福建福清核电有限公司 福建福清 350318
摘要：变压器是核电机组的重要组成部分，变压器正常运行，才能保证核电机组稳定运行。本文结合实际案例，分析了主变压器分侧差动保护误动的原因，并提出处理方法和改进措施，以供参考。
关键词：核电机组；主变压器；差动保护；误动原因；处理方法
在核电机组的主变压器上，分侧差动保护常用在自耦变压器、分相变压器上，一旦出现相间短路、高压侧接地短路等故障，就能及时动作保护[1]。实践证实，分侧差动保护的应用，不仅结构简单，而且可靠性高，能促使核电机组安全稳定运行。以下结合个人实践，探讨了分侧差动保护误动的原因和处理对策。
1．变压器分侧差动保护的构成和特点
1.1 构成
在变压器上，相比于普通的差动保护，分侧差动保护改变了保护装置的构成，能解决差动保护存在的问题。简单来看，分侧差动保护就是将变压器各侧绕组、引线，均看作是独立单元，类似于发电机的定子绕组和引线；然后对各侧绕组、引线，进行纵联差动保护。如此操作，不仅接线更加简单，而且保护装置的可靠性高。
1.2 特点
分侧差动保护的特点如下：第一，变压器各侧的励磁涌流，都要经过这一侧差动保护的TA，不会直接流到差回路。如此，系统就不会受到励磁涌流的影响，能保证电流的平衡性[2]。第二，变压器过励磁时，过励磁电流只在变压器的一侧，该侧差动回路是平衡的。因此，变压器运行期间，不会因励磁引起差动保护误动。第三，各侧差动保护，均能在该侧实现电流平衡。变压器在调压时，会引起各侧电流发生变化，在分侧差动保护下，能避免不平衡的电流进入差回路，因此变压器的运行不会受到调压的影响。
2．工程概况
以国内某核电厂为例，其中某个机组采用单元接线模式，见下图1。主变压器的高压侧，和500KV开关站的不完整串相连接，保护采用WFB800系列。主变压器的电气量保护，包括差动、接地、零序过流、分相差动、低阻抗、过励磁等；非电气量保护，包括油温高、油位异常、压力突变、瓦斯保护等。该核电机组启动后，利用5011、5012开关冲击主变压器，其中5011开关冲击3次，5012开关冲击2次。结果显示，后2次冲击时，由于励磁涌流过大，后备短引线保护动作失败。对此，调大保护延时，再次进行冲击，结果分侧差动保护B相误动出口跳闸。当分侧差动保护出口跳闸停用，5012开关完成冲击，且第2次冲击时发出保护动作信号。
图1：主变压器的一次接线和分侧差动保护示意图
3．分侧差动保护误动缺陷的原因分析
3.1 故障录波分析
主变压器在送电时，冲击录波数据基本一致。送电冲击80ms后，分侧差动保护的B相差流值约0.1A，满足动作条件，因此发出保护动作信号；A相、C相的差流值较小。送电冲击30ms后，中性点B相电流保护，继而分侧差动动作。
3.2 区内外故障判断
差动保护满足动作条件后，应该及时判断，一般采用后推采样周期法，来确定故障的起点、终点[3]。如果3个连续采样点均满足该条件，说明故障开始。从故障起点开始，3个采样点中，2个或3个采样点满足判断标准，就说明差流、制动电流均出现，即区内出现故障；否则就是区外出现故障。
3.3 TA饱和判别
TA饱和后，在电流过零点时，TA依旧能正确传变电流，因此在一个周期内，差动电流是间断出现的，可依此判断TA饱和。具体操作上，依据差动电流的自身信息，虚拟一个制动电流Idmax，要求是最大采样点值。如果19个采样点值满足|Id| 0.2|Idmax|，就可开放差动保护；否则闭锁差动保护。
3.4 误动分析
主变的中性点采用P级电流互感器，没有严格的暂态特性要求，且二次回路阻抗、短路电流偏移、一次系统时间常数等，均会影响传变特性。该分侧差动保护，经区内外故障判断、TA饱和判别，结果显示是TA饱和判别失效引起的保护误动。总结来看，本次误动故障的发生原因，是高压侧B相的TA，和中性点B相的TA，两者暂态传变特性不一致。
4．分侧差动保护误动缺陷的处理方法
4.1 处理电流互感器
检测分侧差动保护的TA参数，结果显示中性点侧和高压侧的TA、容量、变比均不相同。进一步分析动作波形，可见中性点侧的TA受到剩磁影响，导致二次电流的波形发生畸变。对于这一问题，结合主变的实际运行情况，决定更换中性点侧的TA，更换后的型号为5P25，容量值为30V?A，线圈绕组变比为2000:1。
4.2 修改保护程序
对分侧差动保护程序进行检查，结果显示问题是出现故障后，不能准确判断出故障的起始点，无法通过延时开放差动保护。进一步分析误动，决定对保护程序进行修改：在无法判断故障起点的前提下，依然采用虚拟制动+二次谐波制动方案，类似于发电机的差动保护程序。程序修改后，进行模拟实验，分析分侧差动保护误动的波形，结果显示可以防止误动。
5．分侧差动保护的改进措施和成果
5.1改进措施
整定分侧差动保护的最小动作电流时，应该低于回路中的最大不平衡电流。考虑到回路中的不平衡电流小，因此，最小保护动作电流可以设置为较小值，遇到故障时提高灵敏度。但是，实际运行中，分侧差动保护的误动情况比较常见。对于这种情况，应该适当调高保护定值，从而降低误动发生率。依据《继电保护和安全自动装置技术规程》、《大型发电机变压器继电保护整定计算导则》[4-5]，按照灵敏系数≥2计算整定值。结果显示，分侧差动最小动作电流的整定值为0.6，此时灵敏度系数为4.4，满足规范要求。修改前后的整定参数值见表1。
表1：主变分侧差动整定参数的改进
5.2 改进成果
该主变分侧差动保护误动后，A机组正在调试中，为了验证改进成果，对原来的主变中性点TA进行更换，修改分侧差动保护程序。然后对主变机组进行启动，取消了保护出口的矩阵、只投信号，结果显示5次冲击过后，分侧差动保护均没有误动，可见本次整改是成功的。B机组在随后的大修中，也是更换主变中性点TA，并且修改分侧差动保护程序，调整保护整定值。结果显示机组正式投运后，运行至今情况正常。
结语：
综上所述，主变压器是核电机组的重要组成部分，主变是否能正常运行，直接关系到机组的运行效率和质量。文中结合实际案例，介绍了主变分侧差动保护误动的原因和处理方法，得到结论如下：(1)选择电流互感器时，优先选用PR型或TPY型；(2)核电机组建成后，运行前应检查主变中性点侧、高压侧的TA、励磁特点，确保两者一致；(3)检查分侧差动保护程序，核实TA饱和的判断条件；(4)整定分侧差动保护定值，既要满足灵敏度要求，又要适当提高定值，从而避免保护误动。
参考文献：
[1] 张瑞华,李庚泽,张跃哲.变压器差动保护的合理配置[J].电世界,2018,59(10):6-9.
[2] 侯可,柳鑫,张文博,等.500kV主变压器高压侧断路器失灵启动主变保护跳闸回路设计分析[J].中国设备工程,2017,(15):91-92.
[3] 陈吉庆.核电机组主变压器分侧差动保护误动缺陷原因分析及对策[J].核动力工程,2017,38(z2):93-96.
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[5] 孟建英,荀华,郭红兵.变压器差动保护动作原因分析[J].内蒙古电力技术,2017,35(1):95-100.
论文作者:杜伟
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年10期
论文发表时间:2019/8/26
标签：差动论文; 变压器论文; 电流论文; 机组论文; 核电论文; 动作论文; 故障论文; 《建筑学研究前沿》2019年10期论文;