和应涌流对继电保护误动的分析及对策

张 明

（上海漕泾热电有限责任公司，上海 201507）

上海漕泾热电有限责任公司位于上海市级化学工业园区，于2004年建设2套300 MW等级9FA多轴燃气—蒸汽联合循环热电联供机组，2005年投产发电。公司主要经营生产电力及热力，为电网供电，同时为化工区的大型化工企业供热。

1 差动保护动作

1.1 事故概况

发生事故时1号机组主要运行参数：11号燃机有功150 MW、12号汽机有功50 MW；21号燃机主变220 k V开关后，11号发电机跳闸。11号发电机第二套保护出口继电器（86 G）动作，保护装置面板Trip、差动保护B相指示红灯亮，并且保护装置内部事件显示：STATOR DIFF 0P B（发电机差动B相启动）；Stator Diff Ibd（差动电流）1078.1 A，127 ms后跳闸86G1 ON（跳闸出口）。发变组故障录波器启动录波，波形图显示为在21号主变220 k V开关合闸后，11号发电机三相电流波形均有沿纵向偏移现象，即空充主变到发电机跳闸有1 min时间，直流分量显示B相较大，其波形符合和应涌流的特点，如图1所示。

图1 B相差动保护动作录波

1.2 事故原因分析

变压器空载合闸产生的励磁电流，有可能会导致差动保护误动，因此针对励磁涌流的特点，变压器差动保护大多采用2次谐波制动原理来有效防止误动。特别是通过对国内出现的多起空投变压器，导致相邻变压器或发电机差动保护和后备保护误动的分析，提出了发电厂和变电站中，有很多并列运行的变压器和发电机变压器组，变压器在投运过程中会在相邻运行设备中产生和应涌流的现象，该涌流在合闸变压器励磁涌流持续一段时间后才产生，偏向时间轴的一侧，并且在几个周期内迅速达到最大值，随后再逐渐减小；和应涌流中非周期分量衰减时间非常慢，容易引起电流互感器（TA）的暂态饱和，从而导致空投变压器以后相邻运行差动保护误动作［1］。

随着微机保护的发展，差动保护动作速度进一步提高，整定值变得更加灵敏。为了提高闸匝间短路灵敏度，差动保护的启动值也大幅降低，因而造成误动的机率大大提高。从保护装置故障录波（图1）中可以看到，当21号主变充电后，11号燃机发电机的B相出现了的差动电流，并且差动电流达到了继电器的差动保护动作设置值（0.09 pu），导致继电器的B相差动保护动作。

非周期分量是引起TA暂态饱和的主要因素，TA饱和时，二次电流发生畸变，波形发生变化，并且当TA含有剩磁时，非周期分量将影响其饱和时间。对于突变量暂态过程对保护装置和TA的影响，难以用理论进行整定计算。当远方电流突变（变压器励磁涌流等）或短路时，发电机两侧TA由于剩磁及误差引起暂态特性不一致时，使两侧TA的二次电流的幅值，波形、相角差出现差异，从而产生差流，即使电流突变量小于额定电流也能引起差动保护误动。

将机端电流与中性点端电流重叠，B相电流出现位移，形成差流。即主变充电时，11号发电机两端的B相电流不一致，导致B相出现差动电流，从而引发差动保护动作，如图2所示。

图2 B相差动保护动作分析

2 和应涌流的产生及特点

2.1 和应涌流的产生原因

通过理论分析和试验，国内对和应涌流产生的原因，主要有两种观点。

1）空载合闸变压器产生励磁涌流中的直流分量，通过变压器的中性点接地回路流过运行变压器，使其饱和产生和应涌流［2］。

2）变压器空载合闸的瞬间，产生起始涌流，该涌流由系统供给，此电流的出现在线路上产生了压降，从而引起运行变压器端口的电压变化，即运行变压器的励磁电压受到影响，必然引起运行变压器磁链的变化，就会产生和应涌流［1］。

2.2 和应涌流的特点［3］

1）运行变压器的和应涌流是在合闸变压器励磁涌流持续一段时间后才产生的，并且在几个周期内迅速达到最大值，随后逐渐减小。

2）在相同初始合闸条件下，出现和应涌流后，两变压器的相互作用使得涌流的衰减过程较单个变压器合闸时要慢得多。

3）当变压器空投而铁心正向饱和时，并联运行变压器的铁心趋向反向饱和，因此相对空投变压器的励磁涌流而言，运行变压器的和应涌流为反向，即励磁涌流与和应涌流方向相反，并且正负交替产生。

4）和应涌流中非周期分量衰减非常慢，容易引起TA暂态饱和，从而导致运行设备的差动保护。

3 减小或消除和应涌流的对策

3.1 两种观点的切磋

1）断开和应涌流的通道措施可行 有学者认为：空载合闸变压器产生励磁涌流中的直流分量，通过变压器的中性点接地回路流过运行变压器，使其饱和产生和应涌流，从而提出将空载合闸变压器的中性点断开后再合闸，或在变压器空载合闸前将运行变压器的中性点断开，即采用断开和应涌流通道的措施来消除和应涌流。

2）断开和应涌流的通道措施不可行 有学者认为：在变压器空载合闸的瞬间，运行变压器的励磁电压受到影响，必然会引起运行变压器磁链的变化而产生和应涌流，采取断开变压器中性点的做法并不能消除和应涌流，而且1台变压器空载合闸，运行设备都有可能产生和应涌流，况且中性点在不同接地的不同组合状态下，运行设备产生的和应涌流是不相同的。

3.2 现场采取的措施

1）提高差动保护整定值 文献［1］介绍了防止和应涌流引起差动保护误动的措施，主要是提高保护定值或降低二次谐波制动比。将发电机差动保护整定值由原先的0.09pu调整至0.25pu，用以减小外部影响造成的误动，包括在特殊工况下，因各种实际状态而使负荷状态下不平衡电流异常增大时保护不误动。

2）满足系统突变时的误差要求 文献［4］通过对二次回路负载阻抗、TA伏安特性试验，检验TA特性、精度和二次回路负载满足误差要求，减小系统突变时对继电保护的影响。

4 结语

通过此次对11号燃机发电机差动保护误动原因的排查与分析，查出了造成保护装置误动的直接原因是“和应涌流”问题，也涉及到相关定值的整定问题。经过整改，在对TA伏安特性、二次回路负载阻抗试验等周检过程中，检验TA特性、精度和二次回路负载满足误差要求，解决了差动保护误动问题。

［1］ 毕大强，孙叶，李德佳，王祥珩，等.变压器中性点接地方式对和应涌流产生的影响分析［J］.继电器，2007，35（20）.

［2］ 王维俭.发电机变压器继电保护应用［M］.北京：中国电力出版社，2004.

［3］ 许云雅.变压器励磁涌流与和应涌流的分析研究［J］.华北电力大学学报，2008，35（20）.

［4］ 李艳鹏，侯启方，刘承志.非周期分量对电流互感器暂态饱和的影响［J］.电力自动化，2008，26（8）.