220KV电炉变压器差动保护动作原因的分析及解决方案

　　【摘要】通过对电流互感器及其特性的分析，以及暂态过程中非周期分量对电流互感器的影响，找出220KV主变差动保护动作跳闸的原因，并提出解决方案。【关键词】电流互感器及其特性暂态非周期分量差动保护1.前言八钢220KV电炉变电站安装一台220KV/33KV，70000KVA主变一台，为70t电炉厂一台钢包精炼炉变压器（33KV，13000KVA），另一台冶炼电炉变压器（33KV，60000KVA）供电。自1999年11月70t电炉厂投产，多次发生冶炼电炉变合闸时220KV主变差动保护动作跳闸，给220KV主变安全运行及电炉厂的生产带来很大的影响，为彻底解决这个问题，对220KV主变差动保护频繁动作进行分析。2..220KV主变差动保护动作原因探讨变压器差动保护是按照比较变压器两侧电流向量的原理构成的继电保护装置。其原理接线如图1。流过差动保护装置的不平衡电流为IBP=I21-I22。不平衡电流（既流过差动保护装置的电流）IBP=（IL1-IL2）/nL，其实质是220KV主变两侧电流互感器励磁电流的差值。因此凡导致励磁电流增加的各种因素或两个电流互感器励磁特性的差别，是使不平衡电流增大的主要原因。如果220KV主变两侧电流互感器励磁特性基本相同，电流互感器及差动保护装置二次接线正确，则IBP=0。通过现场检查确定，二次接线正确，但两侧电流互感器的型号及生产厂不同。当冶炼电炉正常冶炼时，测量差动保护装置回路不平衡电流为零；而当冶炼电炉合闸时，通过微机差动保护报告可以发现，差动保护装置回路不平衡电流有时很大，达到保护动作电流，有时达不到保护动作电流，这一结果和实际情况相符合。实际上，冶炼电炉变有时合闸引起主变差动保护动作，有时不会引起主变差动保护动作。通过检查、测量析，认为主变差动保护误动可能是冶炼电炉变合闸励磁涌流对主变差动互感器的影响造成的。对变压器合闸励磁涌流和电流互感器励磁特性及电流互感器二次负荷情况进行了分析。2.1变压器合闸励磁涌流的特点当变压器空载投入时，可能出现数值很大的励磁涌流，最大可达到变压器额定电流的6-8倍。对三相变压器来说，无论任何瞬间合闸，至少有两相出现程度不同的励磁涌流，励磁涌流的特点：（1）励磁涌流中包含有很大成分的非周期分量，使涌流波形偏于时间轴的一侧（如图3）；（2）励磁涌流中包含有大量的高次谐波，以二次谐波为主；（3）励磁涌流波形之间出现间断。经录波分析可以发现，冶炼电炉变合闸励磁涌流大，而且衰减时间长。当冶炼电炉变合闸时，其励磁涌流对220KV主变及其两侧差动互感器来说相当于经历了一个暂态的过渡过程，特别是励磁涌流中的非周期分量对主变差动互感器的影响就更大。2.2过渡过程中非周期分量对电流互感器的影响电流互感器的铁心具有非线性特性，当电流互感器一次侧通过大电流而使铁心饱和时，其励磁电流大大增加；特别是当一次侧电流中包含有很大成分的非周期分量时，电流互感器的励磁电流中也包含有很大成分的非周期分量，使其波形偏于时间轴的一侧。当两个差动电流互感器励磁特性不一至时，电流互感器的饱和时间曲线不同，如图4，因此两个差动电流互感器达到饱和的时间不同，由此产生的流入差动保护装置的不平衡电流（既两个差动电流互感器励磁电流的差值）2.3电流互感器二次负荷对电流互感器特性的影响在稳态运行时，电流互感器二次负荷应满足10误差曲线的要求，只要电流互感器二次实际负荷小于10误差曲线允许的负荷，电流互感器的测量误差即在10以内。二次负荷越大，电流互感器铁心就越容易饱和。差动保护装置为减少不平衡电流，应尽量降低电流互感器二次负荷。在保护装置一定的情况下，增大电流互感器二次侧连接导线截面是降低二次侧负载阻抗的有效方法。220KV主变差动电流互感器二次侧负载阻抗计算如下：（1）1.220KV侧电流互感器二次负载阻抗R1R1=RB RD RS式中，RB——微机保护装置的回路电流，计算RB=0.04ΩRD—二次导线电阻，计算得RD=1.62ΩRS——接触电阻，RS=0.1Ω所以R1=RB RD RS=1.76Ω根据铭牌给出的参数，计算二次允许负载阻抗R=1.6Ω（2）2.35KV侧电流互感器二次负载阻抗R2：经计算二次实际负载阻抗R1=1.02Ω根据铭牌给出的参数，计算二次允许负载阻抗R=0.8Ω由以上计算可知：220KV主变两侧二次侧实际负载阻抗都大于其允许负载，这将使电流互感器误差增大，铁心更易饱和。（3）采取的措施为降低电流互感器二次侧实际负载阻抗，将220KV侧电流互感器二次导线更换为6mm2，35KV侧电流互感器二次导线更换为4mm2，电流互感器二次实际负载阻抗（计算略）均小于允许值。电流互感器二次侧实际负载阻抗减少，满足10误差曲线的要求，减轻了铁心的饱和，使两个差动电流互感器的饱和曲线靠近。实际上，增大电流互感器二次侧导线截面后，主变差动保护再未出现动作跳闸。但微机差流报告仍然出现，这说明减低电流互感器二次负载阻抗可以减少不平衡差流，但对电流互感器铁心在暂态情况的饱和情况没有根本改变。因为主变两侧差动电流互感器型号、规格、生产厂家不同，所以电流互感器铁心的饱和特性有较大差别，通过分析微机差动跳闸报告和差流报告我们也可以发现，两侧差动电流互感器铁心饱和呈现无规律状况。另外铁心剩磁的影响有时也加重铁心的饱和。3解决方案为最终消除不平衡差流，确保主变安全运行，提出两种解决方案：（1）.更换35KV侧差动电流互感器，使其铁心饱和特性尽可能和220KV侧差动电流互感器相同。（2）.采用具有快速饱和特性的中间变流器（BLH）接入差动回路。BLH的铁心极易饱和，非周期分量不易通过BLH变换到二次侧，可以成功的消除不平衡电流中非周期分量的影响。参考文献：1.《电力系统继电保护原理》.贺家李.水利电力出版社，19912.《钢铁企业电力设计手册》冶金工业出版社，1996