数字式变压器差动保护防止TA二次回路故障误动作判别程序

摘要

公开了一种防止电流互感器二次回路短路、开路等故障引起数字式变压器差动保护误动作的方法。TA二次回路故障判据为：数字式变压器保护装置，正常运行(变压器接入的一次系统中没有发生故障)情况下，判别TA二次回路故障是通过检查所有相别的电流中有一相或者两相电流下降30％或者以上，且存在差电流，即判为TA二次回路故障。在有电流突变的前提下：发生突变后电流减小而不是增大，一次系统有故障至少有一相电流会增大；本侧三相电流中有一相或者两相电流下降30％或者以上，且其它侧三相电流无变化。满足上述条件时判为TA二次回路故障，TA二次回路故障后，发出告警信号，并可选择闭锁或不闭锁差动保护出口。

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统领域，更具体地涉及继电保护的方法。

背景技术

电流互感器(TA)二次回路故障包括二次回路开路和短路两大类：

TA二次回路开路包括：A、B、C三相中有一相、二相、或者三相全部开路和N相开路。

TA二次回路短路包括：AN、BN、CN、AB、BC、CA、ABC、ABCN短路。

在数字式变压器保护装置，正常运行情况下，判别TA断线是通过检查所有相别的电流中有一相或者两相无电流且存在差电流，即判为TA断线。在有电流突变时，判据如下：

发生突变后电流减小(而不是增大)；

本侧三相电流中有一相或者两相无电流，且对侧三相电流无变化。

满足上述条件时判为TA二次回路断线，TA二次回路断线后，发出告警信号，并可选择闭锁或不闭锁差动保护出口。

由此可见，二次回路开路的危害性已经引起重视，并且采取了防止差动保护保护装置误动作的措施。

电流互感器二次回路短路对变压器差动保护的影响：

为方便起见，供分析用的变压器及电流互感器接线示意图，如图1所示：

假设变压器为2绕组变压器，电压比为1∶1，Δ11⁰/Δ11⁰接线；

变压器一次侧电流互感器1TA和二次侧电流互感器2TA一次绕组的P1端子均安装在母线侧(P2端子安装在变压器侧)；

1TA、2TA二次回路均采用星形接线，并且均将S2端子联接成N相；

按照上述接线原则，正常运行和外部故障情况下2TA二次回路电流与1TA二次回路电流之间存在如下关系：

${\stackrel{.}{I}}_{2A}=-\stackrel{.}{I_{1A}}$${\stackrel{.}{I}}_{2B}=-\stackrel{.}{I_{1B}}$${\stackrel{.}{I}}_{2C}=-\stackrel{.}{I_{1C}}$

正常运行和外部故障情况下2TA二次回路电流，可以用1TA二次回路电流表示。2TA二次回路电流用1TA二次回路电流表示，

正常运行和外部故障情况下，2TA二次回路电流用2TA二次回路电流表示，的等价电路如图2所示：

常规的变压器差动保护TA二次回路采用环流原理接线，正常运行情况下，二次回路中发生CN、AB相短路时电流分布示意图如图3所示：

图3中：A、B、C为三相差电流继电器。

由图3b可见，由于采用环流原理接线，二次回路中发生CN相短路时，流入短路点m的电流为I_1C，流出短路点m的电流仍然是I_1C，与短路前相同(短路导线mn中无电流流过)，因此差动保护不可能误动。但是CN相短路时将C相差电流继电器C短路，如果短路点长期存在变压器差动保护有可能拒动。

同理，二次回路中发生AN、BN等单相接地短路时后果与上述相同。

由图3c可见，由于采用环流原理接线，二次回路中发生AB相短路时，流入短路点m的电流为I_1A，流出短路点m的电流仍然是I_1A，流入短路点n的电流为I_1B，流出短路点n的电流仍然是I_1B，与短路前相同(短路导线mn中无电流流过)，因此差动保护不可能误动。但是AB相短路时将A、B相差电流继电器A、B短路，如果短路点长期存在变压器差动保护有可能拒动。

同理，二次回路中发生BC、CA等两相相间短路时后果与上述相同。

采用环流原理接线正常运行情况下TA二次回路中发生TA断线时，差电流继电器中会流过负荷电流；由于常规的变压器差动保护的定值是按照大于最大穿越性故障电流的10％(TA10％误差)整定的，差电流定值远大于最大负荷电流；因此常规变压器差动保护在TA断线时不会误动作，保护装置内设有TA断线告警和闭锁回路，发生TA断线时发出断线告警同时闭锁差动保护。

采用环流原理接线的TA二次回路中发生永久性短路故障时，有可能造成拒动，由于短路电气量没有变化，很难下种寻找到告警判据，这是环流原理接线的明显弱点。

数字式变压器差动保护装置TA二次侧电流分别独立引入保护装置，二次回路中没有按照环流原理接线，利用各侧TA二次电流的数据量计算差电流。

其中一组TA二次回路发生故障，对其它TA电流没有影响，但是会影响差电流的计算值。

数字式变压器差动保护中，TA二次回路短路可能引起变压器差动保护误动作是数字式变压器差动保护特有的问题，在常规变压器差动保护并不存在。

但是，在数字式变压器差动保护中，针对TA二次回路短路可能引起变压器差动保护误动作，目前仍然没有可靠的闭锁措施，虽然，数字式变压器差动保护对电流互感器二次回路断线已经采取了措施：“本侧三相电流中有一相或者两相无电流”作为TA断线判据，但是判据不尽合理。

发明内容

在数字式变压器差动保护中，TA二次回路故障可能引起变压器差动保护误动作是数字式变压器差动保护特有的问题，在常规变压器差动保护并不存在。本发明提出了一种防止数字式变压器差动保护因TA二次回路故障造成差动保护误动的方法：

一种数字式变压器差动保护防止电流互感器二次回路故障引起差动保护误动作的方法，在数字式变压器差动保护装置中，将变压器各侧电流互感器TA二次侧电流分别独立引入保护装置，利用各侧TA二次电流的数据量计算差电流，其特征在于：

在正常运行即变压器接入的一次系统没有发生故障的情况下，检查三相电流中有一相或者两相电流下降30％或者以上，且存在差电流，则判断为本侧电流互感器TA二次回路故障；

在有电流突变的前提下，当发生突变后电流减小，本侧三相电流中有一相或两相电流下降30％或以上，且其它侧三相电流无变化，则判断为本侧电流互感器TA二次回路故障；

在电流突变的前提下，当发生突变后电流增大，则判断为一次系统故障；

根据上述判断方法，当判断电流互感器TA二次回路故障后，发出告警信号，并选择是否闭锁差动保护出口。

上述方法能有效地判别电流互感器TA是否存在短路或断路故障，发出告警信号，选择是否闭锁差动保护出口，对于防止数字式变压器差动保护因电流互感器故障而误动。

附图说明

附图1为供分析用的变压器及电流互感器接线示意图。

附图2为正常运行和外部故障情况下图1的等价电路图。

附图3为环流原理接线CN、AB相短路前后电流分布示意图。

附图4为数字式变压器差动保护1TA二次回路中发生CN、AB相短路前后电流分布示意图。

附图5为数字式变压器差动保护1TA二次回路中发生CN、AB相短路前后电流向量图。

附图6为判断逻辑图。

具体实施方式

数字式变压器差动保护1TA二次回路中发生CN、AB相短路时电流分布示意图如图4所示：

图4中：A₁、B₁、C₁为保护装置中1TA三相电流变量器，A₂、B₂、C₂为保护装置中2TA三相电流变量器。

数字式变压器差动保护1TA二次回路中发生CN、AB相短路时电流向量图如图5所示：

由图4c可见，1TA二次回路中发生CN相金属性短路，短路阻抗远小于变量器回路阻抗时，C相电流I_C通过短路点m、n经由N相电缆流回TA，C相电流变量器中的电流由短路前的I_C(正常负荷电流)下降为零；由图5b可见，计算所得C相差电流I_CCL，数值上与没有发生短路时C相负荷电流相等。

由于保护装置中电流变量器回路阻抗极低，C相电流I_C会在被短路电流变量器点中形成一部分分流，实际计算所得C相差电流I_CCL，略小于C相负荷电流。

如果短路发生时，负荷电流大于过于差动保护动作门槛值，变压器差动保护就有误动作的可能性。

由图4d可见，1TA二次回路中发生AB相短路时，A相电流I_1A与A相电流I_1B通过短路点m、n合并为一个电流-I_1C，

当电流变量器A₁、B₁至短路点之间回路阻抗相等时，-I_1C将在变量器A₁、B₁中各流一半。

由图5C可见，当电流变量器A₁、B₁至短路点之间回路阻抗相等时，计算所得A相差电流I_ACL、B相差电流I_BCL数值上是没有发生短路时负荷电流的0.866倍。如果短路发生时，负荷电流大于差动保护动作门槛值的1.15倍，变压器差动保护就有误动作的可能性。

当电流变量器A₁、B₁至短路点之间回路阻抗不相等，变量器A₁、B₁中必然有一个大于二分之一-I_1C，必然有一相计算所得差电流数值上大于负荷电流的0.866倍，更容易引起误动作。

显然，TA二次回路发生一相、两相断线时，计算所得差电流与负荷电流相等。

数字式变压器差动保护TA二次回路故障的特点：

TA二次回路短路可能引起变压器差动保护误动作是数字式变压器差动保护特有的问题，在常规变压器差动保护并不存在。

与正常运行负荷电流相比较，TA二次回路故障，故障相电流只可能下降，不可能上升。

TA二次回路故障，故障相电流未必下降为零，理由如下：

TA二次回路发生两相短路时从数值上讲，故障相电流变量器中的电流下降到负荷电流的50％左右，根本不会下降为零。

TA二次回路发生单相接地短路时从数值上讲，由于故障相电流变量器中存在分流，电流也不会完全下降为零。

由电流联片接触不良引起的TA二次回路半开路状态下，故障相电流可能下降，但是不会完全下降为零。

因此，将“本侧三相电流中有一相或者两相无电流”作为TA断线判据之一是不合理的。

图6示出了本发明所提出的TA故障的正确判据：

数字式变压器保护装置，正常运行(变压器接入的的一次系统中没有发生故障)情况下，判别TA二次回路故障是通过检查所有相别的电流中有一相或者两相电流下降30％或者以上，且存在差电流，即判为TA二次回路故障。在有电流突变的前提下：

发生突变后电流减小而不是增大，一次系统有故障至少有一相电流会增大；

本侧三相电流中有一相或者两相电流下降30％或者以上，且其它侧三相电流无变化。

满足上述条件时判为TA二次回路故障，TA二次回路故障后，发出告警信号，并可选择闭锁或不闭锁差动保护出口。