引言

變壓器勵(lì)磁涌流是由于鐵芯的磁飽和產(chǎn)生的,當(dāng)變電站的主變壓器空載充電時(shí),由于主變高、低壓繞組的電壓突然增加,在合閘后的1/4周期內(nèi)勵(lì)磁涌流迅速增大,持續(xù)數(shù)個(gè)周波后開始減弱,其最大值可達(dá)幾倍至十幾倍的額定電流。目前,在實(shí)際的220kV變電站中,主變保護(hù)廠家應(yīng)用比較多的勵(lì)磁涌流識(shí)別技術(shù)主要有以下兩種:

(1）二次諧波制動(dòng)法:即利用傅里葉變換,將波形分解成基波和諧波,由于其中二次諧波的含量較高,可將差流中的基波分量與二次諧波分量進(jìn)行對(duì)比,以區(qū)分勵(lì)磁涌流和故障電流。若二次諧波占比較大,則可以判定為勵(lì)磁涌流。這種方法的缺點(diǎn)是,由于各主變制造工藝和材料的不同,二次諧波含量差別大,因此二次諧波制動(dòng)比很難選取。

(2）波形對(duì)稱法:通過比較差流中一個(gè)半個(gè)周期內(nèi)前后兩個(gè)半波之間是否對(duì)稱來判別勵(lì)磁涌流。雖然勵(lì)磁涌流波形具有一定的規(guī)律,但實(shí)際判斷時(shí),可能出現(xiàn)的波形涌流特征不是非常明顯,這時(shí)就會(huì)發(fā)生誤判。

由于勵(lì)磁涌流在變壓器實(shí)際啟動(dòng)充電過程中很容易引起保護(hù)裝置誤動(dòng)作,而220kV及以上電壓等級(jí)的主變對(duì)供電可靠性要求很高,因此,分析不同的勵(lì)磁涌流保護(hù)原理在實(shí)際應(yīng)用中導(dǎo)致的動(dòng)作結(jié)果具有十分重要的意義。

1原理與設(shè)計(jì)

1.1差動(dòng)保護(hù)原理

為了便于分析,本節(jié)以YD11接線的主變?yōu)槔M(jìn)行闡述。由于變壓器高、低壓側(cè)繞組接法不一樣,通常高壓側(cè)為y接法,低壓側(cè)為△接法,因此,需要由軟件調(diào)整主變高、低壓側(cè)電流的相位來達(dá)到效果。主流采用的方法是用△→y變換來調(diào)整兩側(cè)差流的平衡,這樣調(diào)整以后,可以更加方便地對(duì)涌流和故障進(jìn)行區(qū)分。對(duì)于Y0/△-11的接線,各側(cè)電流做如下變換:

y0側(cè)電流:

式中:I_A、I_B、I_C為Y0側(cè)CT二次電流:I₀為1/3的零序電流:I'_A、I'_B、I'_C為Y0側(cè)校正后的各相電流。

△側(cè)電流:

式中:I_a、I_b、I_c為△側(cè)CT二次電流:I_'a、I'_b、I'_c為△側(cè)校正后的各相電流。

因此,分側(cè)差動(dòng)電流為:

當(dāng)滿足動(dòng)作條件,I_dA、I_dB、I_dC到達(dá)動(dòng)作值時(shí),差動(dòng)動(dòng)作出口。

1.2勵(lì)磁涌流判別

1.2.1二次諧波制動(dòng)

保護(hù)裝置采用三相差動(dòng)電流中二次諧波、三次諧波的

含量來識(shí)別勵(lì)磁涌流,判別方程如下:

式中:I_2nd、I_3nd分別為分相差流中的二、三次諧波:I_1st為分相差流基波:K_2xb、K_3xb分別為二、三次諧波制動(dòng)系數(shù)。

若三相中某一相的差動(dòng)電流二、三次諧波大于整定值時(shí),該差流即認(rèn)為是勵(lì)磁涌流,那么這一相的比率差動(dòng)元件將被可靠閉鎖。

1.2.2波形識(shí)別原理

這種方法是通過三相差流的波形發(fā)生畸變的程度來判別勵(lì)磁涌流。在發(fā)生故障時(shí),主變兩側(cè)流過的差流是未發(fā)生畸變的正弦波:而當(dāng)空充主變發(fā)生勵(lì)磁涌流時(shí),差流中含有非常多的諧波分量,這時(shí)波形不是對(duì)稱的正弦波,而是發(fā)生了畸變,是間斷、不對(duì)稱的。利用正弦波的對(duì)稱原

理,即可識(shí)別出勵(lì)磁涌流。故障時(shí),有如下表達(dá)式成立:

式中:S為一個(gè)周波差動(dòng)電流的全周積分值:S_＋為"差動(dòng)電流的瞬時(shí)值＋差動(dòng)電流半周前的瞬時(shí)值"的全周積分值:K_b為某一固定常數(shù):S_t為門檻定值。

s_t的表達(dá)式如下:

式中:α為給定的常數(shù):I_d為分相差流:I_e為主變額定電流。

當(dāng)某一相不滿足以上表達(dá)式時(shí),這一相的差動(dòng)電流就被判別為勵(lì)磁涌流,那么這一相的比率差動(dòng)元件將被可靠閉鎖。

2某站變壓器差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作過程分析

某220kV變電站#1主變壓器的本體型號(hào)為SFPSZ9-H-120000/220,生產(chǎn)廠家為ABB公司,容量為120MVA。#1主變壓器差動(dòng)保護(hù)按照規(guī)程采用雙重化配置,分別為A、B兩套保護(hù)裝置。其中A套保護(hù)裝置使用的勵(lì)磁涌流判據(jù)為二次諧波制動(dòng)原理,B套保護(hù)裝置使用的勵(lì)磁涌流判據(jù)為波形識(shí)別原理。

2.1保護(hù)動(dòng)作過程

2020-11-02T22:48,220kV某站空充#1主變,#1主變保護(hù)B差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作出口跳主變變高開關(guān)。

保護(hù)錄波圖顯示,#1主變變高開關(guān)2201合閘空充時(shí),#1主變勵(lì)磁涌流導(dǎo)致#1主變保護(hù)B"比率差動(dòng)"動(dòng)作,跳三側(cè)開關(guān),最大縱差電流為1.35A（1.73Ie）,故障相別為B相,動(dòng)作時(shí)間為102ms。差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作跳2201開關(guān)。

現(xiàn)場(chǎng)檢查一次設(shè)備:#1主變本體無異常,油溫、油位均正常,無瓦斯氣體,兩側(cè)跳線及變低母線橋無異常:#1主變變高2201開關(guān)、#1主變變中1101開關(guān)及#1主變501開關(guān)無異常。

現(xiàn)場(chǎng)檢查二次設(shè)備:#1主變差動(dòng)保護(hù)"運(yùn)行"綠燈常亮,表示裝置運(yùn)行正常:保護(hù)動(dòng)作紅燈常亮,表示#1主變保護(hù)動(dòng)作:無裝置故障。

綜上所述,某站#1主變一次設(shè)備正常,二次設(shè)備正常。

2.2故障原因分析

#1主變?cè)诨謴?fù)送電過程中,空充主變時(shí)產(chǎn)生勵(lì)磁涌流,勵(lì)磁涌流最大值A(chǔ)相660A（1.1A）、B相828A（1.38A）、C相714A（1.19A）:#1主變保護(hù)B測(cè)得B相差流1.35A（1.731e）,大于差動(dòng)整定定值0.51e:主變保護(hù)B差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作,快速切除變高2201開關(guān)。

由主變動(dòng)作電流故障錄波圖（圖1）可以看出,本次B相勵(lì)磁涌流沒有出現(xiàn)明顯的波形畸變、間斷,諧波分量小,涌流特征不明顯。

主變保護(hù)A采用二次諧波復(fù)合邏輯制動(dòng)原理。在差流涌流特征不明顯的情況下檢查原始電流的涌流特征,勵(lì)磁涌流閉鎖元件正確閉鎖,差動(dòng)保護(hù)不動(dòng)作。

而另外一套主變保護(hù)B采用波形識(shí)別分相制動(dòng)原理。主變保護(hù)B各相差流波形識(shí)別特征值與識(shí)別門檻（虛線）分別如圖2所示,啟動(dòng)后5ms,B相差流的波形識(shí)別特征值最低接近0.1A,小于識(shí)別門檻0.8A。由于保護(hù)自適應(yīng)地采用浮動(dòng)的勵(lì)磁涌流門檻,空投初期比例差動(dòng)保護(hù)未動(dòng)作。

隨時(shí)間推移,裝置內(nèi)部的增強(qiáng)閉鎖判據(jù)逐漸開放,B相差流的波形識(shí)別特征值仍然小于識(shí)別門檻,勵(lì)磁涌流閉鎖元件開放,最終導(dǎo)致B相比例差動(dòng)元件動(dòng)作跳閘。

2.3本次主變保護(hù)動(dòng):期果

由于主變空投過程中,B相差流的波形畸變度一直低于門檻值,縱差保護(hù)動(dòng)作跳閘。鑒于本次勵(lì)磁涌流出現(xiàn)的特征及特點(diǎn),判斷為主變保護(hù)A套保護(hù)正確不動(dòng)作,主變保護(hù)B套保護(hù)正確動(dòng)作。#1主變保護(hù)B差動(dòng)保護(hù)采用波形畸變識(shí)別勵(lì)磁涌流,而B相波形畸變不明顯導(dǎo)致制動(dòng)失敗,保護(hù)跳閘。

3期結(jié)

本文分析了變壓器差動(dòng)保護(hù)基本原理以及常見的兩種勵(lì)磁涌流判據(jù)基本原理。通過一起典型的變壓器勵(lì)磁涌流誤動(dòng)事件說明了雙重化配置的兩套主變保護(hù)在發(fā)生勵(lì)磁涌流時(shí),由于各自投入的勵(lì)磁涌流判據(jù)動(dòng)作原理不同,在實(shí)際運(yùn)行時(shí),特殊情況下會(huì)出現(xiàn)兩套主變保護(hù)動(dòng)作結(jié)果不一致的情況。本文的分析對(duì)實(shí)際運(yùn)維檢修過程中遇到該種情況有著重要的指導(dǎo)作用。