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摘要：某35kV变电站变压器差动保护误动，根据保护装置录波分析，发现保护装置未在出现励磁涌流时可靠闭锁。经过原因分析，发现二次谐波制动原理的励磁涌流闭锁从保护原理上存在一定缺陷，不能100%满足继电保护的可靠性和灵敏性。通过对保护装置和故障录波的分析，发现误动的原因是励磁涌流中二次谐波分量不足，保护装置未能可靠识别励磁涌流。针对发现问题，分析原因并提出改进措施，使差动保护快速、准确动作。
关键字：励磁涌流；二次谐波；差动保护
1 概述
变压器差动保护作为变压器主保护，对电网和变压器安全运行有着重要作用。然而，由于差动保护原理所限，在保护装置看来，励磁涌流具有和短路电流相同的特点，如果不能准确判别，就会导致保护的误动作。
目前，保护装置识别励磁涌流和短路电流的方法，主要是通过判别电压或电流的波形特征，如二次谐波制动原理、间断角原理和波形相关性分析等。其中二次谐波制动原理因为实现方式简单、成本较低等原因，应用最为广泛。但是，由于传统的二次谐波制动原理存在一定缺陷，导致实际生产中出现保护装置未可靠闭锁励磁涌流的现象发生。
某35kV变电站上级线路发生瞬时故障，跳闸后重合发出，该变电站2#变压器差动保护在上级电源合闸后动作，跳开断路器两侧主开关。从录波分析，合闸瞬间变压器出现励磁涌流，但涌流中的A相的二次谐波分量未达到保护装置定值（15%），差动保护开放。本文分析二次谐波制动原理缺陷，并提出改进方法，避免差动保护误动作。
2 案例故障情况
2016年9月，35kV峪东变电站2#变压器差动保护动作，相应35kV及10kV主开关跳闸。经过设备检查和电气试验，未发现设备故障，同时根据故障录波分析，判断为差动保护未准确识别励磁涌流而误动作。
2.1 故障前设备运行情况
35kV峪东变电站为负荷变电站，主变容量为20MVA，35kV侧为内桥接线，两端母线分列运行，母联开关自投运行；10kV侧为单母分段接线，两端母线分列运行，母联开关自投运行；一次系统图如图1。故障发生时刻该变电站两台主变负载率在9%左右。
3 事故调查及分析
3.1 保护装置调查
峪东站2#主变差动保护装置型号为RCS-9671，保护动作报告显示“37ms比率差动动作C相”，高低压测控装置显示2#变两侧主开关均在跳位。
比率差动动作代表变压器内部可能出现短路故障，但非电量保护却没有动作或报警，检查2#变及其两侧主开关等设备也未发现明显故障点，判断可能为励磁涌流导致变压器保护误动作。
3.2 故障录波检查
由图3可见，励磁涌流B相为0.756Ie、C相为0.811Ie（差动保护启动定值0.4Ie）；差流中二次谐波占比11.66%，小于15%闭锁值，启动比率差动保护，跳开2#主变32、202开关。
图3 保护装置差流及谐波录波分析图
随着变压器铁芯材料及工艺技术的进步，励磁涌流中的二次谐波分量随之降低，导致部分变压器空载启动时的谐波分量达不到保护装置定值，造成保护误动。但若降低保护定值，还存在着保护拒动的风险。因此，应对传动二次谐波制动原理进行改良，或应用间断角、波形判别等其他制动原理，以便实现保护装置的正确、快速动作。
4.传统二次谐波制动缺陷
4.1励磁涌流及其特点
变压器在空载或负荷较低的情况下合闸时，变压器铁心可能严重饱和，励磁电流将剧烈增加，这个电流被称为励磁涌流，其数值可达到额定电流的6倍以上。励磁涌流与短路电流相比，含有大量的高次谐波，且以二次谐波为主，同时励磁涌流还具有波形偏向于时间轴一侧、波形间断出现等特点。变压器差动保护作为变压器主保护，可靠躲过励磁涌流并确保短路时快速动作是必须保证的功能，目前应用较多的主要有二次谐波制动、波形对称制动和间断角制动，其中二次谐波制动由于实现简单，应用的最为广泛。
4.2传统二次谐波制动缺陷
传统二次谐波制动原理仅判别电流中二次谐波与基波的比值，当超过定值后就判断为出现励磁涌流，从而闭锁差动保护。传统二次谐波制动方式在原理上存在不足：一是易受到系统中其它因素产生谐波的影响，从而导致变压器保护拒动；二是由于励磁涌流大小受合闸时相角的影响，实际工作中励磁涌流的二次谐波分量可能较低，导致变压器保护误动。三是由于变压器铁心工艺的提高，二次谐波分量在励磁涌流出现后衰减极快，导致保护误动。
原理上的缺陷，导致保护装置无法可靠动作，保护定值也往往需要根据实际情况反复试验才能找到相对合理的数值。特别是对三相变压器而言，三相分别判别二次谐波，当三相均判断出现励磁涌流时才闭锁保护装置，因此可能因某一相的二次谐波较小使差动保护开放，导致保护装置误动，本文开头所提及的事例就是如此。部分保护装置采取任意一相的二次谐波达到定值即闭锁差动保护的逻辑，但也提高了变压器内部故障时保护拒动的风险。
近年来，使用二次谐波制动原理的差动保护由于未能准确判别励磁涌流而导致保护误动的案例越来越多，对传统二次谐波制动进行改进势在必行。
5.改进型二次谐波制动方法
5.1励磁涌流中基波与二次谐波相位特征
6 结论
改进型二次谐波制动方法在传统方法的基础上增加了相角判据，充分利用了励磁涌流的波形特征，可大大提高励磁涌流判别的灵敏性和差动保护动作的可靠性，具有较大的工程应用价值。
参考文献：
[1] 王瑞敏.《电力系统继电保护原理》农业出版社1992。
[2] 崔家佩、孟庆炎、陈永芳、熊炳耀《电力系统继电保护与安全自动装置整定计算》1993.水利电力出版社。
[3] 朱声石.《高压电网继电保护原理与技术》.中国电力出版社，1995。
[4] 国家电力调度通信中心《电力系统继电保护实用技术问答》第二版。
论文作者:王思远,王建磊
论文发表刊物:《电力设备》2017年第27期
论文发表时间:2018/1/14
标签：谐波论文; 励磁论文; 变压器论文; 差动论文; 保护装置论文; 原理论文; 波形论文; 《电力设备》2017年第27期论文;