综合运行环境下差动保护中TA断线判别的研究与实现

2010-07-03付斌杰

电力工程技术 2010年1期

付斌杰，朱云，杨启

（1.南京中德保护控制系统有限公司，江苏南京 210003；2.中国石油集团工程设计有限责任公司西南分公司，四川成都 610017）

纵差保护[1]是变压器和大容量异步电动机的主保护。但在运行中，若发生电流互感器（TA）二次回路断线，则势必造成纵差动保护的启动元件和差动元件动作，从而引起纵差动保护误动作。特别是对于大容量的异步电动机[2]一般不允许在运行过程中轻易停止，所以对纵差动保护都要求设置TA断线闭锁比率差动元件。

TA断线必须在差动动作前识别出来，才能达到闭锁差动的目的，考虑到差动动作的快速性，目前TA断线闭锁比率差动元件都是利用TA断线时电流变化特征瞬时判断的。但从目前运行情况看，现有的TA瞬时断线判别元件存在以下几个问题[3]：

（1）TA断线闭锁比率差动后，若又发生区内故障，则经常出现拒动或延时动作的问题；

（2）TA断线，恢复过程中易发生差动误动的情况；

（3）三相TA断线识别对差动动作存在隐患。

1 综合运行情况下TA断线情况及对策

1.1 TA断线判别基本原理

因为瞬时TA断线[4]报警目的在于闭锁差动，所以该功能在差动保护启动后才进行判断，常用的判据为满足下述2个条件则认为该侧TA断线。

（1）差动启动；

（2）该侧至少有一相电流启动后降为0，而启动前大于0（有流）。

TA断线识别动作方程为

式中：Idφ1（n）为采样点的三相差动电流基波含量；Id.q为差动电流启动值；k1为无流定值，一般取2%～6%In；k2为有流定值，一般取 8%～12%In；Iφ.qdh为差动启动后任一侧某相电流；Iφ.qdq为差动启动前任一侧某相电流。

判据式（1）是基于变压器各侧电气量物理特征来实现，只有在差动启动后，才进入瞬时TA断线判别程序，这也防止了瞬时TA断线的误闭锁。利用TA断线时电流从有到无的变化来判断TA断线，保证了判断的瞬时性，同时该判据对于一相、二相和三相TA断线都能识别。

1.2 故障情况下TA断线误闭锁的解决方案

除了上述判据外，TA断线还需考虑2个情况：

（1）单电源系统降压变压器高压侧故障低压侧电流可能变小，造成TA断线误闭锁；

（2）TA断线后发生故障，要快速解除闭锁保证差动快速动作。

单电源系统降压变压器高压侧若发生三相短路故障，低压侧电流将降为0，故障波形见图1。此时仅利用判据式（1），将误判TA断线闭锁差动，造成差动误动。

同样TA断线后又发生故障，仅利用判据式（1），TA断线判据将始终闭锁差动，造成差动拒动。

针对上述问题TA断线闭锁比率差动元件，必须增加故障识别判据，排除故障情况的条件，常规的识别故障判据为：

（1）任一侧负序相电压大于0；

（2）启动后任一侧最大相电流大于1.2Ie；

（3）启动后任一侧电流比启动前增加。

TA断线闭锁比率差动元件中排除故障情况的动作方程为

图1 单电源系统降压变压器高压侧三相短路故障波形

式中：Uφ2为任一侧负序相电压；k3为负序电压有压定值，一般取2～6 V；Iφmax为差动启动后任一侧最大相电流；k4为启动后任一侧电流比启动前增加电流定值，一般取10%～20%In。如果式（2）条件满足，则认为有故障TA断线闭锁差动解除。具体实现如图2所示。

图2 瞬时TA断线判断逻辑框图

2 三相TA断线识别问题

利用判据式（1）可以识别一相、二相和三相TA断线，对于一相、二相TA断线情况，利用式（1）并结合式（2）可以有效解决TA断线闭锁差动和故障发生解除闭锁之间的矛盾。但对于三相TA断线，情况却更复杂一些，因为三相TA断线闭锁差动后可能对故障的识别会产生影响。

对于单电源系统降压、变压器的故障电流按图1所示，高压侧发生三相短路故障时只有高压侧电流增大，如果高压侧三相TA断线，则差动将不能启动。为此必须对这种情况特殊处理，一方面要保证三相TA断线的可靠识别，另一方面要考虑三相TA断线后，发生故障并且电流没有增大的情况下能保证解除闭锁直接跳闸。仔细分析图1可以发现，单电源系统降压变压器高压侧发生三相短路故障时，高压侧电流在增大的同时，低压侧电流变小。为此得出结论发生区内故障，变压器各侧电流必然发生变化，可能变大也可能变小。利用这个特性可以对三相TA断线做特殊处理，在式（1）和式（2）判出TA断线的基础上同时满足下述2个条件时，认为发生故障，差动解除闭锁出口跳闸。

（1）该侧三相电流启动后降为0，而启动前大于 0（有流）；

（2）其他侧电流有变化（增大或变小）。

三相TA断线闭锁比率差动元件中排除故障情况补充动作方程为

式中：Ia.qdh，Ib.qdh，Ic.qdh为变压器启动后三相降为 0 侧的三相电流；Iφ.other.qdh为其他侧启动后电流；Iφ.other.qdq为其他侧启动前电流。

3 现场运行中的一些异常情况

3.1 TA断线恢复过程中差动误动的处理

在实际的运行过程中，有时会出现TA断线恢复过程中，差动误动的现象，原因是TA断线恢复过程中电流从无到有，TA断线在差动返回前提前解除闭锁，造成差动误动，如图3所示。为此考虑TA断线延时5～10 ms返回，但延时必然造成同时发生故障情况下，差动延时动作。为此可以综合各侧物理量特征来对差动进行限制，因为变压器发生内部故障，至少变压器有两侧电流会发生变化，在不考虑两侧TA同时断线的情况下，在TA断线恢复过程中，可以利用另一侧电流无变化对差动进行限制，保证差动不误动。

图3 TA断线后又恢复变压器两侧波形图

3.2 差动出口跳闸后误报TA断线告警信号

在差动动作出口跳闸电流消失过程中，有时差动保护装置会误报“TA断线”告警信息。其根本原因是目前基本上所有的差动启动元件是延时返回的，这样在差动动作电流消失过程中，某相电流判断由有流变为无流时，差动没有返回，满足式（1）和式（2）判据，所以就有“TA断线”误报信息。为避免这种情况，可考虑增加“比率差动没有动作出口“的限制条件。若差动已经跳闸则闭锁TA断线判别元件。

综合上述对各种运行环境下TA断线判别元件存在问题的分析，得到TA瞬时识别元件新原理逻辑图，如图4所示。