1、第40卷第4期2012 年2 月 16 電力圭優(yōu)保護(hù)烏枚制Power System Protection and ControlVol40 No4Feb. 16, 2012CT saturation： sensitivity1674-3415(2012)04-0129-05繼電器，保護(hù)定值通常按躲過(guò)變斥器空投時(shí)的最 人勵(lì)磁涌流或外部故障時(shí)的瑕人不平衡電流整定， 而變壓器空投時(shí)的勵(lì)磁涌流或外部故障時(shí)的最人不 平衡電流在實(shí)際應(yīng)用時(shí)又無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)星和計(jì)算,文 獻(xiàn)4也只是給出了一個(gè)推薦范圍，實(shí)際使用時(shí)通常 都按照各地區(qū)的經(jīng)驗(yàn)值來(lái)整定。本文通過(guò)対現(xiàn)場(chǎng)的幾起事故進(jìn)行分析，提出了 一種可以提高區(qū)外故障時(shí)主變差

2、流速斷保護(hù)抗CT 飽和能力乂不降低區(qū)內(nèi)故障尺敏度的方案，與廣人 繼電保護(hù)同行探討。1保護(hù)動(dòng)作情況簡(jiǎn)述變壓器區(qū)外故障或線(xiàn)路朿介永久性故障時(shí)， 如果變壓器某一側(cè)CT嚴(yán)重飽和，可能造成主變差 流速斷保護(hù)的謀動(dòng)作。變壓器區(qū)外故障CT飽和對(duì)主變保護(hù)的影響分析鄧茂軍 許云龍 '，張童S姚晴林'，馬和科-姚東曉1(I.許繼電氣公司技術(shù)中心，河南 許昌461000; 2.許嫗電氣股份有限公司，河南 許昌461000;3合憶工業(yè)大學(xué).安緻 合肥230009 )摘要：近年來(lái)，現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)了多起主變差流速斷保護(hù)誤動(dòng)的事件.主變差流速斷保護(hù)作為差動(dòng)保護(hù)的一個(gè)輔助保護(hù)，要求在變 壓器內(nèi)部發(fā)生嚴(yán)重故障時(shí)能快速

3、動(dòng)作切除故障，因此保護(hù)通常不増?jiān)O(shè)任何閉荻條件，只要址流大于保護(hù)屯值就會(huì)動(dòng)作跳閘. 通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的幾起爭(zhēng)故進(jìn)行分析，區(qū)外故障時(shí)CT飽和足造成主變菱流速斷保護(hù)課動(dòng)的苴接原因.莊分析了 P級(jí)電流互感器 容易飽和的原因后.根據(jù)不同的故障類(lèi)型對(duì)差流速晰保護(hù)動(dòng)作判據(jù)進(jìn)行了改進(jìn)，這種改進(jìn)方案在做機(jī)保護(hù)中非常容易實(shí)現(xiàn). 試驗(yàn)結(jié)杲表明，改進(jìn)方喰能明顯提高區(qū)外故障時(shí)址流速斷保護(hù)的抗CT施和能力，也不會(huì)降低區(qū)內(nèi)故障靈敏度. 關(guān)鍵詞：主變；爰流速斷保護(hù)；CT飽和；靈敏度Analysis on outside transformer fault causing CT saturation and its influenc

4、e on transformer protectionDENG Maojun1 XU Yun-long1, ZHANG Tong2, YAO Qing-lin MA He-ke YAO Dong-xiao1(1 Technology Cenier XJ Electrical Company. Xuchang 461000. China： 2 XJ Electnc Corporation. Xuchang 461000. China;3. Hefei University of Technology, Hefei 230009 China)Abstract: In recent years, t

5、ransfonner instantaneous differential protection misoperated several times on the site As a secondary protection. transformer instantaneous differential protection should act as fast as possible xnthout any blocking logic when serious internal faults occur in the transformer and the dififerential cu

6、rrent value is bigger than the tiip value. Through on-site analysis of several accidents. CT saturation during external fault is the direct reason that causes instantaneous differential protection misoperation. Through analyzing the reason why P level CT is easily saturated, this paper improves the

7、instantaneous differential protections action logic for diffeient fault types, which is very easy to impleuient in computer protection. The results show that the improved scheme can significandy improve the protection capacity against CT saturation in external fault without reducing the acting sensi

8、tmty in internal fault.Key words: transformer： instantaneous differential protection：中因分類(lèi)號(hào)：TM77 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：0引言隨著超高斥和特高斥電網(wǎng)的出現(xiàn)，電網(wǎng)容屋急 劇增加，高電壓等級(jí)的人容最變壓器也越來(lái)越多， 為了確保變壓器的安全運(yùn)行和系統(tǒng)的穩(wěn)定，對(duì)主變 差動(dòng)保護(hù)的快速性提出了新的耍求。傳統(tǒng)的比率差 動(dòng)保護(hù)受變壓器勵(lì)磁涌流的閉鎖，動(dòng)作時(shí)間仃時(shí)無(wú) 法滿(mǎn)足變斥器的安全運(yùn)行和系統(tǒng)穩(wěn)定的耍求,因此， 通常配置差流速斷保護(hù)作為上變差動(dòng)保護(hù)的一個(gè)輔 助保護(hù)，卅變壓器內(nèi)部發(fā)生嚴(yán)匝故障時(shí)能快速動(dòng)作 切除故障。但

9、是，差流速斷保護(hù)提高r主變差動(dòng)保 護(hù)的快速性z外也帯來(lái)了一些新問(wèn)題，現(xiàn)場(chǎng)也出現(xiàn) 了多起由區(qū)外故障CT飽和導(dǎo)致主變差流速斷保 護(hù)誤動(dòng)的情況2】。主變差流速斷保護(hù)是一個(gè)簡(jiǎn)甲的差動(dòng)過(guò)電流© 1994-2012 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 鄧茂軍，等 變壓器區(qū)外故障CT飽和對(duì)主變保護(hù)的影響分析1331.1線(xiàn)路故障重合閘時(shí)主變差流速斷動(dòng)作某220 kV變電站主變低壓側(cè)區(qū)外由單相接地故 障發(fā)展成為三相短路故障，低床側(cè)出線(xiàn)過(guò)流二段保護(hù) 動(dòng)作后切除故障，150 ms后低壓側(cè)出線(xiàn)匝介，

10、主變 低壓側(cè)B和、C相CT飽和時(shí)主變差流速斷保護(hù)動(dòng)作, 保護(hù)動(dòng)作時(shí)差動(dòng)電流采樣的帕值如表1所示。表1保護(hù)動(dòng)作時(shí)刻差動(dòng)電流值Table 1 Differemial currenl on protecuoxi opeiauon lime電流相別里披電afcWtfl/A413.42h13.73k26.77從動(dòng)作報(bào)告看，主變C相差流26.77 A大J：差 流速斷保護(hù)定值22 A （按6厶整定，人為主變高斥 側(cè)額定負(fù)荷電流，卜同），保護(hù)動(dòng)作時(shí)的錄波如圖 1所示。圖1220 kV變壓器區(qū)外故障CT飽和錄波圖Fig.l Waveforms of outside 220 kv transfbnner faul

11、t causingCT saturation1.2區(qū)外故障時(shí)主變差流速斷動(dòng)作某110 kf變電站兩圈變壓器低壓側(cè)區(qū)外發(fā)生 BC相間短路故障，低壓側(cè)B相 C相CT飽和時(shí)主 變差流速斷保護(hù)動(dòng)作，保護(hù)動(dòng)作時(shí)差動(dòng)電流采樣的 幅值如表2所示。表2保護(hù)動(dòng)作時(shí)刻差動(dòng)電流值Table 2 Dififerential current on protection operation time電it相別煤波電流幅值/A厶11.4810.65k22.11從動(dòng)作報(bào)告看，主變C相左流22.11 A人J：左流速斷保護(hù)泄值21 A （按6人整泄），保護(hù)動(dòng)作時(shí) 的錄波如圖2所示。圖2 110 kV兩圈變區(qū)外故障CT飽和錄波圖F

12、ig. 2 Va'efbrms of outside 110 kV twowindmg transfbnner fault causing CT saturation1.3區(qū)外發(fā)展性故障時(shí)主變差流速斷動(dòng)作某110 kV變電站三圈變壓器低壓側(cè)由區(qū)外CA 相間対路故障發(fā)展成區(qū)外三相短路故障，主變低斥 側(cè)A相、B相CT飽和時(shí)主變差流速斷保護(hù)動(dòng)作, 保護(hù)動(dòng)作時(shí)差動(dòng)電流采樣的郵值如表3所示。表3保護(hù)動(dòng)作時(shí)刻差動(dòng)電流值Table 3 Differential current on protection operation tune電淹相別劃波電i«W5(ft/A厶5.60】B13.75I

13、c896從動(dòng)作報(bào)告看，主變B相差流13.75 A人J差 流速斷保護(hù)定值10 0 A （按6.29人整定），保護(hù)動(dòng) 作時(shí)的錄波如圖3所示。Fig. 3 Whe£omi& of outride 110 k* three winding transfbnner fault causing CT saturation2保護(hù)動(dòng)作原因分析從主變是流速斷保護(hù)動(dòng)作時(shí)的錄波圖匕看，保 護(hù)動(dòng)作的原因都是11J J變壓器區(qū)外故障時(shí)某側(cè)CT 出現(xiàn)了嚴(yán)幣;飽和，而主變差動(dòng)保護(hù)中差流的計(jì)算實(shí) 際是將各側(cè)電流進(jìn)行矢量相加,某側(cè)CT飽和后就 會(huì)產(chǎn)生很人的差流。差流速斷保護(hù)定值通常按（4 8）厶整定，保護(hù)本身

14、H備一定的抗CT飽和能力， 同時(shí)為了保證變壓器內(nèi)部發(fā)生嚴(yán)1E故障時(shí)保護(hù)能快 速動(dòng)作，斥流速斷保護(hù)中通常不再增設(shè)CT飽和判 據(jù)。因此,區(qū)外故障CT嚴(yán)重飽和時(shí)可能造成主變 差流速斷保護(hù)的誤動(dòng)作。220 kV及以卜電斥等級(jí)變斥器的差動(dòng)保護(hù)通 常采用P級(jí)CT ,故障時(shí)容易出現(xiàn)飽和，CT飽和 的原因與以下幾個(gè)方面有關(guān)'7】：（1）與C T的二次負(fù)載和故障電流的人小自關(guān)。 在短路容帚很人的系統(tǒng)屮線(xiàn)路近端發(fā)生故障時(shí)會(huì)產(chǎn) 生很人的故障電流，如果CT二次負(fù)載過(guò)人或CT 額定準(zhǔn)確限值系數(shù)選擇不好，當(dāng)次故障電流過(guò)丿、 時(shí)，會(huì)引起CT鐵芯中的磁通密度增人，造成CT 出現(xiàn)飽和。與故障電流中的直流分量和非周期分量

15、有 關(guān)。P級(jí)CT的誤差只考慮一次電流為穩(wěn)態(tài)電流的 情況，沒(méi)有考慮暫態(tài)過(guò)程中的非周期分量,即P級(jí) CT在暫態(tài)過(guò)程中不能保證比謀差要求當(dāng)沖擊電 流中含有人最非周期分最時(shí),差流回路中的不平衡 電流就會(huì)急劇地大。（3）與CT中剩磁的大小和方向有關(guān)。變壓器 區(qū)外故障或線(xiàn)路重合永久性故障時(shí)故障電流中通 常冇較大的ft流分駅，CT鐵芯中交流穩(wěn)態(tài)礎(chǔ)通增 人，苴流分彊引起的非周期磁通增人，卄鐵芯中的 剩磁較人且與非周期磁通方向-致，三者徨加后人 J CT的飽和磁通，就會(huì)加劇CT的飽和程度。變壓器區(qū)外故障CT飽和時(shí)，曲J；主變比率差 動(dòng)保護(hù)中都仃專(zhuān)用的CT飽和判據(jù)，故障時(shí)能正確 區(qū)分故障類(lèi)型是區(qū)內(nèi)故障或區(qū)外故障，

16、區(qū)外故障CT 飽和時(shí)能可孩閉鎖保護(hù)，通常不會(huì)造成主變比率差 動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作。對(duì)變壓器厲備保護(hù)，變壓器區(qū)外故障CT飽 和時(shí)可能造成過(guò)流保護(hù)的延遲動(dòng)作。CT嚴(yán)幣:飽 和時(shí)，裝置計(jì)算的電流幅值小J：過(guò)流保護(hù)定值，過(guò) 流保護(hù)無(wú)法丿；動(dòng)。對(duì)J220 kV的變壓器，120 ms 后苴流分吊和非周期分最衰減后CT逐漸退出飽 和，這時(shí)過(guò)流保護(hù)能可靠動(dòng)作。通常后備保護(hù)相互 配介的間隔時(shí)間A t為030.5 s,不會(huì)造成上一級(jí) 后備保護(hù)越級(jí)跳閘，因此，變壓器區(qū)外故障CT飽 和時(shí)不會(huì)造成后備保護(hù)的謀動(dòng)或拒動(dòng)。通過(guò)以上分析，變壓器區(qū)外故障CT飽和時(shí)主 耍影響主變差流速斷保護(hù)，因此，儘耍采取措施防 止區(qū)外故障CT嚴(yán)重飽和

17、時(shí)主變差流速斷保護(hù)涙 動(dòng)。3差流速斷保護(hù)改進(jìn)措施P級(jí)CT在故障時(shí)容易飽和，為了防止差流速 斷保護(hù)在變壓器區(qū)外故障CT飽和時(shí)謀動(dòng)，可通過(guò) 抬高差流速斷保護(hù)定值或提高P級(jí)CT的額定準(zhǔn)確 限值系數(shù)及降低CT的二次負(fù)載來(lái)解決，但前者會(huì) 降低變壓器區(qū)內(nèi)故障時(shí)保護(hù)的靈敏度，后者會(huì)增加 匸程的造價(jià)。除此Z外，隨著電網(wǎng)容最的增人，區(qū) 外故障時(shí)流過(guò)CT回路中的短路電流也會(huì)越來(lái)越 大，這些措施依然無(wú)法從根本上解決問(wèn)題。因此， 仃必耍根據(jù)不同的故障類(lèi)型刈匸變杲流速斷保護(hù)的 算法進(jìn)行改進(jìn),借用上變比率差動(dòng)保護(hù)中CT飽和 判據(jù)可正確區(qū)分故障類(lèi)塑是區(qū)內(nèi)故障或區(qū)外故障， 不會(huì)額外增加裝宣的計(jì)算工作彊。CT飽和判別的方法可采

18、用同步識(shí)別法，即根 據(jù)鐵槪元件的“B-H”曲線(xiàn)，區(qū)外故障起始時(shí)刻和 一次電流過(guò)零點(diǎn)附近CT會(huì)存在一個(gè)線(xiàn)性傳變區(qū)， 対:區(qū)內(nèi)故障，差動(dòng)保護(hù)的差流在故障起始時(shí)刻就 會(huì)出現(xiàn)；而對(duì)于區(qū)外故障,在故障起始時(shí)刻的CT 線(xiàn)性傳變區(qū)內(nèi)不存在差流8-10o可以根據(jù)差流跟故 障時(shí)刻是否同步的方法來(lái)區(qū)分故障類(lèi)型是區(qū)內(nèi)故障 或區(qū)外故障。主變差流速斷保護(hù)要求1.5倍定值卜的保護(hù)動(dòng) 作時(shí)間小于20 ms,通常采用半周差分或半周傅里 葉算法來(lái)保證像護(hù)的動(dòng)作時(shí)間，卞實(shí)上采用全周傅 里葉算法能更好地濾除非周期分量的影響,只是由 全周傅里葉算法盂耍20 ms的數(shù)據(jù)窗，無(wú)法滿(mǎn)足 保護(hù)對(duì)動(dòng)作時(shí)間要求。因此，需耍対差流速斷保護(hù) 的動(dòng)作

19、方程進(jìn)彳f改進(jìn)，改進(jìn)后的動(dòng)作方程如2A>p（半樹(shù)）> Go（1）“與”門(mén) J 'op（全期 >'op0（2）|/op（金周）>耳川全周）式（1）只在同步識(shí)別法判為區(qū)內(nèi)故障時(shí)投入, 式（2）固定投入。式中：Ap佯周）為采用半周差分 或半周傅立葉算法計(jì)算的差動(dòng)電流： '（全帥為釆川 全周傅立葉算法計(jì)算的差動(dòng)電流：/°p°為差流速斷 保護(hù)定值;K為比率制動(dòng)系數(shù)；-心、同）為制動(dòng)電流。改進(jìn)后差流速斷保護(hù)的動(dòng)作特性如圖4所示。Fig. 4 The operating characteristics of difierential fas

20、t protection差動(dòng)保護(hù)心動(dòng)后，首先利用CT飽和判據(jù)講別 木次故障是區(qū)內(nèi)故障或區(qū)外故障，如果故障類(lèi)熨為 區(qū)內(nèi)故障，保護(hù)采用半周差分或半周傅里葉算法計(jì) 算差流，當(dāng)式（1）滿(mǎn)足時(shí)差流速斷保護(hù)動(dòng)作：如果 故障類(lèi)型不是區(qū)內(nèi)故障，保護(hù)采用全周傅里葉算法 汁算差流并増加比率制動(dòng)系數(shù)，當(dāng)式（2）滿(mǎn)足時(shí) 流速斷保護(hù)動(dòng)作，保證故障由區(qū)外故障發(fā)展為區(qū)內(nèi) 故障時(shí)保護(hù)能可靠動(dòng)作。差流速斷改進(jìn)算法增加了心什周）和Q全娜的 判別，這兩個(gè)數(shù)據(jù)已經(jīng)在比率差動(dòng)保護(hù)中計(jì)算，不 會(huì)增加裝置的計(jì)算工作吊，因此対差流速斷保護(hù)的 動(dòng)作時(shí)間沒(méi)有影響,對(duì)于正常的區(qū)內(nèi)故障,20 ms 內(nèi)保護(hù)能可靠動(dòng)作:對(duì)于轉(zhuǎn)換性故障,20 ms后保

21、護(hù)也能可靠動(dòng)作。4動(dòng)模試驗(yàn)驗(yàn)證4. 1模型主接線(xiàn)及參數(shù)根據(jù)變壓器的原型參數(shù)，在實(shí)時(shí)數(shù)字仿真裝宣 （RTDS）匕3® 變壓器保護(hù)動(dòng)模試驗(yàn)?zāi)Ｐ?并用 兩臺(tái)相同型號(hào)的裝置進(jìn)行了試驗(yàn),一臺(tái)裝置采川改 進(jìn)前的半周算法，另一臺(tái)裝置采用改進(jìn)厲的保護(hù)判 據(jù)，通過(guò)試驗(yàn)対改動(dòng)前后的上變差流速斷保護(hù)性能 進(jìn)行比較,變壓器模型參數(shù)如表4所示.變壓器電 氣接線(xiàn)圖如圖5所示。表4變壓器模型參數(shù) Table 4 Tiansfbrmei model paTameters名稱(chēng)參數(shù)360 MVA變樂(lè)器變比220kV110kV?35kV變壓遅接線(xiàn)方式Y(jié)nYnD-1241高中短路阻抗0 101中低知賂陽(yáng)抗0 607高低短賂

22、陽(yáng)抗0 185CT1變比1 200A/5ACT2芟比2 400A5ACT3變比4 000A/5AFig. 5 Transformer wiring diagram4. 2試驗(yàn)結(jié)果兩臺(tái)裝置的差流速斷保護(hù)定值都按5人格定，同 時(shí)進(jìn)行了區(qū)內(nèi)金屬性故障、區(qū)外CT飽和試驗(yàn)和線(xiàn) 路永久性故障試驗(yàn)，區(qū)內(nèi)故障時(shí)岸流速斷保護(hù)動(dòng)作 時(shí)間展本相同。模擬中壓側(cè)區(qū)外K5點(diǎn)A相接地故 障時(shí)中壓側(cè)CT飽和，電流波形正常時(shí)間3.0 ms時(shí), 改進(jìn)前的差流速斷保護(hù)動(dòng)作，改進(jìn)后的差流速斷保 護(hù)可靠不動(dòng)作，錄波波形如圖6所示。錄波圖中氐、 “B、“C為高壓側(cè)三相電流,Ilk、Z2B、2C為中丿k側(cè) 三相電流，厶厶B3C為低壓側(cè)三相

23、電流。Fig 6 Test wavefbnns of outside transformer fault causing CT saturation模擬110 kV側(cè)的線(xiàn)路A相永久性接地故障， 首次故障120 ms跳開(kāi)線(xiàn)路開(kāi)關(guān)，600 nis重介J：永 久性故障，電合后的屮床側(cè)CT出現(xiàn)不同程度的飽 和，電流波形正常時(shí)間3.5 ms時(shí)改進(jìn)前的差流速斷 保護(hù)動(dòng)作，改進(jìn)后的差流速斷保護(hù)仍可靠不動(dòng)作， 錄波波形如圖7所示。通過(guò)試驗(yàn)町以得出結(jié)論，當(dāng)變壓器發(fā)生區(qū)外故 障或線(xiàn)路故障重介閘時(shí)，如果變爪器側(cè)CT出現(xiàn)飽 和，改進(jìn)后的上變差流速斷保護(hù)能顯著提雋保護(hù)裝 置的抗CT飽和能力。圖7變壓器轉(zhuǎn)換性故障試驗(yàn)錄波

24、圖Fig. 7 Test waveforms of transfonner s conversion fault5結(jié)語(yǔ)通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的幾起事故進(jìn)行分析，220 W及以 卜電斥等級(jí)變床器區(qū)外故障時(shí)CT飽和是造成主變 羞流速斷保護(hù)謀動(dòng)的工接原因。分析了 P級(jí)電流互感 器容易飽和的原因后.根據(jù)不同的故障類(lèi)型對(duì)總流速 斷保護(hù)動(dòng)作判據(jù)進(jìn)行了改進(jìn)。區(qū)內(nèi)故障時(shí)仍采用半周 總分或半周傅工葉算漢保證差流速斷保護(hù)的快速性. 區(qū)外故障后采用全周傅里葉算法并增加比率制動(dòng)系 數(shù)保證差流速斷保護(hù)的可旅性和選擇性。通常主變差 動(dòng)保護(hù)CT飽和判據(jù)中已經(jīng)対區(qū)內(nèi)外故障進(jìn)行了識(shí) 別叮直用同步識(shí)別法判別區(qū)內(nèi)外故障的給果, 因此這種方案在

25、微機(jī)保護(hù)中非常容易實(shí)現(xiàn)。動(dòng)模試臉結(jié)果衣明，改進(jìn)厲的方案能明顯提高區(qū) 外故障時(shí)主變差流速斷保護(hù)的抗CT飽和能力。另外, 羞流速斷保護(hù)增加區(qū)內(nèi)外故障判別后，保護(hù)定值可考 慮按躲過(guò)變用器空投時(shí)的最人勵(lì)磁涌流整定，外部故 障時(shí)的最人不平衡電流町宙增加的比率制動(dòng)特性來(lái) 解決，降低保護(hù)定值后也能提高變壓器內(nèi)部故障時(shí)主 變差流速斷保護(hù)的靈敏性，可實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)裝置的可 靠性、選擇性、快速性和靈敏性的辨證統(tǒng)一。參考文獻(xiàn)1國(guó)家電力調(diào)度通信中心電力系統(tǒng)繼電保護(hù)典型啡故 分析M.北京：中國(guó)電力出版社,2003.2 郭燿珠，右光，袒敬.線(xiàn)路故障巫介后上變星流速斷 保護(hù)動(dòng)作原因分析J河南電力,2008, (1)： 26-

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