变压器差动保护中电流互感器TA及其联接组若干问题探讨
摘要:本文叙述了变压器差动保护中电流互感器TA及其联接组若干技术问题关键性。对这些问题给出了所采取处理方法:利用数学方法处理TA联接组匹配;针对TA饱和附加稳定区判别法;电流电压量综合判别法识别TA二次电路断线或短路问题;加强保护人机接口功效避免TA相序、极性和接地问题。
关键词:电流互感器TA;TA 联接组;TA 饱和;断线或短路
1 引言
电力变压器是发电厂和变电站关键电气设备之一,对电力系统安全稳定运行至关关键,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扰动。所以, 对继电保护要求很高。 作为电力变压器主保护之一变压器差动保护一向得到广大保护同行们重视,对其关键
探讨余地, 如: 1).变压器各侧电流互感器TA联接组变比匹配和相位修正
2).电流互感器TA 饱和时对策
3).电流互感器TA 二次电路断线或短路时对策
4).电流互感器TA 相序、极性和接地问题等
这些问题处理不好也会直接影响变压器差动保护可靠工作,降低保护性能。尤其是现
在大量采取微机型变压器差动保护,因为含有了愈加强大数据处理、计算、 逻辑判定等软
件功效,更应该很好处理和处理这些问题。本文针对这些问题并经过长久在变压器保护方
面研究、设计和应用中体会, 对变压器差动保护中变压器各侧电流互感器TA 及其联接组若
干问题专门作了探讨。
2 电流互感器TA 联接组变比匹配和相位修正
通常来说,在电力变压器中有电流流过时,经过变压器各侧电流互感器TA二次电流不会恰好完全平衡,这是因为变压器变比和接线组别和变压器各侧电流互感器TA变比和接线等情况相关。所以,变压器差动保护系统设计时必需考虑下列各项原因,使得经过合理匹配各侧电流才能进行比较。这些原因关键是:
1).变压器各侧电压等级,包含分接头情况
2).变压器各侧电流互感器情况及其接线方法
3).变压器Ｙ-△接线下造成电流相位角差
4).变压器Ｙ接线绕组侧中性点接地情况
5).变压器△侧有没有接地故障零序电流电源
常规变压器差动保护装置,普遍采取合理选择电流互感器TA应用接线方法修正相位差,并经过装置内部器件进行变比匹配或经过专用外部辅助电流互感器进行变比匹配,从而处理这些问题,这里不再赘述。
数学方法来实现匹配多种变压器和其电流互感器TA变比, 和被保护变压器接线组别形成相现在, 微机型变压器差动保护装置普遍利用本身方便计算条件,经过保护软件单纯地以
通常情况下,微机型变压器差动保护装置能够采取以下数学表示式模拟变压器各侧电
流匹配情况,不再要求电流互感器TA 接线方法。其通常编程系数矩阵数学表示式以下:
[IOUT] = Kn·[A]·[IIN] (2-1)
式中:
[IOUT]―匹配后该侧电流Ia、Ib、 Ic 矩阵
Kn ―该侧变比平衡系数
[A] ―该侧相位平衡系数矩阵
[IIN]―该侧输入装置电流IA、IB、 IC 矩阵
假如采取零序电流赔偿方法,其通常编程系数矩阵数学表示式以下:
[IOUT] = Kn·[A]·[IIN]+K0·[I0] (2-2)
式中: |
|
[I0]―该侧零序电流矩阵
K0 ―该侧零序变比平衡系数
比如,对于图1所表示变压器接线情况,假如设定输入微机型变压器差动保护装置变压器主一次和主二次电流各侧电流互感器TA均为星形接法,且同名端均在变压器外侧,那么保护装置电流互感器TA联接组变比匹配和相位修正方法能够采取以下两种方法:
IA1 IA2
图1Y0/△-11接线变压器
阵方程以下:
方法一,变比匹配和相位修正根据无零序赔偿常规方法。根据式(2-1)确定各侧编程矩
(2-3)
(2-4)
方法二,有零序赔偿方法。它各侧编程矩阵方程根据式(2-2)和式(2-1)确定以下:
(2-5)
(2-6)
它们之间区分关键是:方法一符合常规使用方法,应用经验丰富;方法二对于变压器一次侧接地故障灵敏度较方法一好;方法二因为对于变压器一次侧电流互感器输入电流没有相
需要输入保护装置接地侧零序电流,应用经验不够丰富。
关合成,所以对于变压器产生励磁涌流原始特征保留情况可能比方法一好些;方法二缺点是
本身放大保护采样值影响保护工作。
3 电流互感器TA饱和时对策
目前和以后一段时间内仍然大量采取常规电磁耦合方法电流互感器TA,因为故障电流大和（或）系统时间常数长和电流互感器TA本身剩磁等原因引发电流互感器TA饱和情况,会对变压器差动保护装置产生极为不利影响。尤其是电流互感器TA暂态饱和对引用变压器各侧电流量变压器差动保护影响更大,应该采取对应识别方法区分是否为变压器差动保护区外故障造成电流互感器TA饱和情况,避免变压器差动保护发生误动作。
如 现在, 首先对于电流互感器TA选型已经考虑或注意到电流互感器TA暂态饱和问题, 在高压系统或大容量电力设备高压侧普遍设计采取TPY级电流互感器, 和选择带小气隙PR
级电流互感器等;其次要求保护装置本身含有一定抗电流互感器TA饱和能力,尤其是抗电流互感器TA暂态饱和能力。对于保护装置采取判别方法关键是利用电流互感器TA饱和后电流特征识别,如电流波形识别法、谐波含量判别法、 时差判别法等。下面介绍一个变压器差动保护中选择抗电流互感器TA饱和附加稳定特征区判别方法:
首先,对于发生在被保护变压器区内短路故障,它引发电流互感器TA饱和是不易用差动电流和制动电流比值区分。这是因为差动电流和制动电流测量值全部会受到影响,而且它们比值立即就会满足保护动作条件。这时比率差动保护动作特征还是有效,故障特征满足比率差动保护动作条件。
其次, 对于发生在被保护变压器区外故障,它产生较大穿越性短路电流引发电流互感器TA饱和, 会产生很大虚假差动电流,这在各个测量点电流互感器TA饱和情况不一样时更为严重。假如由此产生量值引发工作点落在了比率差动保护动作特征区内,而且不采取任何稳定比率差动保护方法,比率差动保护将会误动作。不过我们知道: 电流互感器TA并不是在故障一开始就发生饱和,才开始。 这么, 电流互感器TA从故障起始到开始饱和时总会有一段时间（大于1/4T~1/2T而是在故障发生后经过一段时间,其铁芯磁通达成它饱和密度后
左右,
不平衡电流,待电流互感器TA饱和后才会产生较大差动电流,引发变压器差动保护误动。 针对上述情况,变压器差动保护能够设一个电流互感器TA饱和时附加稳定特征区,它能够区分出这种变压器区内、外故障情况,它工作特征图2所表示。
图2 差动保护动作特征
对于发生在被保护变压器区外故障引发电流互感器TA饱和,利用故障发生最初1/4T~1/2T时间内,能够经过高值初始制动电流（ITA）检测出来,此制动电流会将工作点短暂移至附加稳定特征区内。反之,当变压器区内故障时,因为差动电流很大,其和制动电流比值引发工作点会立即进入比率差动保护动作特征区内。所以,保护经过测量电流量值引发工作点是否在附加稳定特征区内,在半个周期内由此判别作出决定。一旦检验出外部故障引发电流互感器TA饱和,能够选择差动保护自动闭锁了比率差动保护,并根据整定时间（TTA）内一直有效闭锁比率差动保护,直到整定时间到时才解除闭锁。检验出变压器区外故障引发电流互感器TA饱和判据公式以下式（3-1）。
Iz ≥ ITA
Id ≤ KB1/2·Iz （3-1）
t ≤ TTA
式中:
ITA — 检验TA 饱和制动电流门坎值 TTA — TA 饱和闭锁时间
么电流互感器TA饱和闭锁会被立即解除。由此可靠地检验出被保护变压器发展中故障而
快速动作。
当然,传感器技术发展一定能够处理电流互感器饱和问题。如现在国外已经有光仪用互感器（OCT、OVT）应用报道,能够处理这一问题。
中国对这项传感器技术也投入了大量资金、人力进行研究和开发。12月初,在北 《光电京召开中国电机工程学会继电保护专业委员会主设备保护学术研讨会上,有教授作了流互感器及其在继电保护（中国外）中应用》专题汇报,在这一领域已经取得了可喜进展,能够估计在不远未来会将这一性结果得到应用。
4 电流互感器TA 二次电路断线或短路时对策
一向,对于微机型变压器差动保护判别其电流互感器TA二次电路断线或短路故障比较困难,原因是单纯经过本身电流量去判定接线比较复杂电流互感器TA二次电路多个多样断线和短路故障,极难和多种多样系统异常或故障情况区分,所以很多微机型变压器差动保护全部只是配有简单电流互感器TA二次电路断线判别元件。针对这种情况,介绍一个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判别原理,它尤其适适用于主后备一体化方法微机型变压器保护装置。
变压器差动保护差流异常报警和电流互感器TA二次电路断线或短路判据以下: (1）差流异常告警
当任何一相差流有效值大于告警门坎值,而且连续满足该动作条件时间超出10秒钟时,保护装置发出差流异常告警信号,不过不闭锁比率差动保护。该项功效兼有电流互感器TA二 采样通道异常（器件损坏或特征改变等）、外部接线回路不正常等情次电路断线或短路、
况综合告警作用。
(2）瞬时电流互感器TA断线或短路告警 瞬时电流互感器TA断线或短路告警判据,在保护开启后满足以下任一条件时开放比率
差动保护:
b).任一侧负序电压大于门坎值
c).开启后任一侧任一相电流比开启前增大
d).开启后最大相电流大于1.2Ie
假如上述排除系统故障或扰动判据不满足,而差动电流工作点满足公式（4-1）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。
Id≥ Idset
Id ≥ k· Iz （4-1）
式中:
Idset—检验断线或短路差动电流门坎值 k — 检验断线或短路比率系数
在以上判据实际应用中, 为了满足不一样用户需要, 该判据元件能够设计为经过配置字选择
仅仅发出告警信号,或选择发出告警信号而且闭锁比率差动保护,或选择不投入此判据元件。在选择了发出告警信号而且闭锁比率差动保护时,在此选择下还能够选择“永久”闭锁比率差动保护或相电流增大超出1.2Ie时自动解除闭锁比率差动保护。
因为以上判据选择了电流量和电压量综合判别,所以对于电流互感器TA二次电路多种断线或短路情况全部能够很好地判别出来。所以,不仅全方面增加了电流互感器TA二次电路故障情况判别类型范围,而且对于电流互感器TA二次电路多种多样断线或短路情况判别得更正确、更可靠、 更全方面。
5 电流互感器TA接线相序、极性和接地问题
变压器差动保护根据相关要求在保护投运前要严格检验输入保护装置电流互感器TA接
线电路相序和极性,确保变压器差动保护正确工作。不过工程实践反应, 因为多种多样原
因,现场确有接错变压器各侧电流互感器三相电路接线,造成相序和极性错误情况发生,造
成变压器差动保护不应有误动。假如保护装置本身能够直观显示输入变压器各侧电流量相
角、幅值, 那么对于变压器差动保护各侧电流互感器TA接线相序和极性检验会有很大帮助,
入电流量测量情况。 所以,在变压器投运后带有轻负荷情况下,由现场保护技术人员经过
观察变压器差动保护装置测量显示变压器各侧电流量情况和差流情况,绘出变压器各侧电
流量相量图,就能够直接分析验证变压器各侧电流互感器TA电路接线是否正确。假如经过
观察分析和得到相量图确定接入变压器差动保护装置变压器各侧相电流电路接线正常,仅
仅有显示差流不正常,那么有可能是保护装置本身数字化平衡变压器各侧电流量整定值整
定有问题,从而也验证了保护装置数字化平衡变压器各侧电流量整定值是否正确。
变压器差动保护二次电流回路接线另外一个值得注意问题是:接地点问题。 相关仪用互感器二次回路必需有可靠接地要求,在中国外对应规程中全部有明确要求。比如, 在1983年部颁《继电保护和安全自动装置技术规程》中,就有以下条文:
第4.0.11 条电流互感器二次回路应有一个接地点,并在配电装置周围经端子排接地。
但对于有几组电流互感器联接在一起保护装置,则应在保护屏上经端子排接地。
原来对这一问题不应该再提了,不过工程实践中反应,确有将接入变压器差动保护装置电流互感器二次回路多点接地情况发生,造成变压器差动保护装置误动或异常。处理这一问题首先靠严格实施相关规程进行施工外,其次一样在变压器投运后带有负荷情况下,由现场保护技术人员经过观察变压器差动保护装置测量显示差流情况分析处理。假如变压器差动保护装置测量显示差流不正常,在排除了TA相序接线错误和装置本身数字化平衡变压器各侧电流量整定值错误情况下,那么能够检验电流互感器TA二次回路是否有多点接地情况存在。
另外,对于变电站内地网也要根据相关规程要求安全可靠组成一个完整等电位面地网,不管主控制室内地网和开关站地网全部要可靠安全互连,二次设备接地点也一定要根据相关规程安全可靠接在地网上。以免开关站内发生接地故障时串入高压造成二次电缆烧毁和损坏二次保护控制设备或部分意想不到事情发生,对保护正确工作造成影响。
6 结束语
本文以上分析,探讨了变压器差动保护中电流互感器TA及其联接组若干问题, 这些问
动。实际应用中, 由此引发变压器差动保护不正常工作情况也时有发生。
本文介绍方法已经在实际装置中得到了很好应用,RTDS 数字仿真试验、动模试验和实际现场应用全部取得了满意效果,很好地处理了这些问题。
参考文件:
[1]王维俭电气主设备继电保护原理和应用北京: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
Discussion of several questions of the current transformer (TA) and connection group of
it’ssecondary circuit in the transformer differential relay
QUANXian-jun
(YantaiDongfang Electronics Information Industtry Co.,Ltd,Yantai2000,China)
Abstract:This paper proposes the important of several questions of the currenttransformer (TA) and connect group of it’s secondary circuit in thetransformer differential relay.The solution about them isintroduced:adopt math method to solve the mismatch of TA connectgroup;the method of add-on stabilization area distinguish TAsaturation; the integration method of current and voltage distinguishthe break and short of TA secondary circuit; The question of phasesequence and polarity and earth are avoided by stronger HMI.
Key words: current transformer(TA);TA connect group;TAsaturation;break and short
注:该文发表于《继电器》第2期