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1變壓器差動保護(hù)簡介變壓器差動保護(hù)的動作特性如所示,它是一個帶比例制動的差動保護(hù)。
在此特性圖上:折線上方為動作區(qū),下方為制動區(qū)。
由圖可知,隨著流過的制動電流增大,其要求的動作電流也進(jìn)一步變大,下面來詳細(xì)分析這個問題。
差動保護(hù)動作方程如下:其中:在此保護(hù)特性中,根據(jù)短路電流的不同,動作電流共分為三段。其中一段和二段為比例差動制動。
方程式(1)、(2)中,Ico為差動動作電流,Ires為差動制動電流,TA的極性取母線側(cè)為正極性。Kbl為比例制動系數(shù),在工程實際中,許多公司如國電南瑞(NARI)、國電南自(NAEF)、許繼四方和ABB等多家廠家建議,根據(jù)具體變壓器的不同,可以取在0.2到0.75之間。
IcdSD為差動速斷保護(hù)為差動保護(hù)第三段,它無制動約束,可以快速切除嚴(yán)重的內(nèi)部故障,和帶制動差動互為補(bǔ)充,防止由于電流互感器飽和而引起的差動保護(hù)延時動作,其整定值應(yīng)按躲過變壓器的勵磁涌流來整定:IcdSD=K*Ie,其中K為倍數(shù),40~120MVA的變壓器K值可取3.0~6.0,可以視變壓器容量和系統(tǒng)阻抗的大小而定。
2變壓器差動保護(hù)動作行為分析2.1變壓器區(qū)內(nèi)故障2.1.1單側(cè)電源供電時發(fā)生變壓器區(qū)內(nèi)故障由于單側(cè)供電,因此低壓側(cè)電流為0.變壓器發(fā)生內(nèi)部短路時Im要遠(yuǎn)大于Ie,其ICO/Ires的值約為2由此可以滿足判據(jù)(1),差動保護(hù)能夠可靠動作。
2.1.2雙側(cè)電源供電時發(fā)生變壓器區(qū)內(nèi)故障由于雙側(cè)供電,因此高低壓側(cè)同為從母線側(cè)向變壓器流入故障電流,Im和In是同相位。
發(fā)生內(nèi)部短路時Im要遠(yuǎn)大于Ie,因此ICD的值很大,而此時制動電流為0,即使考慮到TA飽和的影響其制動電流也很小,由此也可以滿足判據(jù)(1),差動保護(hù)能夠可靠動作。
2.2變壓器發(fā)生區(qū)外故障變壓器區(qū)外故障系統(tǒng)示意圖如,當(dāng)變壓器低壓側(cè)發(fā)生區(qū)外短路故障(K1)時,變壓器流過穿越電流,此時Im和In兩側(cè)電流互為反相位,在此情況下變壓器差動保護(hù)不應(yīng)該誤動,而應(yīng)該由相應(yīng)的線路保護(hù)動作去切除故障。
考慮到在巨大的短路電流作用下,電流TA將會發(fā)生飽和,變壓器的差動回路要承受很大的不平衡電流,這對差動保護(hù)的安全性是個考驗。一般TA的選型上已經(jīng)保證TA的大誤差不超過10 ,由此考慮到嚴(yán)重的情況:在外部大故障電流Idmax的情況下,低壓側(cè)的CT由于容量較小而In發(fā)生飽和,另一側(cè)高壓側(cè)TA而Im不飽和的情況下:此時的In也就是Idmax已經(jīng)很大,差動回路的差流亦會很大,因此在工程中必須選取適當(dāng)?shù)牟顒又苿颖壤禂?shù)Kb/,使其ICD/Ires的值小于動作值,讓差動保護(hù)能夠可靠閉鎖保護(hù)不動作,保證保護(hù)的安全性。
2.3變壓器區(qū)外故障的同時發(fā)生變壓器內(nèi)部故障2.3.1流出電流對差動保護(hù)靈敏度的影響如所示,當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生變壓器區(qū)外線路(K1)故障時,或者在低壓側(cè)帶很重的負(fù)荷這兩種情況下,同時變壓器內(nèi)部發(fā)生匝間短路故障(K2),這時由于變壓器流過大量的穿越電流,將會有制動電流Ires出現(xiàn),在此情況下變壓器差動保護(hù)不應(yīng)該被閉鎖制動,而應(yīng)該能夠解除閉鎖,可靠出口動作,下面就對這種流出電流對差動保護(hù)靈敏度影響的情況進(jìn)行重點分析。將動作方程(1)進(jìn)行處理,從而得出在區(qū)外線路故障的同時發(fā)生變壓器內(nèi)部故障,在保護(hù)正確動作的情況下,來研究與允許流出的大電流之間的關(guān)系D Q為低壓側(cè)流出電流In與高壓側(cè)電流Im的比值:其中K=im/le;也就是高壓側(cè)故障電流對額定電流的比值倍數(shù)。在本研究課題中選擇一個如上圖所示電力系統(tǒng),選取變壓器容量40 ~120MVA的變壓器進(jìn)行數(shù)字仿真分析,模擬系統(tǒng)發(fā)生區(qū)外故障,而在同時變壓器內(nèi)部也發(fā)生了內(nèi)部短路故障,分析此時的差動保護(hù)的動作行為。工程實際,在仿真中取Is1二0.5Ie,Is2=6Ie.并且分別選取多組差動起動電流icdqd二0.2Ie,0.體仿真結(jié)果如下。(其中Q由可知,在變壓器區(qū)外故障的同時也發(fā)生區(qū)內(nèi)故障的情況下,隨著差動制動比例系數(shù)Kb/的增大,其流出電流Q值也越來越小;同時發(fā)現(xiàn),隨著差動起動電流icdqd的增大,其流出電流Q值也會變小;即在保證差動保護(hù)正確動作的前提下,其允許的低壓側(cè)流出電流也會變小,如果低壓側(cè)流出電流超過此Q值就會導(dǎo)致保護(hù)閉鎖不動作。
為了爭取變壓器在匝間短路時差動保護(hù)有足夠大的靈敏度,應(yīng)該適當(dāng)?shù)倪x取差動保護(hù)的差動制動比例系數(shù)Kb/和差動起動電流Icdqd系數(shù),使之在區(qū)外故障時可靠制動,內(nèi)部短路可靠動作并允許更大的流出電流Q在保證不誤動的前提下提高它的靈敏度。
3變壓器差動保護(hù)的建議從以上數(shù)據(jù)圖表分析可知,在保證變壓器內(nèi)部故障時可靠動作的前提下,如果要允許低壓側(cè)穿越電流增大,以及區(qū)外故障的同時發(fā)生變壓器內(nèi)部故障的情況時也能靈敏動作,必須減小Kb/和I./,這樣一來又增大了區(qū)外故障時有可能躲不過差動不平衡電流而誤動的可能性。對變壓器保護(hù)而言,要兼顧安全性和靈敏性的前提下來選擇一個合適的Kb/的值。
在廣泛研究了國電南瑞公司、國電南自、許繼四方和ABB的保護(hù)后,發(fā)現(xiàn)Kb/設(shè)在0.5是個比較好的選擇,Ic/qd可選取在(0.2/e~0.5/e),建議在實際工程中,根據(jù)大負(fù)荷時的實際差動回路中的不平衡電流而定。
3.1保護(hù)安全性校驗當(dāng)變壓器低壓側(cè)發(fā)生區(qū)外短路故障時,如高壓側(cè)電流Im為8,考慮到在巨大的短路電流作用下,電流CT將會發(fā)生飽和的影響,此時保護(hù)的差動回路要承受很大的不平衡電流,由(7)、(8)式得:11,當(dāng)取Kbl為0.5時能夠保證保護(hù)區(qū)外故障不誤動,保護(hù)的安全性能夠得到保證。
3.2保護(hù)動作靈敏性校驗本課題選取的系統(tǒng)(系統(tǒng)參數(shù)同上)來進(jìn)行數(shù)字模擬仿真研究,結(jié)果如下:表1區(qū)外故障數(shù)字仿真分析比例制動高壓側(cè)故障電流值差動可靠動作,允許低壓流出的大電流Q=/*/系數(shù)表1為差動保護(hù)取比例系數(shù)Kbi為0.5時的數(shù)字仿真結(jié)果,結(jié)論如下:當(dāng)變壓器低壓側(cè)正常帶負(fù)荷運(yùn)行時,高壓側(cè)電流/m為/<,低壓側(cè)電流/n達(dá)到0. 4/,時,又發(fā)生變壓器輕微區(qū)內(nèi)匝間短路的情況下,保護(hù)可以正確動作出口跳閘;當(dāng)變壓器低壓側(cè)發(fā)生一般區(qū)外短路故障,高壓側(cè)電流/m為2.5/<,低壓側(cè)電流/n達(dá)到1.3/,時,又發(fā)生變壓器輕微區(qū)內(nèi)匝間短路的情況下,保護(hù)依然可以正確動作出口跳閘;當(dāng)變壓器低壓側(cè)發(fā)生嚴(yán)重區(qū)外短路故障,高壓側(cè)電流/m為8/<,低壓側(cè)電流/n達(dá)到4. 5/e時,又發(fā)生變壓器區(qū)內(nèi)匝間短路的情況下,保護(hù)依然可以正確動作出口跳閘。因此保護(hù)的靈敏性是可以得到保證的。
4結(jié)束語變壓器是電力系統(tǒng)中重要的主設(shè)備,變壓器保護(hù)必須在區(qū)內(nèi)故障時能夠可靠動作切除故障,在區(qū)外故障時能夠可靠不誤動,因此在變壓器差動保護(hù)的參數(shù)設(shè)置時要考慮到多重因素,設(shè)置參數(shù)是個相互協(xié)調(diào)和制約的過程。在工程中可以通過減小差動起動電流/,dqd和差動比例系數(shù)Kbi的方法來提高保護(hù)在區(qū)內(nèi)外復(fù)合故障的靈敏度;但同時必須要兼顧到保護(hù)區(qū)外故障不誤動的安全性,這二者必須綜合考慮。