變壓器保護(hù)設(shè)計中幾個問題的解決方法探討

摘要：介紹了大型高壓、超高壓變壓器保護(hù)設(shè)計中的若干技術(shù)，對大型高壓、超高壓變壓器保護(hù)設(shè)計中一些技術(shù)問題的解決給出了較詳細(xì)的說明和探討。采用零序補(bǔ)償方式校正電流量對變壓器勵磁涌流的識別有利，且可提高其對接地故障的靈敏度；故障分量差動保護(hù)提高了其對匝間短路和高阻接地故障等輕微故障的靈敏度；附加穩(wěn)定特性區(qū)方法解決了TA飽和對差動保護(hù)的問題； 采用電流和電壓量的綜合判別來識別TA二次回路斷線和短路故障；采用整定N組定值擬合過激磁曲線方式解決過激磁保護(hù)的工程適應(yīng)問題。
　　關(guān)鍵詞：勵磁涌流；零序電流補(bǔ)償；故障分量；斷線或短路；過激磁

0 引言

　　電力變壓器是發(fā)電廠和變電站的主要電氣設(shè)備之一，對電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行至關(guān)重要，尤其是大型高壓、超高壓電力變壓器造價昂貴、運行責(zé)任重大。一旦發(fā)生故障遭到損壞，其檢修難度大、時間長，要造成很大的損失；另外，發(fā)生故障后突然切除變壓器也會對電力系統(tǒng)造成或大或小的擾動。因此，它對繼電保護(hù)的要求很高。
　　對大型高壓、超高壓電力變壓器的保護(hù)設(shè)計，一般要求解決以下一些技術(shù)問題。
　　（1）快速準(zhǔn)確的區(qū)分出變壓器的勵磁涌流和各種故障情況，區(qū)內(nèi)故障和區(qū)外故障；
　　（2）迅速準(zhǔn)確的識別出變壓器過勵磁情況，解決對變壓器保護(hù)的影響；
　　（3）提高變壓器在帶負(fù)荷運行情況下發(fā)生輕微匝間短路和高阻接地故障時保護(hù)的靈敏度；
　　（4）解決電流互感器TA二次電路斷線或短路時對變壓器差動保護(hù)的影響；
　　（5）消除TA飽和時對變壓器差動保護(hù)的影響；
　　（6）解決和應(yīng)涌流對變壓器保護(hù)的影響；
　　（7）提高變壓器過激磁保護(hù)對各種變壓器過勵磁倍數(shù)曲線的適應(yīng)性等等。
　　隨著繼電保護(hù)技術(shù)、技術(shù)、通信技術(shù)等方面的不斷，為在變壓器保護(hù)設(shè)計中解決這些技術(shù)問題提供了可能。特別是現(xiàn)在大量采用的微機(jī)型變壓器保護(hù)裝置，在越來越好的機(jī)硬件平臺的基礎(chǔ)上，具有了更加強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)記憶、計算、邏輯判斷等軟件功能，因此，可以很好地處理和解決變壓器保護(hù)中的這些技術(shù)問題。下面根據(jù)在變壓器保護(hù)方面進(jìn)行、設(shè)計和的體會，對其中幾個技術(shù)問題的解決方法作簡要的探討。

1 提高勵磁涌流和故障情況的識別

　　變壓器差動保護(hù)中一個很重要的技術(shù)問題就是防止變壓器勵磁涌流引起差動保護(hù)的誤動。同時，當(dāng)在保護(hù)區(qū)內(nèi)發(fā)生各種故障時能夠迅速動作切除故障，以保證變壓器可靠、安全運行。
　　提高勵磁涌流識別的一個很重要的環(huán)節(jié)就是對輸入保護(hù)中電流量匹配方法的處理。在電力變壓器中有電流流過時，通過變壓器各側(cè)TA的二次電流不會正好完全平衡。因此，變壓器差動保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計時必須考慮這些因素，只有使得經(jīng)過各側(cè)的電流合理匹配，才能進(jìn)行比較。
　　一般情況下，微機(jī)型變壓器差動保護(hù)裝置可以采用數(shù)學(xué)表達(dá)式來模擬變壓器各側(cè)電流的匹配情況。其通常的編程系數(shù)矩陣數(shù)學(xué)表達(dá)式[3]為：
　　[IOUT] = Kn·[A]·[IIN] (1)
式中，[IOUT]為匹配后的該側(cè)電流Ia、Ib、Ic的矩陣；
Kn為該側(cè)變比平衡系數(shù)；[A]為該側(cè)相位平衡系數(shù)的矩陣；[IIN]為該側(cè)輸入電流IA、IB、IC的矩陣。
如果采用零序電流補(bǔ)償方式，其通常的編程系數(shù)矩陣數(shù)學(xué)表達(dá)式[3]為：
　　[IOUT] = Kn·[A]·[IIN]+K0·[I0] (2)
式中，[I0]為該側(cè)中性點零序電流的矩陣；K0為該側(cè)零序變比平衡系數(shù)。
　　例如，對于圖1所示的變壓器接線情況，如果設(shè)定輸入微機(jī)型變壓器差動保護(hù)裝置的變壓器主一次和主二次電流的各側(cè)電流互感器均為星形接法，且同名端均在變壓器的外側(cè)，那么保護(hù)裝置中電流互感器聯(lián)接組的變比匹配和相位修正方式可以采用如下兩種方式：

IA1 IA2

圖1 Y0 /△-11接線變壓器

　　方式一，按照式(1)確定的各側(cè)編程矩陣方程為：

(3)



(4)

　　顯然，這種匹配方法消除了變壓器Y0接線側(cè)零序電流的影響，這將使該側(cè)變壓器的接地故障靈敏度受到了一定的影響；另外，更重要的一點是使得該側(cè)不同相電流之間互相有影響，從而破壞了它本身的原始特征，因此，對保留變壓器勵磁涌流的原始特征不利，可能會產(chǎn)生對稱性涌流使得對勵磁涌流的識別不利。
　　方式二，同樣針對圖1，采用零序電流補(bǔ)償方式匹配變壓器Y0接線側(cè)的電流，各側(cè)編程矩陣方程按照式(2)和式(1)確定為：

(5)


(6)

　　可以看出,采用零序電流補(bǔ)償?shù)姆绞?使得變壓器Y0接線側(cè)的零序分量得到了保留，這對該側(cè)的接地故障靈敏度更好些；更重要的是，由于對變壓器一次側(cè)電流互感器輸入的電流沒有相關(guān)合成，所以對變壓器產(chǎn)生的勵磁涌流的原始特征保留情況完整，對識別勵磁涌流有利。因此，采用此種匹配方法可以更好的識別變壓器的勵磁涌流。
　　采用通常方式的匹配方法，如果涌流判據(jù)采用最大相制動，那么故障相將受非故障相電流的影響，因此，在變壓器空投到故障時將延緩保護(hù)動作的時間，對變壓器安全不利；如果涌流判據(jù)采用故障相制動，那么在變壓器空投時容易誤動。然而，采用零序電流補(bǔ)償方式的匹配方法，當(dāng)變壓器空投到故障上時，故障相的電流為故障特征，非故障相的電流為涌流特征，勵磁涌流判據(jù)采用分相制動方式，可以明確區(qū)分勵磁涌流和故障特征，非故障相不會延緩故障相的動作速度，提高了保護(hù)對勵磁涌流和故障的識別。