电力检修|变压器差动保护中电流互感器TA及其联接组的问题探讨

安防之家讯：电力变压器是发电厂和变电站的主要电气设备之一，对电力系统的安全稳定运行至关重要，尤其是大型高压、超高压电力变压器造价昂贵、运行责任重大。一旦发生故障遭到损坏，其检修难度大、时间长，要造成很大的经济损失；另外，发生故障后忽然切除变压器也会对电力系统造成或大或小的扰动。因此，对继电保护的要求很高。要害词：变压器差动保护电流互感器TA联接组0引言电力变压器是发电厂和变电站的主要电气设备之一，对电力系统的安全稳定运行至关重要，尤其是大型高压、超高压电力变压器造价昂贵、运行责任重大。一旦发生故障遭到损坏，其检修难度大、时间长，要造成很大的经济损失；另外，发生故障后忽然切除变压器也会对电力系统造成或大或小的扰动。因此，对继电保护的要求很高。作为电力变压器的主保护之一的变压器差动保护历来得到广大保护同行们的重视，对其主要保护原理的研究已经相当有成果。但是对于其电流互感器(TA)及其联接组的若干方法；3)变压器Y-△接线下造成的电流相位角差；4)变压器Y接线绕组侧的中性点接地情况；5)变压器△侧有无接地故障零序电流电源。常规的变压器差动保护装置，普遍采用合理的选择电流互感器TA的应用接线方式修正相位差，并通过装置内部的器件进行变比匹配或者通过专用的外部辅助电流互感器进行变比匹配，从而解决这些问题，这里不再赘述。目前，微机型变压器差动保护装置普遍利用本身方便的计算条件，通过保护软件单纯地以数学方法来实现匹配各种变压器和其电流互感器TA的变比，以及被保护变压器接线组别形成的相位差。不需要装置内部的器件进行变比匹配或专用的外部辅助电流互感器进行变比匹配。一般情况下，微机型变压器差动保护装置可以采用如下的数学表达式模拟变压器各侧电流的匹配情况，不再要求电流互感器TA的接线方式。其通常的编程系数矩阵数学表达式如下：式中：[IOUT]为匹配后的该侧电流Ia、Ib、Ic的矩阵；Kn为该侧变比平衡系数；[A]为该侧相位平衡系数的矩阵；[IIN]为该侧输入装置的电流IA、IB、IC的矩阵；假如采用零序电流补偿方式，其通常的编程系数矩阵数学表达式如下：式中：[I0]为该侧零序电流的矩阵；K0为该侧零序变比平衡系数。例如，对于如图1所示的变压器接线情况，假如设定输入微机型变压器差动保护装置的变压器主一次和主二次电流的各侧电流互感器TA均为星形接法，且同名端均在变压器的外侧，那么保护装置电流互感器TA联接组的变比匹配和相位修正方式可以采用如下两种方式：方式一，变比匹配和相位修正按照无零序补偿的常规方式。按照式(1)确定的各侧编程矩阵方程如下：方式二，有零序补偿的方式。它的各侧编程矩阵方程按照式(2)和式(1)确定如下：它们之间的区别主要是：方式一符合常规使用方式，应用经验丰富；方式二对于变压器一次侧的接地故障灵敏度较方式一好；方式二由于对于变压器一次侧电流互感器输入的电流没有相关合成，因此对于变压器产生的励磁涌流的原始特征保留情况可能比方式一好些；方式二的缺点是需要输入保护装置接地侧的零序电流，应用经验不够丰富。通过以上分析和在实际应用中的体会，采用纯数学方法依靠软件实现电流互感器TA联接组的变比匹配和相位修正方式带来的好处是：可靠性高、方式灵活、不受环境影响、经济性好、修改方便等。但是，在应用中一定要注重选择的变比平衡系数的限制范围，避免变比平衡系数本身放大保护的采样值影响保护工作。2电流互感器TA饱和时的对策常规电磁耦合方式的电流互感器TA，由于故障电流大和(或)系统时间常数长以及电流互感器TA本身的剩磁等因素引起的电流互感器TA饱和情况，会对变压器差动保护装置产生极为不利的影响。非凡是电流互感器TA的暂态饱和对引用变压器各侧电流量的变压器差动保护的影响更大，应该采取相应的识别方法区分是否为变压器差动保护区外的故障造成的电流互感器饱和的情况，避免变压器差动保护发生误动作。目前，一方面对于电流互感器TA的选型已经考虑或注重到电流互感器TA的暂态饱和问题，如在高压系统或大容量电力设备高压侧普遍设计采用TPY级电流互感器，以及选用带小气隙的PR级电流互感器等；另一方面要求保护装置本身具有一定的抗电流互感器饱和的能力，非凡是抗电流互感器TA的暂态饱和的能力。对于保护装置采用的判别方法主要是利用电流互感器饱和后的电流特征识别，如电流波形识别法、谐波含量判别法、时差判别法等。下面介绍一种变压器差动保护中选用的抗电流互感器饱和的附加稳定特性区判别方法：首先，对于发生在被保护变压器区内的短路故障，它引起的电流互感器TA饱和是不易用差动电流和制动电流的比值区分的。这是因为差动电流和制动电流的测量值都会受到影响，而且它们的比值立即就会满足保护动作条件。这时的比率差动保护的动作特性还是有效的，故障特征满足比率差动保护的动作条件。其次，对于发生在被保护变压器区外的故障，它产生的较大的穿越性短路电流引起的电流互感器饱和，会产生很大的虚假差动电流，这在各个测量点的电流互感器TA饱和情况不同时更为严重。假如由此产生的量值引发的工作点落在了比率差动保护的动作特性区内，而且不采取任何稳定比率差动保护的措施，比率差动保护将会误动作。但是我们知道：电流互感器TA并不是在故障一开始就发生饱和，而是在故障发生后经过一段时间，其铁芯的磁通达到它的饱和密度后才开始的。这样，电流互感器TA从故障起始到开始饱和时总会有一段时间(不小于1/4T-1/2T，T为工频周期的时间)还能够线性变换电流量，不会立即产生饱和。因此，按照基尔霍夫电流定律计算变压器各侧的电流量得到的差动电流，在开始的短时间内基本平衡，仅会产生较小的不平衡电流，待电流互感器TA饱和后才会产生较大的差动电流，引起变压器差动保护误动。针对上述情况，变压器差动保护可以设一个电流互感器TA饱和时的附加稳定特性区，它能够区分出这种变压器区内、外故障情况，它的工作特性如图2所示。对于发生在被保护变压器区外的故障引起的电流互感器TA饱和，利用故障发生的最初的1/4T-1/2T时间内，可以通过高值的初始制动电流(ITA)检测出来，此制动电流会将工作点短暂的移至附加稳定特性区内。反之，当变压器区内故障时，由于差动电流很大，其与制动电流的比值引发的工作点会立即进入比率差动保护的动作特性区内。因此，保护通过测量的电流量值引发的工作点是否在附加稳定特性区内，在半个周期内由此判别作出决定。一旦检查出外部故障引起电流互感器TA饱和，可以选择差动保护自动闭锁了比率差动保护，并按照整定的时间(TTA)内一直有效闭锁比率差动保护，直到整定的时间到时才解除闭锁。检查出变压器区外故障引起电流互感器TA饱和的判据公式如下式(7)。式中：ITA为检查TA饱和制动电流门坎值；TTA为TA饱和闭锁时间在外部故障引起的电力互感器TA饱和闭锁了比率差动保护期间，假如发生故障变化在变压器保护区内也发生了故障，其引发的工作点稳定地连续两个周期工作在高定值的动作区内，那么电流互感器TA饱和闭锁会被立即解除。由此可靠地检查出被保护变压器发展中的故障而迅速动作。3电流互感器TA二次电路断线或短路时的对策历来，对于微机型变压器差动保护判别其电流互感器二次电路的断线或短路故障比较困难，原因是单纯通过本身的电流量去判定接线比较复杂的电流互感器二次电路的多种多样的断线和短路故障，很难与各种各样的系统异常或故障情况区分，因此很多微机型变压器差动保护都只是配有简单的电流互感器二次电路的断线判别元件。针对这种情况，介绍一种由电流量和电压量共同判别电流互感器TA二次电路断线或短路的判别原理，它非凡适用于主后备一体化方式的微机型变压器保护装置。变压器差动保护的差流异常报警和电流互感器TA二次电路断线或短路判据如下：1)差流异常告警当任何一相差流的有效值大于告警门坎值，而且连续满足该动作条件的时间超过10秒钟时，保护装置发出差流异常告警信号，但是不闭锁比率差动保护。该项功能兼有电流互感器TA二次电路断线或短路、采样通道异常(器件损坏或特性改变等)、外部接线回路不正常等情况的综合告警作用。2)瞬时电流互感器TA断线或短路告警在保护启动后满足以下任一条件时开放比率差动保护：①任一侧任一相的电压元件有突变启动；②任一侧负序电压大于门坎值；③启动后任一侧的任一相电流比启动前增大；④启动后最大相电流大于1.2Ie。假如上述排除系统故障或扰动的判据不满足，而差动电流的工作点满足公式(8)时，那么保护判别为电流互感器TA二次电路断线或短路故障，而不认为发生了变压器内部短路故障。式中：Idset为检查断线或短路差动电流门坎值；k为检查断线或短路的比率系数。在以上判据的实际方法已经在实际装置中得到了很好的应用，RTDS数字仿真试验、动模试验和实际现场应用都取得了满足的效果，很好地解决了这些问题。参考文献[1]王维俭.电气主设备继电保护原理与应用.北京：中国电力出版社，1998.[2]王梅义.电网继电保护应用北京：中国电力出版社1998.[3]西门子变压器保护.7UT512/513产品技术说明书.[4]李宏任.实用继电保护.北京：机械工业出版社2002.安防之家专注于各种家居的安防,监控,防盗,安防监控,安防器材,安防设备的新闻资讯和O2O电商导购服务，敬请登陆安防之家：http://anfang.jc68.com/