作為動作量，沒有制動量，這就是差流速斷保護[1]。

差流速斷保護的動作電流應按變壓器空載合閘、有最大勵磁涌流時不誤動作作為整定原則。對于大型變壓器，還應考慮外部短路時可靠不誤動。而變壓器空投時的勵磁涌流或外部故障時的最大不平衡電流在實際應用時又無法準確測量和計算，DL/T 684—2012《大型發電機變壓器繼電保護整定計算導則》也只是給出了一個推薦范圍，實際使用時通常都按照經驗值來整定。

1.2 差流速斷保護動作邏輯

主變壓器差流速斷保護要求1.5 倍定值下的保護動作時間小于20ms，通常采用半周差分或半周傅里葉算法來保證保護的動作時間，但半周算法不能完全濾除直流分量的影響。因此，為了保證差流速斷保護的快速性及可靠性，其動作方程如下：

K——比率制動系數；

Ires——制動電流。

式（1）只在同步識別法判為區內故障時投入，式（2）固定投入。差流速斷保護的動作特性如圖1所示。

差動保護啟動后，首先利用同步識別法進行區內、外判別，如果為區內故障，保護采用半周差分或半周傅里葉算法計算差流，當式（1）滿足時差流速斷保護快速動作，保證差流速斷保護的快速性；如果為區外故障，則保護采用全周傅里葉算法計算差流并增加比率制動系數，當式（2）滿足時差流速斷保護動作，提高保護的可靠性并保證故障由區外故障發展為區內故障時保護能可靠動作。

圖1 差流速斷保護動作特性

2 TA飽和判據

2.1 區外故障飽和特性

差動保護廣泛應用于電力系統繼電保護領域，尤其是主設備保護。由于大型發電機組定子回路時間常數大，故障電流中非周期分量衰減慢，故障時易引起差動保護各側電流互感器（TA）傳變暫態不一致或飽和，對于變壓器來說，各側TA特性不一致，故障時更易引起TA飽和[3]。

TA飽和的顯著特征是：區內故障時，差動電流與制動電流同時出現；區外故障時，差動電流滯后制動電流出現；一次電流過零點附近存在一個線性傳遞區，使得區外故障時差動電流在一個周期內有間斷，不是連續的。區外故障TA飽和特性如圖2所示。

圖2 區外故障TA飽和特性

2.2 TA飽和判據

（1）同步識別法區內、區外故障判別。

當差動保護滿足動作條件后（進入保護動作區即可）首先進行該判別，采用后推一采樣周期（一周波采樣24點）的方法確定故障起始點，判別方程如下：

如果連續有三個采樣點滿足此方程，確定此時故障開始，從故障起始點開始，三個采樣點中至少有兩個采樣點滿足方程：|id|＞0.5×|ir|，認為差流和制動電流同時出現，判為區內故障，則保護不進入TA飽和判據；否則判為區外故障，保護自動投入飽和判據。其中：

式中：id——瞬時點差動電流；

if——瞬時點制動電流。

（2）TA飽和判別。

首先根據差動電流自身信息虛擬一個制動電流idmax，該值為一采樣周期內最大采樣值，若該采樣周期內有19個及以上的采樣點值滿足方程|id|＞0.2×|idmax|，則開放差動；否則認為TA飽和，閉鎖差動保護。

圖3 TA飽和虛擬制動特性

圖3中，TA飽和時間為3.3ms，一個周波內滿足虛擬制動的最大點數為14，小于設定的19，閉鎖差動保護。

3 保護動作情況簡述

3.1 運行方式簡述

某水電站內橋接線變電站的電氣主接線圖如圖4 所示，出線1、出線2是變電站的2 條出線，DL4和DL5為2個出線斷路器，DL6為內橋斷路器，DL2、DL3為發電機出口斷路器，DL22為廠用變壓器出口斷路器。

其中，主變壓器2B差動保護高壓側電流取自電流互感器TA4 和TA6 的和電流，即TA4 和TA6 二次側電流在端子排上相加后（矢量和）進入保護裝置；中、低壓側電流分別取自TA2 、TA3和TA22。

特殊運行方式為2F、3F發電機停運，主變壓器2B帶廠用變壓器22B運行，廠用電負荷小于主變壓器額定電流的5%。因此特殊運行方式下，區外故障時，計算主變壓器2B的差動電流時，主變壓器低壓2個分支電流可以忽略不計，差動電流即為TA4 和TA6的和電流。

圖4 電氣主接線

3.2 主變壓器差動保護動作情況

在特殊運行方式下，某日 23時31分46秒38毫秒由于雷擊導致出線1發生B、C兩相短路接地故障，線路保護動作。同時23時31分46秒055毫秒2B主變壓器差流速斷保護動作。主變壓器差流速斷保護定值及動作報告如表1、表2所示。

表1 主變壓器差流速斷保護定值

表2 主變差流速斷保護動作報告

3.3 主變壓器差流速斷動作分析

（1）裝置動作報告分析。

從動作報告可以看出B相差動速斷差流達到11.499A（6.43Ie），大于定值10.736A（6Ie），主變壓器差流速斷保護動作滿足保護定值設置的要求。

（2）裝置錄波分析。

裝置動作故障錄波圖如圖5所示。

圖5 裝置動作故障錄波

從圖2中可以看出，黃線時刻為線路故障起始時刻，紅線為故障后某一時刻，A相差動電流為4.592A、B相差動電流為11.713A、C相差動電流為8.150A，保護裝置動作錄波數據與動作報告一致。

（3）保護動作分析。

特殊運行工況下，主變壓器2B的差動電流即為TA4 和TA6的和電流。出線1區外故障時，故障電流流過橋側的6TA 和出線1的 4TA，在兩個TA傳變特性一致的情況下，對差動保護來說是個穿越電流，即6TA 和4TA的電流應大小相等，方向相反，兩個電流和應該為零，差動電流也應該為零，這時制動電流也為零[3]（采用這種接線方式的弊端）。

但是從裝置動作錄波及報告電流看，和電流不為零且比較大。這說明6TA 和4TA在故障時的電流傳變特性不一致，和電流不為零，出現差流。在這種接線運行方式下，差動保護只感受到高壓側的電流（和電流），差動電流和制動電流是同一個電流。差動電流與制動電流的時差關系如圖6所示。

從圖6中可以看出，差動電流和制動電流是同一個電流，差動電流與制動電流同時出現，差動保護判斷為區內故障，差流速斷保護采用式（1）計算方式，電流（半周差分算法）達到定值，快速動作。

圖6 差動電流與制動電流同步判別

3.4 解決措施

（1）建議開展差動保護用電流互感器綜合誤差曲線分析。主要包括TA的V/A特性、二次回路負載阻抗、10%誤差曲線等；

（2）將出線1的電流互感器TA4和橋側電流互感器TA6分別引入裝置。在區外故障時，TA4和TA6的電流會形成相應的制動，在區外故障TA飽和后，判為區外故障，差流速斷保護采用式（2）計算，減少直流分量的影響，并利用制動電流的制動特性，保證差流速斷保護可靠不動作。

4 結論

微機差動保護具有較強的抗TA飽和的能力，區外故障即使出現TA暫態飽和或不一致的情況，只要TA的二次電流在一個周波內線性傳變區不小于5ms就能保證差動保護可靠不動作。

在工程應用中，應避免將有源側的兩組TA采用“和電流”的接線方式引入保護裝置，應將差動保護用各側的TA分別接入保護裝置。

[1] 王維儉．電氣主設備繼電保護原理與應用．北京：中國電力出版社，1998．

[2] 袁季修, 盛和樂, 吳聚業． 保護用電流互感器應用指南[M]． 北京 ：中國電力出版社，2004．

[3] 李斌，馬超．內橋接線主變壓器差動保護誤動原因分析[J]．電力系統自動化，2009，33（1）：99-102．

陳海龍（1975—），男，高級工程師，主要研究方向：電力系統繼電保護。E-mail：124951470@qq．com

The influence of inner bridge and current connection on transformer differential protection

CHEN Hailong
(XJ Electric Co. Ltd., Xuchang 461000, China)

Main transformer differential protection as the main protection of transformer internal fault, because when the transformer inrush current or external fault current imbalance cannot be accurately measured and calculated, the actual use is usually in accordance with the empirical value to the whole set.This requires that the differential protection of the differential current has a high ability to resist interference. In this paper, we introduce the method of the differential protection of the differential velocity and the TA saturation. Combined with internal bridge “current connection”, in the special operation mode, the analysis of the fault protection action of TA saturation difference under the condition of the fault zone.The points of attention and wiring of differential protection current transformer are put forward to ensure the reliable operation of differential protection.

differential protection ; TA saturation; inner bridge;current connection