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電力自動化設備變壓器零序差動保護的討論朱聲石國電自動化研究院,江蘇南京213靠近中性點,整個繞組2處發生接地故障,相間差動保護靈敏度不足時方才顯出其靈敏度高的優越性。但是方面在靠近中性點處電壓很低,發生故障的幾率很小,被短路的匝數少,故障危害不大;另方面零序差動保護也不可能沒有死區,其死區有多大還未深入研宄。因此,裝設零序差動保護的必要性不大。如果愿意裝設零序差動保護作為補充,應將安全性放在首位,宜限制其保護范圍。為此,提出用比例判據代替比率制動判據的方案。
變壓器零序差動保護在我國沒有被廣泛采用,因此該問再引起討論。近來從變壓器保護運行不良的反思1文開始,繼而有變壓器繞組短路接地故障的保護E,再有再談200kV及以上大型變壓器裝設零序差動保護的必要性陸續發,對該問的討論已比較深入,可以有個較為全面的認識。為此,本文對各種論點進步閘述,并再次發自己的觀點。
1論點1間差動保護反映的兩側電流相位會出現外部故障的特征,因而靈敏度下降。1出這種故障的情況。
也出這種情況,但忽略了非故障相中電流。實際只要相間互感不可忽略,非故障相中必然有電流。就現在討論的問兩文的差異無關緊要。令文獻導出的公式中10便得到與文獻相同的結果TkkyOIk=Ah 1相位相反,呈現外部故障的特征,相間差動保護的靈敏度下降。因為式1成立,以,4取1為收稿曰期2003原因,得出4與3符號相反的結果是必然的,這與直接提出與符號可能相反毫無差別。
嚴格地講,式0兩邊并不相等。4+灰妒等于勵磁安匣。當出現1后,為了保持磁通不變,取14+4要增加,而4與4的增加使得它們在系統阻抗和變壓器漏抗上的壓降增加,從而導致變壓器主磁通及其感應電勢下降。所以外部若有電源必向變壓器供給短路電流。只要各側電源電勢相位差不大,各側電流的相位就不會有明顯的差別,不會呈現外部短路的特征。如果是輕微故障,變壓器內部感應電勢下降甚微。若依然高于某側外部電源的電勢,則該側就會有電流流出。
因為內外電勢不可能有顯著的差別,此流出電流很小,依靠幅值的差別,比率制動繼電器也定能動作。
由以上分析可外部電源電勢低才可能有電流流出。因而單側電源內部發生輕微故障應當是嚴重的情況。在這種情況下出現的大流出電流,實際是穿越性的負荷電流。故障時短路電流有2個分量故障分量和負荷分量。應用疊加原理分析故障,電流的故障分量是由在故障點施加的與故障前該點電壓幅值相等相位相反的唯假想電勢產生的。
內部故障時此假想電勢在內部,其所產生的電流必然都由各側流出。各側電流的故障分量相位必基本相同,不會呈現外部短路的特征。電流的負荷分量是穿越性的,兩側負荷分量的相位必呈現外部短路的特征。所以變壓器內部故障對于相間差動保護靈敏度嚴重的情況是單側電源內部輕微故障并繼續送出大負荷電流的情況。作者認為可取總故障分量即差動電流1=0.5,同時負荷分量為4的情況,作為對變壓器差動保護考核靈敏度標準。若采用的比率差動繼電器是以=1+22為制動電流1和2都以流入變壓器為正方向,則當=1.25,40.5,時繼電器應能動作。
2論點2零序差動保護在單相接地故障時比相間差動保護靈敏,這是顯而易的事。零序電流屬于故障分量,在區內故障時不會有零序電流流出。穿越性負荷電中也沒有零序分量。這些都是零序差動保護有較高靈敏度的原因,但還不是根本的原因。
相間差動保護測量到的電流是變壓器各側引線上的電流,而零序差動保護測量到的是星形繞組高壓引線和中性點側的零序電流。在繞組單相接地故障時中性點側的電流就是短路匝中的電流。如果雙繞組變壓器短路匝中電流4是高壓引線上電流動電流為而零序差動保護則為即后者測得的差動電流是前者的1倍。
當故障點靠近中性點時,例如1=,21時零序差動保護的靈敏度將是相間差動保護的50倍,這才是零序差動保護靈敏度高的根本原因。
3論點3零序差動保護只能作為相間差動保護的補充。
相間差動保護能反應變壓器各側各種類型的故障,包括相間及接地短路故障和匝間短路故障。而零序差動保護只能反應星形接線側的接地短路故障。順便指出只要保護范圍以各側斷路器的位置定界,不論何種原理包括今后可能研發的創新原理的保護都有避開勵磁涌流的問。在變壓器的等值電路程中飽和時就出現了涌流。涌流在變壓器等值電路內和故障電流相似,相間差動保護以及可能創新的主保護都有誤動的可能,而對策只有依靠波形識別。
近提出的由勵磁阻抗或其自感系數不是常數實現閉鎖的原理,其本質仍是涌流波形的非正弦,所以相間差動保護被涌流困惑并非其原理失誤所致。零序差動保護只能作為相間差動保護的補充,它解決不了后者躲涌流的問。能否避開涌流決不是要不要裝設零序差動保護的問。
相間差動保護反映星形繞組單相接地故障的靈敏度如何才是需要討論的重要問。繞組單相接地故障對于相間差動保護來講和單相匝間故障性質完全相同。此時引線上的電流1中的4決定于短路匝數,歸算到次側的漏抗1.短路匝數將又歸算到次側為隨著1的減少,4也減小,尤增大。妒1越少,1增大越多。實際故障錄波和動態模擬試驗都明在輕微匝間故障識2時,引線上的短路電流約為4=51.,為變壓器的額定電流。雖然收集到的故障記錄還不充分,但有鑒于在輕微阻間故障時4可能小于滿負荷電流,在不同運行方式下的數值變化不會大。上面的估計有著普遍意義。
在輕微匝間故障時變壓器可能有穿越性的負荷電流流過。論點1后指出此時比率差動繼電器的10.5,4!廣1.25現在微機比率差動繼電器的動作特性都是折線。般在1.251.5,時繼電器的啟動電流為常數,即等于5甚至更小。所以相間差動保護對繞組單相接地故障雖然相當靈敏,但約有2的死區。零序差動保護在單相接地故障時比相間差動保護更靈敏,其死區會更小。不過零序差動保護也只有在相間差動保護的死區內發生故障時其靈敏度更高的優點才真正發揮出來。
4論點4變壓器繞組單相接地故障是幾率較多的種故障,但相間差動保護不動作,必須由零序差動保護跳閘的還很少。
變壓器故障以匝間故障為多,已是不爭的事實。單相接地故障較多也是合理的推斷。文獻3認為統計資料中接地故障的記錄較少是以往統計時未區分湘間和裝地故障,把幾率較多的接地故障統計為相間故障所致。差動保護正確動作率不高,但拒動幾乎沒有。1995年全國對主設備保護所作的調查就沒有相間差動保護拒動的記錄。因此上面接地故障被統計為相間故障的推斷,正說明實際發生的單相接地故障都被相間差動保護切除。
零序差動保護雖比相間差動保護靈敏,但也不可能沒有死區。4不可能隨取的減少無限制地增大。
因為短路處不可能沒有過渡電阻,當1很小時,很小的過渡電阻就將大大地限制短路電流。所以在相間差動保護的死區內究竟有多少故障能由零序差動保護跳閘,還有待研究。零序差動保護的作用不應過分夸大。
5論點5作為相間差動保護的補充,零序差動保護的保護范圍可以縮短以提高其安全性。
國外零序差動保護是在中性點經阻抗接地組的漏抗,在繞組單相接地故障時流過中性點的電流近似為4其中趴疋故障點與中朱聲石變壓器零序差動保護的討論性點的電氣距離。而弓線上的電流2,差動保護的靈敏度非常低,于是提出裝設零序差動保護。由于它僅反應接地故障,又稱為保護范圍受到限制的接地保護,在中性點直接接地的變壓器上相間差動保護也相當靈敏,國外雖也應用零序差動保護,但其必要性顯然降低了。
原則上零序差動保護兩側的了人應當是同型號同變比。實際上由于兩側丁人在運行中承受的電壓不等也未必同型號。還應注意高壓端肯定由相電流計算得到零序電流,即4+8+=30,而中性點側可能用個1入接于中性點接地線上取得在外部相間短路時恒有心=,而由于相1人的誤差3,0,此時3,便成為差動不平衡電流。比率制動判據若以301+1為制動電流,則差動電流與制動電流相等是不可能避免誤動作的。為此,國外機械型零序差動保護都采用高內阻差動繼電器以保證選擇性。微機零序差動保護的制動電流應取為1= +4+心+,用比率制動判據才能保證選擇性。
如果將零序差動保護的作用定位于消除相間差動保護的死區=2就可縮短其保護范圍,例如保護范圍不大于繞組的50,以提高零序差動保護障,中性點側的電流比高壓端的301=4+4+大得多,從而在了人極性接反時也不會誤動和拒動。
為達到此目的,自耦變壓器的零序差動保護的動作判據如下中壓端的零序電流,都以流入變壓器為正方向;當取=2時保護范圍至少等于公共繞組的50,外部短路允許的丁人相對誤差為50.
為簡單起,討論雙繞組變壓器,動作判據中沒有在外部相間短路時為不平衡電流上例判據不滿足。在外部接地短路時,若兩側了人都無誤差,則有301心若高壓側1人誤差小,中性點側丁入誤差大,則有3.這兩種情況比例判據都不會滿足。在外部接地短路時若高壓側1人誤差大,中性點側了人誤差小,則有3.1心。只要相對誤差小于50,比例判據也不會滿足。在選擇了人時應注意這點,例如有意識適當增加中性點側了人的次負荷以保證選擇性。提高比例系數火可以提高外部接地故障時7人允許的相對誤差,但將縮小內部接地故障的保護范圍。例如取尺=3,允許丁人的相對誤差為66.6,保護范圍為33.3.
現在討論1人極性接反造成的后果。外部故障電流的幅值,對了人的極性無要求,所以了人極性接反也不會誤動。內部故障比例判據能否成立也與丁人丁極性接反,差動電流將減小。但在相間差動保護丁入極性接反,差動電流減小甚微,般差動電流判據的定值很小,繼電器仍能靈敏地動作。
由此可縮短繞組接地保護的保護范圍可極大地提高保護的安全性。其根本原因有是作為零序差動保護中性點側的電流是短路匝中的電流,故障點越靠近中性點此電流越大;是把零序差動保護的作用定位于消除相間差動保護在繞組接地故障時的死區,這樣才能縮短保護范圍,用比例判據代替傳統的比率制動判據。
自耦變壓器有高中壓兩個引出端,在外部故障時比例判據更不會滿足;在內部故障時保護范圍比雙繞組變壓器小,但至少為公共繞組的50.消除相間差動保護的死區綽綽有余。
6論點6零序差動保護的作用有限,必要性不大。如果裝設應采用保護范圍受到限制的方案。
即使變壓器繞組的絕緣等級是分段的,在障的可能性很小。繞組接地故障和匝間短路故障對于相間差動保護性質是相同的,都存在=0.02間差動保護不動作果瓦斯保護也不動作,只好等待故障發展擴大后相間差動保護才能動作。變壓器故障的危害有方面是破壞系統穩定,是中斷對用戶的供電,是變壓器的損壞。=2的繞組故障不會威脅系統穩定;由于故障輕微,在變壓器被切除前還可繼續向用戶供電;并且直到故障擴大,保護動作時仍屬輕微故障,不會損壞鐵芯。變壓器繞組結構緊湊,壓得很緊,雖是輕微故障也難局部修理,仍然要更換繞組。所以輕微故障稍有擴大并未增加損失。增設零序差動保護,對輕微匝間短路故障無能為力。輕微接地故障僅發生在在2能對概率小得多的輕微接地故障起作用。雖然零序差動保護在很小時比相間差動保護靈敏得多,但故障處不可能沒有過渡電阻,在很小時電壓很低,短路匝的阻抗很小,過渡電阻的影響會很大,零序差動保護也不可能沒有死區。增設了零序差動保護,死區能減小多少還有待深入研宄。作者認為已有相間差動保護可不必增設零序差動保護。如果愿意裝電力自動化設備設零序差動保護,建議用比例判據代替比率制動判據,把安全性放在首位。
1王維儉。變壓器保護運行不良的反思1.電力自動化設朱聲石。變壓器繞組短路接地故障的保護1.電力自動王維儉。再談220及以上大型變壓器裝設零序差動保護的必要性1.電力自動化設備,2003,23責任編輯柏英武朱聲石1928,男,江蘇南京人,教授級工程師,長期從事繼電保護的教學和研宄工作。
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