對(duì)提高變壓器保護(hù)動(dòng)作可靠性的探討

1、對(duì)提高變壓器保護(hù)動(dòng)作可靠性的探討對(duì)提高變壓器保護(hù)動(dòng)作可靠性的探討劉清瑞，上海申瑞電力科技股份有限公司，上海200233該文發(fā)表于《電力系統(tǒng)裝備》2005年第八期摘要：摘要：根據(jù)對(duì)變壓器故障類型和不正常工作狀態(tài)，提出變壓器應(yīng)配置的保護(hù)類型。通過(guò)對(duì)勵(lì)磁涌流及不平衡電流產(chǎn)生的原因、抑制及消除方法的分析，提出了提高變壓器差動(dòng)保護(hù)可靠性的措施，并用實(shí)例說(shuō)明上述措施是正確有效的，據(jù)此設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)出的裝置經(jīng)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行證明，其靈敏度和可靠性都得到顯著提

2、高。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：變壓器差動(dòng)保護(hù)可靠性1、緒言、緒言電力變壓器是電網(wǎng)的重要組成元件之一，在電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行中具有極其重要的作用。由于電網(wǎng)中變壓器數(shù)量越來(lái)越多，其單體價(jià)值又非常高，一旦發(fā)生故障將造成嚴(yán)重后果，所以對(duì)變壓器保護(hù)動(dòng)作的可靠性有更高的要求。近年來(lái)，110KV變壓器保護(hù)正確動(dòng)作率一直徘徊在70％～80％之間（1999年66.99%2000年75.12%，2001年82.54%，2002年74.77%），遠(yuǎn)低于線路保護(hù)的正確動(dòng)作

3、率，因此迫切需要對(duì)變壓器保護(hù)進(jìn)一步發(fā)展與完善?！?】【2】2、變壓器故障的類型及應(yīng)配置的保護(hù)、變壓器故障的類型及應(yīng)配置的保護(hù)【3】變壓器的運(yùn)行故障主要有兩類：（1）油箱內(nèi)部故障－包括各相繞組之間的相間短路、單相繞組部分線匝之間的匝間短路、單相繞組或引出線通過(guò)外殼發(fā)生的單相接地故障、鐵心燒損等；（2）油箱外部故障－包括引出線的相間短路、絕緣套管閃絡(luò)或破碎引起的單相接地（通過(guò)外殼）短路等。變壓器故障會(huì)導(dǎo)致不正常工作狀態(tài)，主要表現(xiàn)在：外部短路

4、或過(guò)負(fù)荷產(chǎn)生過(guò)電流、油箱漏油造成油面降低、中性點(diǎn)過(guò)電壓、因外加電壓過(guò)高或頻率降低引起過(guò)勵(lì)磁等。根據(jù)變壓器的故障狀態(tài)，應(yīng)裝設(shè)下述保護(hù)：（1）瓦斯保護(hù)－防止變壓器油箱內(nèi)各種短路故障和油面降低，其中重瓦斯跳閘、輕瓦斯發(fā)信號(hào)；（2）縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)和電流速斷保護(hù)－防止變壓器繞組和引出線多相短路、大接地電流系統(tǒng)側(cè)繞組和引出線的單相接地短路及繞組匝間短路；（3）相間短路的后備保護(hù)，包括過(guò)電流保護(hù)、復(fù)合電壓起動(dòng)的過(guò)電流保護(hù)、負(fù)序過(guò)電流保護(hù)－防止變壓器外部

5、相間短路并作為瓦斯保護(hù)和差動(dòng)保護(hù)的后備；（4）零序電流保護(hù)－防止大接地電流系統(tǒng)中變壓器外部接地短路；（5）過(guò)負(fù)荷保護(hù)－防止變壓器對(duì)稱過(guò)負(fù)荷；（6）過(guò)勵(lì)磁保護(hù)－防止變壓器過(guò)勵(lì)磁?！?】3、變壓器的勵(lì)磁涌流及變壓器差動(dòng)保護(hù)、變壓器的勵(lì)磁涌流及變壓器差動(dòng)保護(hù)【5】當(dāng)變壓器空載投入和外部故障切除后電壓恢復(fù)時(shí)，因鐵心飽和及存在剩磁會(huì)出現(xiàn)很大的勵(lì)磁電流即勵(lì)磁涌流，其特點(diǎn)是含有很大成分的非周期分量、含有大量的高次諧波分量且以二次諧波為主、波形之間有間

6、斷，其大小和衰減時(shí)間與外加電壓、鐵芯剩磁大小與方向、回路阻抗、變壓器容量和鐵芯性質(zhì)有關(guān)。對(duì)于三相交流變壓器，由于三相之間相差1200，所以任何瞬間合閘至少有兩相出現(xiàn)不同的勵(lì)磁涌流，它對(duì)變壓器差動(dòng)保護(hù)的正確動(dòng)作有不利影響，而在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行及差動(dòng)范圍外發(fā)生故障時(shí)則影響不大。差動(dòng)保護(hù)是用某種通信通道將電氣設(shè)備兩端的保護(hù)裝置縱向聯(lián)接起來(lái)，并將兩端電氣量比較來(lái)判斷保護(hù)是否動(dòng)作，其基礎(chǔ)是基爾霍夫定律。根據(jù)該定律，保護(hù)范圍內(nèi)流入與流出的電流應(yīng)該相等（變壓

7、器歸算到同側(cè)）。當(dāng)保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生故障時(shí)，其流入與流出的電流不等，差動(dòng)保護(hù)就根據(jù)這個(gè)不平衡電流動(dòng)作。差動(dòng)保護(hù)原理簡(jiǎn)單易于實(shí)現(xiàn)，有很高的動(dòng)作選擇性和靈敏度，以其優(yōu)越的保護(hù)性能成為大容量、高電壓變壓器的主保護(hù)，缺點(diǎn)是在勵(lì)磁涌流情況下容易誤動(dòng)。從電路上看，變壓器一次繞組和二次繞組并非是一個(gè)節(jié)點(diǎn)，變壓器差動(dòng)保護(hù)原理建立在穩(wěn)態(tài)磁路平衡的基礎(chǔ)上，是差動(dòng)保護(hù)原理的一種拓展。在暫態(tài)過(guò)程中這種平衡關(guān)系將被打破，只有等到暫態(tài)過(guò)程衰減后，原先的平衡關(guān)系才能重新

8、建立，因此需要檢測(cè)這種暫態(tài)。變壓器差動(dòng)保護(hù)中的關(guān)鍵問(wèn)題是如何處理勵(lì)磁涌流導(dǎo)致的誤動(dòng)，目前常用的涌流閉鎖方法有二次諧波制動(dòng)、間斷角閉鎖、波形對(duì)稱原理等。勵(lì)磁涌流是一5、提高微機(jī)變壓器保護(hù)動(dòng)作可靠性的其它措施、提高微機(jī)變壓器保護(hù)動(dòng)作可靠性的其它措施變壓器差動(dòng)保護(hù)是變壓器的主保護(hù)，要求有很高的可靠性，而變壓器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，獨(dú)具特點(diǎn)，所以必須嚴(yán)格按規(guī)程要求認(rèn)真分析各個(gè)細(xì)節(jié)，了解變壓器差動(dòng)保護(hù)的特點(diǎn)，采用相應(yīng)措施，杜絕事故發(fā)生，保證保護(hù)可靠動(dòng)作。除裝

9、置本身的因素外，其安裝接線整定校驗(yàn)維護(hù)等環(huán)節(jié)都與正確動(dòng)作有關(guān)。為進(jìn)一步提高變壓器保護(hù)動(dòng)作的可靠性，除如前一部分所述要盡量消除或降低穩(wěn)態(tài)暫態(tài)不平衡電流外，還要采取其它措施，主要包括：（1）采用先進(jìn)的多CPU容錯(cuò)技術(shù)進(jìn)行保護(hù)的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)以保證裝置本身工作的可靠性，可大大降低由于硬件問(wèn)題引起誤動(dòng)的概率。多CPU同時(shí)處理一組數(shù)據(jù)且信息共享，能及時(shí)檢測(cè)、糾正因硬件故障可能引起的誤動(dòng)和拒動(dòng)，一個(gè)CPU有故障其它正常的CPU仍可工作。（2）優(yōu)化硬件電路

10、的設(shè)計(jì)，輸入輸出電路采取隔離、濾波、削峰、過(guò)壓過(guò)流保護(hù)等措施，提高抗干擾能力，降低功耗。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，保護(hù)裝置本身最易出故障的部分是接口電路和電源，所以這部分要采取特別設(shè)計(jì)。（3）采用先進(jìn)的數(shù)字濾波和軟件容錯(cuò)技術(shù)以保證不為瞬時(shí)錯(cuò)誤數(shù)據(jù)干擾而引起誤動(dòng)或拒動(dòng)。（4）條件具備時(shí)配置雙套保護(hù)。雙套保護(hù)有兩種配置方案，一種是完全雙重化，即兩套保護(hù)設(shè)置獨(dú)立的信號(hào)通道，使用獨(dú)立的直流電源和CT二次回路，但主保護(hù)和后備保護(hù)可共用一個(gè)保護(hù)CT，其缺點(diǎn)是停柜維

11、修困難、模擬量數(shù)字量信號(hào)和跳閘接點(diǎn)過(guò)多、工程布線難。另一種是部分雙重化，即將關(guān)系到設(shè)備安全的重要保護(hù)雙重化，其缺點(diǎn)是后備保護(hù)配置復(fù)雜、容易造成誤動(dòng)。（5）注意差動(dòng)保護(hù)二次電流回路的接地方式。差動(dòng)保護(hù)二次電流回路接地時(shí)，各側(cè)CT的二次電流回路必須通過(guò)一點(diǎn)接于地網(wǎng)，因?yàn)樽冸娬镜慕拥鼐W(wǎng)之間并非絕對(duì)等電位，在不同點(diǎn)之間有一定的電位差。當(dāng)發(fā)生短路故障時(shí)，有較大的電流流入地網(wǎng)，各點(diǎn)之間的電位差較大。如果差動(dòng)保護(hù)二次電流回路接在地網(wǎng)的不同點(diǎn)，它們之間

12、的電位差產(chǎn)生的電流將流入保護(hù)裝置，會(huì)影響差動(dòng)保護(hù)裝置動(dòng)作的準(zhǔn)確性甚至使之誤動(dòng)。所以各側(cè)CT的二次電流回路應(yīng)并聯(lián)后接到保護(hù)裝置的差動(dòng)電流回路中，所有電流回路在并聯(lián)的公共點(diǎn)接地。（6）在CT接入系統(tǒng)容量變化或新裝保護(hù)投入運(yùn)行時(shí)，不可忽略根據(jù)差動(dòng)保護(hù)區(qū)內(nèi)短路故障時(shí)穿越變壓器的最大短路電流和實(shí)測(cè)的差動(dòng)回路二次負(fù)荷，校核保護(hù)用CT的10%誤差曲線是否滿足要求，確保CT在10%誤差范圍內(nèi)。否則在故障時(shí)差動(dòng)保護(hù)可能拒動(dòng)、誤動(dòng)。（7）注意合理整定各定值

13、。實(shí)際運(yùn)行中時(shí)有因定值不合理發(fā)生保護(hù)誤動(dòng)的現(xiàn)象。需要注意的是，有的運(yùn)行部門(mén)通過(guò)提高啟動(dòng)電流來(lái)提高差動(dòng)保護(hù)的可靠性，但這卻降低了內(nèi)部輕微故障的靈敏度。實(shí)際上，差動(dòng)保護(hù)的啟動(dòng)電流、拐點(diǎn)電流、斜率對(duì)靈敏度都有相互的制約關(guān)系。（8）采用新的保護(hù)原理。如標(biāo)積制動(dòng)原理有很高的靈敏度，但它對(duì)相位特性特別敏感，容易誤動(dòng)，如果采取特殊的抗CT飽和措施，即可消除這個(gè)缺點(diǎn)，從而提高保護(hù)動(dòng)作的可靠性?！?】基于電壓電流相似性的差動(dòng)保護(hù)可通過(guò)在特定時(shí)間段內(nèi)比較變

14、壓器電源端電壓和差動(dòng)電流波形的相似性來(lái)區(qū)分變壓器內(nèi)部故障和勵(lì)磁涌流，能在很短時(shí)間內(nèi)動(dòng)作（20ms）且不受CT飽和影響?！?】虛擬三次諧波的差動(dòng)保護(hù)是用一個(gè)虛擬的波形代替第2.5周期，該波形與第1.5周期幅值相同符號(hào)相反。由于波形對(duì)稱，頻譜中只有基波和奇次諧波分量，且三次諧波含量比其它諧波都大，這樣就可明顯提高差動(dòng)保護(hù)的速度。【9】基于人工智能的差動(dòng)保護(hù)是借助模糊邏輯算法計(jì)算磁通差動(dòng)電流微分曲線、諧波約束條件以及比率差動(dòng)特性曲線，然后對(duì)計(jì)

15、算結(jié)果進(jìn)行分析判別勵(lì)磁涌流何內(nèi)部故障，這種保護(hù)速度快，能在34周期內(nèi)作出反應(yīng)，可適用于各種類型的變壓器?！?0】【11】基于能譜分析的差動(dòng)保護(hù)使用特殊設(shè)計(jì)的互感器捕捉暫態(tài)電流中的高頻分量，進(jìn)而求出原副邊的差動(dòng)電流和平均電流，再抽取相應(yīng)的能譜作為動(dòng)作和約束條件，能譜的數(shù)值差別用于區(qū)分內(nèi)部故障和外部故障。【12】基于小波變換的差動(dòng)保護(hù)應(yīng)用小波分析提取涌流和故障電流的特征，具有很高的辨析度。結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)變換結(jié)果進(jìn)行診斷分析將進(jìn)一步提高保護(hù)的