变压器合闸引起的差动保护误动分析

变压器合闸引起的差动保护误动分析

0变压器差动保护误动的影响因素磁体涌流是保护压缩器误差的重要因素之一。在这项工作中，二次波形原理或断开角原理的磁体涌流阈值被用来关闭压缩器的误差。近年来,和应涌流引起变压器差动保护或发电机差动保护误动的事故,也引起业内人士的关注。此外,电流互感器(TA)的局部暂态饱和是导致变压器差动保护误动的另一个重要因素。本文结合一起现场运行操作过程中对一台变压器空投充电引起相邻并联运行变压器差动保护误动的实例,深入分析了主变差动保护误动的原因,并给出了几种防范措施。1主变线路调整保护动作某110kV内桥接线变电站的电气主接线如图1所示。1号、2号主变的型号相同,接线方式均为YN,d11;1号主变额定容量为40MVA,额定电压为(110+10(-6)×1.25%/10.5)kV。2号主变额定容量为50MVA,额定电压为(115±8×1.25%/10.5)kV。1号主变差动保护为西门子7UT512微机保护,由于7UT512微机差动保护装置高压侧只能接入一组TA,因此其二次电流回路接线方式为:主变进线TA二次侧和内桥TA二次侧并联,再接入7UT512的高压侧TA绕组,低压侧TA二次侧直接接入7UT512的低压侧绕组。配合1号、2号主变10kV开关柜改造搬迁工作,先后通过110kV进线对1号、2号主变空投试验并经带负荷试验合格。方式调整为:1号主变中性点接地,进线2开关、110kV桥开关热备用,2号主变10kV开关冷备用,进线1运行经1号主变供10kVⅠ段、Ⅱ段母线负荷。当利用110kV桥开关对2号主变空载合闸时(2号主变中性点接地),1号主变差动保护动作,造成110kV桥开关、进线1开关、1号主变10kV开关跳闸。1号主变差动保护动作跳闸后,经确认现场一二次设备、回路检查无异常后,恢复了2号主变送电。紧接着分别将1号、2号主变差动保护改投信号,通过110kV桥开关对1号、2号主变空冲试验和差动保护带负荷试验复查,方式为1号、2号主变三侧(进线、桥、低压侧)或两侧(进线及低压侧、桥及低压侧)运行。1号、2号主变差动保护均未启动,再次确认带负荷试验均合格。根据上述动作情况,初步判断为1号主变运行经110kV桥开关对2号主变空冲试验产生的励磁涌流导致TA饱和引起了1号主变差动保护动作。图2为2号主变空投时,1号主变高、低压侧的电流瞬时值及有效值录波图。21ta局部暂态饱和的基本特征正常情况下,TA线性传变,差动保护的不平衡电流较小。但在2号主变空投过程中,产生励磁涌流,含衰减缓慢的非周期分量的励磁涌流叠加正常工作电流,有可能引起进线1的TA发生局部暂态饱和。TA局部暂态饱和是指由于某种原因使TA铁芯磁通工作在饱和点附近的一个局部磁滞回线内,如图3所示。TA发生局部暂态饱和,使TA二次电流相对于一次电流产生一定的幅值和相位的偏差,但无明显波形畸变。从图2中可以看出,1号主变高压侧电流波形畸变不明显,但含有较大的非周期分量,低压侧A,B,C三相波形大致为正常的负荷电流,符合TA局部暂态饱和的特征。主变高、低压两侧TA的传变不一致,不平衡电流随之增大,二次谐波含量减少,制动作用失效而导致1号主变差动保护误动。3相邻变压器载荷合闸操作频繁在实际的电力运行操作过程中,一线带两变的接线方式非常普遍,变电站始终有变压器在运行中,进行相邻变压器空载合闸的操作也很频繁,差动保护误动情况时有发生。下面结合7UT512主变差动保护原理和1号主变差动保护内部的事件记录文件进行分析。3.17次谐波交叉制动7UT512主变差动保护采用分相闭锁原理,其二次谐波制动是按相工作的。为避免空充时由于某相涌流二次谐波含量较低而引起保护的误动,7UT512主变差动保护提供了二次谐波交叉制动的功能,其通过设定一相检测出涌流后闭锁三相若干个周期来实现。但是,设定交叉制动也有其不利的一面,如变压器空载投入到区内潜伏故障上时,无论涌流或故障发生在哪一相,保护动作时间都会延迟前述设定周期数,为能满足保护速动性的要求,二次谐波交叉闭锁投入时间一般不宜过大。7UT512主变差动保护装置推荐提供的正常的二次谐波闭锁值一般设置为15%~20%,二次谐波交叉闭锁投入时间缺省设定为0周期(即不投入此功能),或投入5个~10个周期。3.21次谐波交叉锁定解除提取1号主变的录波数据,经相位变换后计算各相差流及各相差流中的二次谐波含量。图4(a)为1号主变各相差流波形(-100ms~300ms内),图4(b)为各相差流中二次谐波含量(0~100ms内)。二次谐波交叉闭锁时间0~100ms内C相差流中的二次谐波相对基波的幅值始终大于15%,根据7UT512主变差动保护分相闭锁原理,只要有一相二次谐波相对基波的幅值不小于15%的闭锁值均被可靠闭锁。查看二次谐波交叉闭锁解除时刻100ms后的情况,106ms左右,A相和B相差流中二次谐波含量小于15%,根据7UT512主变差动保护分相闭锁原理,A,B两相的差动保护开放。1号主变采用比率制动特性,高压侧额定电流:{Ie}A=Sn3√U1nnTA=1.745{Ιe}A=Sn3U1nnΤA=1.745最小动作电流为:Iopmin=0.3Ie=0.52A,拐点电流为:Ireso=2.5Ie=4.4A,Iop2=1.62A,比率制动斜率为:k1=0.25,k2=0.5。图5为二次谐波交叉闭锁解除后,A,B相差动电流动作轨迹。110ms左右A,B相差动电流值进入动作区,同时二次谐波含量较小,二次谐波闭锁失效,保护装置发跳闸命令,A,B相差动保护误动。4次谐波判别误动及其防范针对本次误动实例,为了尽可能避免类似情况的发生,拟采取以下防范措施。1)TA采用三侧差动接线方式。本次1号主变差动保护误动,其进线TA和桥开关TA的二次电流是先并接,然后再接入保护。宜取消高压侧进线、桥侧并联TA的接线方式,采用三侧差动接线方式,在这种情况下,制动电流可以有效提高,比率差动的动作电流门槛增大,制动性能增强。根据本次误动案例的电气接线及基本参数,利用EMTDC/PSCAD进行故障仿真复现,其中1号主变高压侧采取TA并接。图6为A,C相的差流及二次谐波含量。从图6可以看出,0.22s差流增大,A,C相二次谐波含量均大于15%,交叉闭锁投入,保护不会误动。经过0.1s后交叉闭锁解除,在0.33s左右A相差流二次谐波含量低于15%,二次谐波闭锁失效,差动保护动作,与误动实例的情况基本吻合。采用进线和桥侧TA二次电流并联接入保护装置高压侧的方式,差流为1A~2A,制动电流为1A~2.5A,进入动作区,差动保护动作,A相差动电流动作轨迹如图7(a)所示。若采用三侧差动接线方式,即将进线、桥侧及低压侧TA二次电流分别接入保护装置,差流依然为1A~2A,但此时的制动电流为4A~6.5A,处于制动区,差动保护不会误动,如图7(b)所示。2)增加差分滤波环节。TA局部暂态饱和情况下,可能导致二次谐波闭锁判据失效。为此,可采用差分滤波算法抑制差流中由于TA饱和而产生的衰减非周期分量,从而更有效地提取出差流中的二次谐波,提高二次闭锁判据的制动性能。图8为经差分滤波后A,B相差流中二次谐波的含量。从图8可看出,经差分滤波后,A,B相差流中的二次谐波含量在0~150ms内都大于15%,当交叉闭锁解除,二次谐波制动按相工作后(100ms后),A,B相二次谐波判据还是可靠制动,不会引起差动保护误动。可见增加差分滤波环节,可以在一定程度上有效地防止差动保护误动。3)对于完整内桥接线,增加桥开关合环解列装置,在对新变压器空载合闸和倒闸方式过程中,投入桥开关合环解列装置,利用解合环方式操作,尽可能避开变压器空载合闸造成运行变压器和应涌流的产生。4)对一线带两变运行的变电所,为防止变压器空载合闸造成运行变压器差动保护的误动,在确认运行变压器瓦斯保护、二次回路完好情况下,临时退出差动保护,待主变空投结束后重新投入运行变压器的差动保护。但此时变压器内部发生匝间故障仅靠瓦斯保护和后备保护切除故障对变压器不利。5交流桥侧ta和高压进线ta,发生局部暂态饱通过一起主变