對電力變壓器縱聯(lián)差動保護的問題分析

1、對電力變壓器縱聯(lián)差動保護的問題分析    摘要:本文概括了諧波制動原理的變壓器保護,經(jīng)過長時間的現(xiàn)場運行,絕大部分情況下是可以很好運行的,但隨著外部條件的不同和變化,單原理邏輯制動很難滿足所有的情況,但采取動作參數(shù)及。 關(guān)鍵詞: 變壓器；縱聯(lián)差動保護 1變壓器差動保護動作參數(shù)的改進 1. 1差動保護動作靈敏度的改進 根據(jù)是GB14285繼電保護和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程(1993) ,規(guī)定了變壓器差動保護靈敏系數(shù)必須大于2,但明確指出是對電磁式繼電保護的規(guī)定。隨著數(shù)字式微機保護的普及,尤其是數(shù)字信號處理器DSP (Digitalsignalprocessin

2、g) 、高精度A /D芯片及CPLD (復(fù)雜可編程邏輯器件)在繼電保護中得到應(yīng)用,進一步提高了數(shù)據(jù)處理能力和運算速度,所以微機保護都具備了動作離散值小、動作明確的特點?？紤]到互感器的誤差,微機變壓器差動保護靈敏系數(shù)降到1.41.6完全可以滿足靈敏性的要求。 1. 2差動保護動作時間的改進 目前變壓器縱聯(lián)差動保護動作時間一味的強調(diào)了動作的速度,卻忽略了變壓器縱聯(lián)差動保護的特殊性,即變壓器縱聯(lián)差動保護構(gòu)成的原理具有較大的近似性,而且部分保護參數(shù)具有不確定性,如變壓器空載合閘角、變壓器鐵芯的剩磁及工作磁通與飽和磁通的關(guān)系等。變壓器內(nèi)部故障切除時間,國際標準IEC76-5 (1976)電力變壓器第五部

3、分承受短路能力規(guī)定,當使用部門未提出其它要求時,用于計算承受短路耐熱能力的電流I持續(xù)時間為2 s,對自耦變壓器和短路電流超過25倍額定電流的變壓器,經(jīng)制造廠與使用部門協(xié)商后,采用的短路電流的持續(xù)時間可小于2 s。根據(jù)以上變壓器制造和設(shè)計規(guī)范,變壓器在內(nèi)部故障時0.5s內(nèi)能切除,在外部故障時1s內(nèi)能切除,均可保證變壓器的安全性。在上述基礎(chǔ)上,再將切除一般故障的時間標準縮短一半,可以確保變壓器的安全性,所以其動作時間可在其現(xiàn)有動作時間基礎(chǔ)上適當延長,整組動作時間延長至60100ms之間跳閘是可行的,將會大大降低區(qū)外故障和空載充電時誤動的可能性。同時,當區(qū)內(nèi)故障電流較大,差流速斷保護可以迅速跳閘(差

4、流速斷整組跳閘時間t30 ms) 。這樣即可快速切除具有較大差流的區(qū)內(nèi)故障,又可在很大程度上降低區(qū)外故障誤動的幾率(變壓器本身滿足國標承受短路耐熱能力的要求) 。 1. 3適度調(diào)整差動保護動作電流和制動電流根據(jù)DL /T684大型發(fā)電機變壓器繼電保護整定計算導(dǎo)則規(guī)定,比率制動特性動作電流和制動電流整定范圍為: 1)最小動作電流為0.20.5倍主變壓器額定電流,一般工程宜采用不小于0.3倍主變壓器額定電流。 2)起始制動電流為0.81.0倍主變壓器額定電流。 經(jīng)過多年的運行考驗,按上述導(dǎo)則規(guī)定的整定值,過于靈敏,造成區(qū)外故障誤動作的情況不少,尤其是廠礦、企業(yè)用變壓器保護。將差動保護最小動作電流適

5、當提高(如取0.60.8倍主變壓器額定電流,對鋼廠企業(yè)變壓器建議取0.8倍主變壓器額定電流) ,起始制動電流適當降低(如取0.50.6倍主變壓器額定電流) ,整體上不會降低區(qū)內(nèi)故障差動保護動作的靈敏度,又提高了差動保護動作的可靠性。 實踐證明,按照以上三原則適度調(diào)整定值,可以大大提高變壓器縱聯(lián)差動保護運行水平。 2變壓器差動保護動作邏輯的改進 2. 1提高保護抗CT暫態(tài)飽和的能力,提高程序判別的可靠性變壓器差動保護原理是建立在變壓器穩(wěn)態(tài)磁路平衡基礎(chǔ)上的,是差動保護原理的一種拓展,不具有100%的準確度,而且這種平衡受其它因素影響較大,其中CT暫態(tài)過程中這種平衡關(guān)系將被打破,只有等到暫態(tài)過程衰減

6、后,這種原先的平衡關(guān)系才能重新建立,因此變壓器縱聯(lián)差動保護需要有檢測這種暫態(tài)特性的功能。研究表明,單純比率制動特性的差動保護是無法躲過由于CT暫態(tài)飽和引起的差動保護誤動。解決CT飽和而引起區(qū)外故障誤動,除了提高電流互感器的準確限值系數(shù)外,按照CT飽和的特性,可以考慮在故障啟動時循環(huán)檢測CT運行工況,當檢測到CT飽和時,采取限制措施防止誤動。 2. 2綜合制動邏輯判別在變壓器縱聯(lián)差動保護中的應(yīng)用 2. 2. 1勵磁涌流特性分析 圖1空投勵磁涌流曲線圖 利用鐵芯磁化曲線和磁通曲線(t )可以畫出勵磁涌流在02內(nèi)的電流波形如圖1中的ie(t )。從圖1中可以看出勵磁涌流在一個周期內(nèi)有兩段01和2 2

7、的值約為0, 即存在間斷角。暫態(tài)磁通max cos和剩磁r實際空投都是衰減的, 所以ie (t)也是逐步衰減的,將多個圖中的ie (t)連起來,就可以得到空投的勵磁涌流波形。 根據(jù)勵磁涌流以非周期分量和諧波分量的形式出現(xiàn),而且以二次諧波為主, 含有其它高次諧波, 存在間斷角的特點來采用二次諧波、間斷角原理制動目前應(yīng)用相當廣泛,但是,由于一些不確定外部因素的影響,仍不能達到預(yù)期的效果。采用綜合相二次諧波制動原理、波形對稱原理并行制動判別邏輯,可大大提高變壓器縱聯(lián)差動保護動作的可靠性和正確率。 2. 2. 2采用差動電流中二次諧波最大值與基波最大值的比值來閉鎖三相差動保護, 即綜合相制動邏輯 I1

8、max為差動電流中的最大基波電流;I2max為差動電流中的最大二次諧波;K2為諧波制動系數(shù),一般整定范圍為0.150.20。 采用32位浮點DSP技術(shù),其程序?qū)ê投沃C波均采用全周傅氏算法,每周采樣24個點,程序判別出三相差動電流中最大二次諧波與最大基波電流比值大于定值K2 后,閉鎖比率差動保護610ms。設(shè)x(t)是周期函數(shù), 除基波分量外, 還含有各次諧波和不衰減的直流分量,則x(t)可表示為: 就變壓器縱聯(lián)差動保護而言,考慮CT暫態(tài)飽和的因素,只要求計算出直流分量、基波、二次諧波、三次諧波分量。 式中:自然數(shù) = 0、1、2、3 (其它高次諧波在此忽略,不作考慮) ; 、b 分別為各

9、次諧波(包括基波)正弦項、余弦項的振幅, b0 是直流分量值,根據(jù)傅氏濾波方程: 式中: T是x (t)的周期。 微機保護處理時, 采用梯形法則可求得式(3)的積分值(N 為保護在一個工頻周期內(nèi)的采樣點,這里取24,x(k)為x(t)在tk 時刻的采樣值) 。 當=1時,基波分量: 同理,當=2時,二次諧波分量: 綜合相邏輯制動兼顧了區(qū)外故障電壓恢復(fù)或空載合閘、合閘于故障及內(nèi)部故障,降低了區(qū)外故障電壓恢復(fù)或空載合閘某相諧波含量較低時, 造成誤動作的可能,同時降低了在變壓器內(nèi)部故障或(空載)合閘于故障時,差動電流中含有二次諧波,引起差動保護拒動或延時動作的可能。所以, 這種綜合相閉鎖邏輯全面涵蓋

10、了變壓器故障特點, 可以較好的識別勵磁涌流和內(nèi)部故障, 是一種綜合性較強的二次諧波閉鎖邏輯。 2. 2. 3采用三相差流波形的對稱度值來閉鎖三相差動保護的邏輯 假設(shè)差動電流為id (t),對其差分濾波后得到id(n),令S-、S 分別為: 式中: K為衡量波形對稱度值的一個固定常數(shù), S -稱為制動量、S 稱為動作量。 根據(jù)勵磁涌流波形存在間斷角,且在一個工頻周期內(nèi)不對稱角度120°的特點(實際故障電流在一個工頻周期內(nèi)不對稱角度30°) ,當id (t)是故障電流時, S-0、S 0; 當id(t)是勵磁涌流時,S-0、S 0?？紤]到故障電流可能含有較多高頻分量和非周期分量

11、, 取不對稱角度=8090°為不對稱角度值的臨界角度,這樣可以適應(yīng)勵磁涌流和故障電流的區(qū)分和判斷。這種閉鎖原理具有對鐵芯剩磁適應(yīng)能力強, 合閘于內(nèi)部故障的變壓器時保護動作迅速,且受其它外部條件影響較小,綜合適應(yīng)故障能力較強。 2. 2. 4綜合相二次諧波、波形對稱判別邏輯綜合制動使用 波形對稱原理,是反映波形的對稱度,實質(zhì)上是對故障電流和勵磁涌流的綜合反映。二次諧波原理是利用波形所含有二次諧波的數(shù)學特征來實現(xiàn)諧波分量制動。所以,每種閉鎖邏輯都不能涵蓋全部,這是由于故障電流和勵磁涌流本身存在部分相同的數(shù)學特征,如區(qū)外故障CT暫態(tài)時,會產(chǎn)生一定的非周期分量,大容量高電壓等級系統(tǒng)變壓器空載

12、合閘時勵磁涌流可能會較小,長線路或電纜線路連接的變壓器內(nèi)部故障時也可能含有相當數(shù)量的二次諧波分量。 所以,采用綜合相二次諧波邏輯與波形對稱并行綜合制動可以較好的適用于變壓器縱聯(lián)差動保護(見圖2) 。 圖2綜合制動邏輯框圖 這種綜合制動判別措施,既可以很好的適應(yīng)準確判別故障,區(qū)內(nèi)故障動作迅速,區(qū)外故障閉鎖可靠,避免誤動;而且還可以很好的解決剩磁、電壓等級等外部因素對勵磁涌流制動的干擾,具有較強的環(huán)境適應(yīng)能力和判別能力。 3誤動分析舉例 如某110kV變電站變壓器主保護WBH-812差動保護裝置在建成投運期間發(fā)生誤動事故。其程序?qū)ê投沃C波均采用全周傅里葉算法,每周采樣24個點,程序判別出三相差動電流中最大二次諧波與最大基波電流比值大于定值后閉鎖比率差動保護6ms,反之,程序判別出三相差動電流中最大二次諧波與最大基波電流比值小于定值6 ms后開放比率差動保護。 保護諧波制動系數(shù): K2=0.15 如圖3、4所示,由故障錄波數(shù)據(jù)提練出的三相差流中最大二次諧波與基波比值可以清楚的看出。 圖3最大二次諧波電流與最大基波電流比 (I2max/I1max)K2的時間(t17.9 ms27.2 ms=9.3ms >6ms)已完全滿足開放比率差動保護的條件, 所以差動出口符