（国网福建检修公司 福建厦门 361001）
摘要：变压器空投时合闸涌流对差动保护的影响已是一个老生常谈的问题，文章分析了几起事故，在事故中从深层次的设计问题探讨事故原因。最后，文章指出了现阶段的主要解决措施，并指出对三角形侧在合闸时的涌流也加以考虑的保护设计才是从根源上解决问题的关键之道。
关键词：励磁涌流、二次谐波、分相制动
0 引言
某地区07-12年电网中，仅220kV电压等级主变压器在启动或检修后恢复运行时空载合闸，涌流引起微机差动保护动作跳闸就达7套次之多。尽管并未造成实际的供电损失，但延误了设备投运时间，给现场运行与检修人员增加了工作量。
每次跳闸后，现场继电保护人员均对相应的保护跳闸报告和故障录波进行分析，从动作保护类型分析看，采用二次谐波制动原理的比率差动保护动作6次，采用波形对称制动原理的比率差动保护动作1次。
1 事故经过
某日，某供电公司220kV#2主变启动投运，该主变压器为180MVA容量的自耦变压器，当主变压器进行第二次冲击时，主变第一套差动保护（二次谐波制动原理）出口跳闸。结合保护跳闸事件报告和故录波形，判断为主变压器合闸涌流造成，耽误20min后，继续正常启动进程。
某日，一变压器进行预试检修。工作完成后，进行复役操作，合主变压器220kV侧断路器时，第一套差动保护（二次谐波制动原理）再次出口跳闸。保护人员分析后，判断仍为主变压器合闸涌流造成，1.5h后，恢复操作。
2事故分析
以上几起事故中所跳闸变压器均为ABB公司生产的180MVA自耦变压器，型号OSFPSZ9-180MVA/220kV；额定容量180/180/90/40MVA；额定电压220×（+10，-6）×1.25%/118/37.5kV；接线组别YNa0，yn0，d11；额定档位下短路电压H-M9.33%，H-L31.45%，M-L19.96%；P0=50.999kW，I0=0.06%；三侧差动保护用CT，220kV型号IOSK-245，变比1200/5，110kV型号IOSK-123，变比1200/5，35kV型号LAB6-40.5WG，变比2000/5）。
差动保护动作后，保护装置内部的合闸涌流波形如下数图表示，图中纵轴差流值以主变压器额定电流倍数表示。
从波形可以看出，A、B两相差流为明显的励磁涌流波形，而C相差流在刚开始的第一个周期内为明显的对称波形（与故障波形很类似），在后面连续的数个周期中，波形中间逐渐出现歪头，表面二次谐波含有一定含量。C相差流的幅值最大，有效值可达1倍IN（IN为变压器二次额定电流）。该主变压器差动保护定值为0.8IN，二次谐波制动系数为0.15。
C相差流二次谐波含量如下图所示
C相差流的二次谐波含量在10%以上，且逐渐变大，到最后才达到14%以上，注意在最初0-20ms第一个周期和80-100ms最后一个周期内，由于全波傅氏算法计算的数据窗在移动，二次谐波含量是不准确的。
根据上述二次谐波含量分析图，可以看出由于C相差流的励磁涌流判据中二次谐波含量小于二次谐波闭锁整定值（15%），而稳态比率差动的动作门槛大于制动门槛，因此稳态比率差动保护动作。又由于C相涌流的初始波形对称性极好，第二套波形对称制动原理比率差动保护也出口跳闸。最后，造成了两套不同涌流制动原理的差动保护同时跳闸的罕见现象。
为防变压器空投涌流造成差动保护动作，目前国内外变压器差动保护的励磁涌流判据普遍采用二次谐波原理。对于二次谐波的制动值整定一般规程和厂家均推荐15%-20%，但这只是一个建立在大量统计数据基础上的经验值，并非绝对的理论推算。而对于波形对称制动原理的差动保护，其对称度判断都是制造厂家在装置计算程序内设定，无须现场整定[1]。但对于不同的变压器，其谐波含量和直流分量的大小均可能不一样，例如该跳闸的变压器C相涌流就很具有特殊性（整个空投过程中二次谐波含量低于15%且呈现逐渐变大的趋势，波形对称度又极好），这可能与该主变压器为自耦变压器以及其制造材料、结构形状等参数有关。
在微机主变保护推广应用前，一些电网的220kV主变压器大多采用BCH系列电磁式主变差动保护。由于电磁型继电器在涌流判别原理方面的不足，因此常常依靠增大保护定值的方法来避免合闸涌流造成的跳闸（一般差动保护动作值整定为1.5IN），同时由于电磁型继电器动作时间相对较慢，往往在达到整定值后60-100ms才出口跳闸。只是由于老款保护以上缺点，反而造成主变空投涌流引起的差动保护跳闸次数，无论是绝对数量还是相对比例上都远少于采用微机保护的今天， 当然这是在牺牲对变压器内部故障灵敏性和快速性基础上实现的。
采用微机比率差动保护后，由于微机保护的智能化特点，在涌流判断方面远比电磁型保护优越，为能灵敏反应主变压器内部匝间故障，微机差动保护的动作门槛整定值一般均低于主变压器额定电流[整定为（0.4-0.8）IN]，并且微机保护动作速度明显高于电磁型，一般可到20-40ms。这样，只要主变压器励磁涌流的前几个周期的数值达到差动动作门槛值，且二次谐波含量较低（如低于15%）或直流分量较小（波形对称度好），就会造成比例差动保护出口跳闸[2]。
各类国产微机主变差动保护制造厂家在励磁涌流制动逻辑方面往往提供两个选择：一是分相制动逻辑，即当判断出某相出现涌流时，只闭锁该相的差动保护，即通常所谓的一取一闭锁逻辑；二是交叉制动逻辑，即当判断出三相中的任一相或两相出现涌流时，闭锁所有相的差动保护，即通常所谓的三取一或三取二闭锁逻辑。若采用交叉制动逻辑，在上述数起事故中，由于A、B相均出现大于15%的二次谐波和明显的波形不对称，也将闭锁C相的比率差动保护。如果此时C相确实发生故障，也将被闭锁，只能靠主变压器本体非电量保护和高压侧后备保护来切除故障。目前，电网中运行的国产微机型主变差动保护励磁涌流制动逻辑采用分相制动原理，其主要是出于在空投主变压器又发生内部故障时，差动保护能快速动作的考虑。
3防范措施
目前大多数微机保护对主变压器涌流的判断原理均未能兼顾各方面因素，因而不能避免合闸涌流对差动保护影响。主要解决方案两个
（1）临时措施是对谐波闭锁采用浮动门槛，合闸初期谐波闭锁值降低，闭锁能力强，之后谐波闭锁定值不断提升。这样做虽然可以减少误动，但并没有从根本上解决问题。
（2）加强对涌流本质的认识，将三角形侧在合闸时的涌流也加以考虑，有厂家在解决这方面有很大进步，并申请专利，多套装置已投入运行。
参考文献：
[1]罗志平，梁勇超等．对主变保护在现场应用时的若干问题的探讨[J]．继电器，2006，05(10):21-24．
[2]张弦，单强等．220kV变电站主变保护双重化保护设计探讨[J]．新疆电力，2006，02(05):53-56．
作者简介：
谢育鹏，1985.08，福建厦门，大学本科，华北电力大学（北京），国网福建检修公司，工程师，从事变电检修，邮编361001。
郑南章，1977.12，福建厦门，大学本科，厦门电业局，高级工程师， 从事继电保护、大二次专业技术管理，邮编361001。
论文作者:谢育鹏,郑南章
论文发表刊物:《电力设备》2016年第22期
论文发表时间:2017/1/17
标签：谐波论文; 变压器论文; 差动论文; 波形论文; 微机论文; 动作论文; 原理论文; 《电力设备》2016年第22期论文;