变压器区外故障CT饱和对主变保护的影响分析

1、第40卷第4期2012 年2 月 16 电力圭优保护乌枚制Power System Protection and ControlVol40 No4Feb. 16, 2012CT saturation： sensitivity1674-3415(2012)04-0129-05继电器，保护定值通常按躲过变斥器空投时的最 人励磁涌流或外部故障时的瑕人不平衡电流整定， 而变压器空投时的励磁涌流或外部故障时的最人不 平衡电流在实际应用时又无法准确测星和计算,文 献4也只是给出了一个推荐范围，实际使用时通常 都按照各地区的经验值来整定。本文通过対现场的几起事故进行分析，提出了 一种可以提高区外故障时主变差

2、流速断保护抗CT 饱和能力乂不降低区内故障尺敏度的方案，与广人 继电保护同行探讨。1保护动作情况简述变压器区外故障或线路朿介永久性故障时， 如果变压器某一侧CT严重饱和，可能造成主变差 流速断保护的谋动作。变压器区外故障CT饱和对主变保护的影响分析邓茂军 许云龙 '，张童S姚晴林'，马和科-姚东晓1(I.许继电气公司技术中心，河南 许昌461000; 2.许妪电气股份有限公司，河南 许昌461000;3合忆工业大学.安緻 合肥230009 )摘要：近年来，现场出现了多起主变差流速断保护误动的事件.主变差流速斷保护作为差动保护的一个辅助保护，要求在变 压器内部发生严重故障时能快速

3、动作切除故障，因此保护通常不増设任何闭荻条件，只要址流大于保护屯值就会动作跳闸. 通过对现场的几起爭故进行分析，区外故障时CT饱和足造成主变菱流速斷保护课动的苴接原因.庄分析了 P级电流互感器 容易饱和的原因后.根据不同的故障类型对差流速晰保护动作判据进行了改进，这种改进方案在做机保护中非常容易实现. 试验结杲表明，改进方喰能明显提高区外故障时址流速斷保护的抗CT施和能力，也不会降低区内故障灵敏度. 关键词：主变；爰流速斷保护；CT饱和；灵敏度Analysis on outside transformer fault causing CT saturation and its influenc

4、e on transformer protectionDENG Maojun1 XU Yun-long1, ZHANG Tong2, YAO Qing-lin MA He-ke YAO Dong-xiao1(1 Technology Cenier XJ Electrical Company. Xuchang 461000. China： 2 XJ Electnc Corporation. Xuchang 461000. China;3. Hefei University of Technology, Hefei 230009 China)Abstract: In recent years, t

5、ransfonner instantaneous differential protection misoperated several times on the site As a secondary protection. transformer instantaneous differential protection should act as fast as possible xnthout any blocking logic when serious internal faults occur in the transformer and the dififerential cu

6、rrent value is bigger than the tiip value. Through on-site analysis of several accidents. CT saturation during external fault is the direct reason that causes instantaneous differential protection misoperation. Through analyzing the reason why P level CT is easily saturated, this paper improves the

7、instantaneous differential protections action logic for diffeient fault types, which is very easy to impleuient in computer protection. The results show that the improved scheme can significandy improve the protection capacity against CT saturation in external fault without reducing the acting sensi

8、tmty in internal fault.Key words: transformer： instantaneous differential protection：中因分类号：TM77 文献标识码：A文章编号：0引言随着超高斥和特高斥电网的出现，电网容屋急 剧增加，高电压等级的人容最变压器也越來越多， 为了确保变压器的安全运行和系统的稳定，对主变 差动保护的快速性提出了新的耍求。传统的比率差 动保护受变压器励磁涌流的闭锁，动作时间仃时无 法满足变斥器的安全运行和系统稳定的耍求,因此， 通常配置差流速断保护作为上变差动保护的一个辅 助保护，卅变压器内部发生严匝故障时能快速动作 切除故障。但

9、是，差流速断保护提高r主变差动保 护的快速性z外也帯來了一些新问题，现场也出现 了多起由区外故障CT饱和导致主变差流速断保 护误动的情况2】。主变差流速断保护是一个简甲的差动过电流© 1994-2012 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 邓茂军，等 变压器区外故障CT饱和对主变保护的影响分析1331.1线路故障重合闸时主变差流速断动作某220 kV变电站主变低压侧区外由单相接地故 障发展成为三相短路故障，低床侧出线过流二段保护 动作后切除故障，150 ms后低压侧出线匝介，

10、主变 低压侧B和、C相CT饱和时主变差流速断保护动作, 保护动作时差动电流采样的帕值如表1所示。表1保护动作时刻差动电流值Table 1 Differemial currenl on protecuoxi opeiauon lime电流相别里披电afcWtfl/A413.42h13.73k26.77从动作报告看，主变C相差流26.77 A大J：差 流速断保护定值22 A （按6厶整定，人为主变高斥 侧额定负荷电流，卜同），保护动作时的录波如图 1所示。图1220 kV变压器区外故障CT饱和录波图Fig.l Waveforms of outside 220 kv transfbnner faul

11、t causingCT saturation1.2区外故障时主变差流速断动作某110 kf变电站两圈变压器低压侧区外发生 BC相间短路故障，低压侧B相 C相CT饱和时主 变差流速断保护动作，保护动作时差动电流采样的 幅值如表2所示。表2保护动作时刻差动电流值Table 2 Dififerential current on protection operation time电it相别煤波电流幅值/A厶11.4810.65k22.11从动作报告看，主变C相左流22.11 A人J：左流速断保护泄值21 A （按6人整泄），保护动作时 的录波如图2所示。图2 110 kV两圈变区外故障CT饱和录波图F

12、ig. 2 Va'efbrms of outside 110 kV twowindmg transfbnner fault causing CT saturation1.3区外发展性故障时主变差流速断动作某110 kV变电站三圈变压器低压侧由区外CA 相间対路故障发展成区外三相短路故障，主变低斥 侧A相、B相CT饱和时主变差流速断保护动作, 保护动作时差动电流采样的邮值如表3所示。表3保护动作时刻差动电流值Table 3 Differential current on protection operation tune电淹相别划波电i«W5(ft/A厶5.60】B13.75I

13、c896从动作报告看，主变B相差流13.75 A人J差 流速断保护定值10 0 A （按6.29人整定），保护动 作时的录波如图3所示。Fig. 3 Whe£omi& of outride 110 k* three winding transfbnner fault causing CT saturation2保护动作原因分析从主变是流速断保护动作时的录波图匕看，保 护动作的原因都是11J J变压器区外故障时某侧CT 出现了严币;饱和，而主变差动保护中差流的计算实 际是将各侧电流进行矢量相加,某侧CT饱和后就 会产生很人的差流。差流速断保护定值通常按（4 8）厶整定，保护本身

14、H备一定的抗CT饱和能力， 同时为了保证变压器内部发生严1E故障时保护能快 速动作，斥流速断保护中通常不再增设CT饱和判 据。因此,区外故障CT严重饱和时可能造成主变 差流速断保护的误动作。220 kV及以卜电斥等级变斥器的差动保护通 常采用P级CT ,故障时容易出现饱和，CT饱和 的原因与以下几个方面有关'7】：（1）与C T的二次负载和故障电流的人小自关。 在短路容帚很人的系统屮线路近端发生故障时会产 生很人的故障电流，如果CT二次负载过人或CT 额定准确限值系数选择不好，当次故障电流过丿、 时，会引起CT铁芯中的磁通密度增人，造成CT 出现饱和。与故障电流中的直流分量和非周期分量

15、有 关。P级CT的误差只考虑一次电流为稳态电流的 情况，没有考虑暂态过程中的非周期分量,即P级 CT在暂态过程中不能保证比谋差要求当冲击电 流中含有人最非周期分最时,差流回路中的不平衡 电流就会急剧地大。（3）与CT中剩磁的大小和方向有关。变压器 区外故障或线路重合永久性故障时故障电流中通 常冇较大的ft流分駅，CT铁芯中交流稳态礎通增 人，苴流分彊引起的非周期磁通增人，卄铁芯中的 剩磁较人且与非周期磁通方向-致，三者徨加后人 J CT的饱和磁通，就会加剧CT的饱和程度。变压器区外故障CT饱和时，曲J；主变比率差 动保护中都仃专用的CT饱和判据，故障时能正确 区分故障类型是区内故障或区外故障，

16、区外故障CT 饱和时能可孩闭锁保护，通常不会造成主变比率差 动保护误动作。对变压器厉备保护，变压器区外故障CT饱 和时可能造成过流保护的延迟动作。CT严币:饱 和时，装置计算的电流幅值小J：过流保护定值，过 流保护无法丿；动。对J220 kV的变压器，120 ms 后苴流分吊和非周期分最衰减后CT逐渐退出饱 和，这时过流保护能可靠动作。通常后备保护相互 配介的间隔时间A t为030.5 s,不会造成上一级 后备保护越级跳闸，因此，变压器区外故障CT饱 和时不会造成后备保护的谋动或拒动。通过以上分析，变压器区外故障CT饱和时主 耍影响主变差流速断保护，因此，儘耍采取措施防 止区外故障CT严重饱和

17、时主变差流速断保护涙 动。3差流速断保护改进措施P级CT在故障时容易饱和，为了防止差流速 断保护在变压器区外故障CT饱和时谋动，可通过 抬高差流速断保护定值或提高P级CT的额定准确 限值系数及降低CT的二次负载來解决，但前者会 降低变压器区内故障时保护的灵敏度，后者会增加 匸程的造价。除此Z外，随着电网容最的增人，区 外故障时流过CT回路中的短路电流也会越來越 大，这些措施依然无法从根本上解决问题。因此， 仃必耍根据不同的故障类型刈匸变杲流速断保护的 算法进行改进,借用上变比率差动保护中CT饱和 判据可正确区分故障类塑是区内故障或区外故障， 不会额外增加装宣的计算工作彊。CT饱和判别的方法可采

18、用同步识别法，即根 据铁槪元件的“B-H”曲线，区外故障起始时刻和 一次电流过零点附近CT会存在一个线性传变区， 対:区内故障，差动保护的差流在故障起始时刻就 会出现；而对于区外故障,在故障起始时刻的CT 线性传变区内不存在差流8-10o可以根据差流跟故 障时刻是否同步的方法來区分故障类型是区内故障 或区外故障。主变差流速断保护要求1.5倍定值卜的保护动 作时间小于20 ms,通常采用半周差分或半周傅里 叶算法來保证像护的动作时间，卞实上采用全周傅 里叶算法能更好地滤除非周期分量的影响,只是由 全周傅里叶算法盂耍20 ms的数据窗，无法满足 保护对动作时间要求。因此，需耍対差流速断保护 的动作

19、方程进彳f改进，改进后的动作方程如2A>p（半樹）> Go（1）“与”门 J 'op（全期 >'op0（2）|/op（金周）>耳川全周）式（1）只在同步识别法判为区内故障时投入, 式（2）固定投入。式中：Ap佯周）为采用半周差分 或半周傅立叶算法计算的差动电流： '（全帅为釆川 全周傅立叶算法计算的差动电流：/°p°为差流速断 保护定值;K为比率制动系数；-心、同）为制动电流。改进后差流速断保护的动作特性如图4所示。Fig. 4 The operating characteristics of difierential fas

20、t protection差动保护心动后，首先利用CT饱和判据讲别 木次故障是区内故障或区外故障，如果故障类熨为 区内故障，保护采用半周差分或半周傅里叶算法计 算差流，当式（1）满足时差流速断保护动作：如果 故障类型不是区内故障，保护采用全周傅里叶算法 汁算差流并増加比率制动系数，当式（2）满足时 流速断保护动作，保证故障由区外故障发展为区内 故障时保护能可靠动作。差流速断改进算法增加了心什周）和Q全娜的 判别，这两个数据已经在比率差动保护中计算，不 会增加装置的计算工作吊，因此対差流速断保护的 动作时间没有影响,对于正常的区内故障,20 ms 内保护能可靠动作:对于转换性故障,20 ms后保

21、护也能可靠动作。4动模试验验证4. 1模型主接线及参数根据变压器的原型参数，在实时数字仿真装宣 （RTDS）匕3® 变压器保护动模试验模型,并用 两台相同型号的装置进行了试验,一台装置采川改 进前的半周算法，另一台装置采用改进厉的保护判 据，通过试验対改动前后的上变差流速断保护性能 进行比较,变压器模型参数如表4所示.变压器电 气接线图如图5所示。表4变压器模型参数 Table 4 Tiansfbrmei model paTameters名称参数360 MVA变乐器变比220kV110kV?35kV变压遅接线方式YnYnD-1241高中短路阻抗0 101中低知賂阳抗0 607高低短賂

22、阳抗0 185CT1变比1 200A/5ACT2芟比2 400A5ACT3变比4 000A/5AFig. 5 Transformer wiring diagram4. 2试验结果两台装置的差流速断保护定值都按5人格定，同 时进行了区内金属性故障、区外CT饱和试验和线 路永久性故障试验，区内故障时岸流速断保护动作 时间展本相同。模拟中压侧区外K5点A相接地故 障时中压侧CT饱和，电流波形正常时间3.0 ms时, 改进前的差流速断保护动作，改进后的差流速断保 护可靠不动作，录波波形如图6所示。录波图中氐、 “B、“C为高压侧三相电流,Ilk、Z2B、2C为中丿k侧 三相电流，厶厶B3C为低压侧三相

23、电流。Fig 6 Test wavefbnns of outside transformer fault causing CT saturation模拟110 kV侧的线路A相永久性接地故障， 首次故障120 ms跳开线路开关，600 nis重介J：永 久性故障，电合后的屮床侧CT出现不同程度的饱 和，电流波形正常时间3.5 ms时改进前的差流速断 保护动作，改进后的差流速断保护仍可靠不动作， 录波波形如图7所示。通过试验町以得出结论，当变压器发生区外故 障或线路故障重介闸时，如果变爪器侧CT出现饱 和，改进后的上变差流速断保护能显著提雋保护装 置的抗CT饱和能力。图7变压器转换性故障试验录波

24、图Fig. 7 Test waveforms of transfonner s conversion fault5结语通过对现场的几起事故进行分析，220 W及以 卜电斥等级变床器区外故障时CT饱和是造成主变 羞流速断保护谋动的工接原因。分析了 P级电流互感 器容易饱和的原因后.根据不同的故障类型对总流速 断保护动作判据进行了改进。区内故障时仍采用半周 总分或半周傅工叶算汉保证差流速断保护的快速性. 区外故障后采用全周傅里叶算法并增加比率制动系 数保证差流速断保护的可旅性和选择性。通常主变差 动保护CT饱和判据中已经対区内外故障进行了识 别叮直用同步识别法判别区内外故障的給果, 因此这种方案在

25、微机保护中非常容易实现。动模试脸结果衣明，改进厉的方案能明显提高区 外故障时主变差流速断保护的抗CT饱和能力。另外, 羞流速断保护增加区内外故障判别后，保护定值可考 虑按躲过变用器空投时的最人励磁涌流整定，外部故 障时的最人不平衡电流町宙增加的比率制动特性來 解决，降低保护定值后也能提高变压器内部故障时主 变差流速断保护的灵敏性，可实现继电保护装置的可 靠性、选择性、快速性和灵敏性的辨证统一。参考文献1国家电力调度通信中心电力系统继电保护典型啡故 分析M.北京：中国电力出版社,2003.2 郭燿珠，右光，袒敬.线路故障巫介后上变星流速断 保护动作原因分析J河南电力,2008, (1)： 26-

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