分析了變壓器比率差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作速度慢的原因和差流速斷保護(hù)在應(yīng)用中遇到的問(wèn)題，根據(jù)故障時(shí)差動(dòng)保護(hù)中動(dòng)作電流與制動(dòng)電流的比值關(guān)系，提出了增加快速動(dòng)作區(qū)的解決差動(dòng)保護(hù)快速動(dòng)作的方案，并通過(guò)數(shù)模驗(yàn)證了該方案能夠有效提高差動(dòng)保護(hù)在區(qū)內(nèi)嚴(yán)重故障的動(dòng)作速度。
1、引言
縱向比率制動(dòng)式差動(dòng)保護(hù)(以下簡(jiǎn)稱縱差或差動(dòng)保護(hù))是變壓器的主保護(hù)，它的正確動(dòng)作與否關(guān)系到變壓器的安全和經(jīng)濟(jì)效益，它的動(dòng)作速度關(guān)系到變壓器的安全和電網(wǎng)的穩(wěn)定。為了防止勵(lì)磁涌流導(dǎo)致差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)，差動(dòng)保護(hù)常常增加二次諧波閉鎖。采用二次諧波閉鎖后，對(duì)于區(qū)內(nèi)嚴(yán)重故障，受諧波的影響，差動(dòng)保護(hù)往往會(huì)延遲動(dòng)作。對(duì)于大容量的變壓器，為了保證空投變壓器差動(dòng)保護(hù)不誤動(dòng)，往往要降低二次諧波的制動(dòng)系數(shù)(一般為15%)，二次諧波制動(dòng)系數(shù)的降低更加延緩了區(qū)內(nèi)嚴(yán)重故障差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作速度;另外，目前采用雙主雙后的雙重化保護(hù)配置，以前用作后備保護(hù)的非TYP級(jí)互感器也要應(yīng)用于差動(dòng)保護(hù)，為了提高差動(dòng)保護(hù)的可靠性，差動(dòng)保護(hù)又增加了抗區(qū)外故障CT飽和的閉鎖邏輯，這進(jìn)一步延緩了變壓器差動(dòng)保護(hù)區(qū)內(nèi)嚴(yán)重故障的動(dòng)作時(shí)間。為了保證區(qū)內(nèi)嚴(yán)重故障時(shí)變壓器的安全和系統(tǒng)的穩(wěn)定，必須提高變壓器區(qū)內(nèi)嚴(yán)重故障時(shí)差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作速度。
2、差流速斷保護(hù)在應(yīng)用中遇到的問(wèn)題
為了提高變壓器內(nèi)部嚴(yán)重故障時(shí)差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作速度，變壓器保護(hù)一般要配置差流速斷保護(hù)。但是，差流速斷保護(hù)的動(dòng)作電流按躲過(guò)變壓器空載合閘時(shí)最大的勵(lì)磁涌流整定，使它在應(yīng)用中遇到下列問(wèn)題：
(1)變壓器空載合閘的最大勵(lì)磁涌流很難獲得，一般按經(jīng)驗(yàn)值整定，不能保證空投變壓器可靠不誤動(dòng)。
(2) 如果定值整定太大，雖然保證了空投變壓器可靠不誤動(dòng)，但是又可能在變壓器內(nèi)部嚴(yán)重故障時(shí)因差流達(dá)不到定值而無(wú)法動(dòng)作，起不到保護(hù)作用。
(3)如果定值整定太小，空投正常變壓器可能誤動(dòng)，即使空投變壓器可靠不誤動(dòng)，但是區(qū)外故障CT飽和時(shí)又可能誤動(dòng)作，影響系統(tǒng)的運(yùn)行。
3、提高差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作速度的方案
?。?）差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作電流與制動(dòng)電流的比值為了分析問(wèn)題簡(jiǎn)單，把雙端以上的變壓器都等效為雙端系統(tǒng)，并以雙端系統(tǒng)為例，分析故障時(shí)差動(dòng)保護(hù)中動(dòng)作電流和制動(dòng)電流的比值關(guān)系。假設(shè)EM為送電端，EN為受電端，發(fā)生內(nèi)部故障時(shí)，兩端的系統(tǒng)阻抗角基本一致。圖1為等效的雙端系統(tǒng)，圖2為發(fā)生區(qū)內(nèi)嚴(yán)重故障時(shí)兩側(cè)電流的矢量圖，其中δ為兩側(cè)電源之間的夾角，β為等效的系統(tǒng)阻抗角。
按圖中的參考方向，差動(dòng)保護(hù)中動(dòng)作電流與制動(dòng)電流的比值：
由式 (I)可知：
1) 區(qū)內(nèi)嚴(yán)重故障時(shí)I1、I2的角度差小于90°，此時(shí)A>1。
2) 變壓器發(fā)生匝間故障和區(qū)內(nèi)高阻接地故障時(shí)，I1、I2的角度可能大于90°，A<1。
3) 空投正常變壓器、空投故障變壓器以及單側(cè)電源故障時(shí)A =1。
4) 區(qū)外故障及區(qū)外故障CT飽和時(shí)A ?。?）差動(dòng)保護(hù)的快速動(dòng)作的方案
根據(jù)差動(dòng)保護(hù)中動(dòng)作電流與制動(dòng)電流的比值A(chǔ)的大小，可以將差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作區(qū)分為三部分，如圖3所示。
一區(qū)為 A > 1.1 的快速動(dòng)作區(qū)，在該區(qū)內(nèi)差動(dòng)保護(hù)可以不考慮任何閉鎖邏輯;二區(qū)為A >1的動(dòng)作區(qū)域，在該區(qū)內(nèi)要考慮勵(lì)磁涌流、TA斷線和區(qū)外故障 TA飽和的影響;三區(qū)為A<1的動(dòng)作區(qū)域，在該區(qū)內(nèi)要考慮勵(lì)磁涌流、TA斷線和區(qū)外故障TA飽和的影響。
在原來(lái)的差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作特性的基礎(chǔ)上，設(shè)置差動(dòng) 保護(hù)的快速動(dòng)作段，由于A>1.1不需要任何閉鎖邏輯，變壓器區(qū)內(nèi)嚴(yán)重故障時(shí)的差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間由故障電流和采用的算法決定，如果采用快速算法，其典型的動(dòng)作時(shí)間為10 ms左右，達(dá)到了快速切除變壓器區(qū)內(nèi)嚴(yán)重故障，保證變壓器安全和電網(wǎng)穩(wěn)定。該動(dòng)作段的動(dòng)作邏輯如下：
差動(dòng)保護(hù)的快速動(dòng)作段，不需要用戶整定。增加了差動(dòng)保護(hù)的快速動(dòng)作段后，對(duì)于雙側(cè)電源的大容量變壓器可以考慮不配置差流速斷保護(hù)，減少了整定計(jì)算帶來(lái)的麻煩。
?。?）數(shù)模試驗(yàn)結(jié)果
?
數(shù)模試驗(yàn)的系統(tǒng)接線示意如圖5所示，高壓側(cè)為3/2接線，中壓側(cè)為雙母線，低壓側(cè)帶電抗器和電容器。
圖6縱坐標(biāo)的電流單位為安培，橫坐標(biāo)為采樣點(diǎn)數(shù)(一個(gè)電流周期內(nèi)采24點(diǎn))。圖6中黑色為差動(dòng)保護(hù)快速動(dòng)作段的動(dòng)作曲線，動(dòng)作時(shí)間為12ms “一一”為差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作線，動(dòng)作時(shí)間為28.5ms。圖 7縱坐標(biāo)的電流單位為安培，橫坐標(biāo)為采樣點(diǎn)數(shù)(一個(gè)電流周期內(nèi)采24點(diǎn))。圖7中“一一”為差動(dòng)保護(hù)快速動(dòng)作段的動(dòng)作線，黑色為差流速斷動(dòng)作線，動(dòng)作時(shí)間為12ms。
區(qū)外故障時(shí)，由于一側(cè)CT飽和，A相差動(dòng)電流達(dá)到16倍的額定電流，A相差流速斷保護(hù)動(dòng)作，而差動(dòng)保護(hù)的快速動(dòng)作段可靠不動(dòng)作。
4、結(jié)束語(yǔ)
分析了差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作速度慢的主要原因和差流速斷保護(hù)在應(yīng)用中遇到的問(wèn)題，根據(jù)分析不同故障時(shí)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作電流與制動(dòng)電流的關(guān)系，提出了一種快速切除變壓器內(nèi)部故障的差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作邏輯，達(dá)到了快速切除變壓器內(nèi)部嚴(yán)重故障的目的，保證了變壓器的安全運(yùn)行和電力系統(tǒng)的穩(wěn)定。在增加了差動(dòng)保護(hù)的快速動(dòng)作段后，對(duì)于多側(cè)電源的大容量變壓器可以考慮不配置差流速斷保護(hù)。