劉德強(qiáng)++王坤++張慶朋

[摘 要]通常講的差動保護(hù)包含了變壓器差動保護(hù)、發(fā)電機(jī)差動保護(hù)和母線差動保護(hù)。實現(xiàn)差動保護(hù)的基本原則是一致的，即將各側(cè)元件的電流互感器按差接法接線，正常運行以及保護(hù)范圍外部故障時，差電流等于零；保護(hù)范圍內(nèi)部故障時差電流等于故障電流。但是由于諸多因素的影響，差動繼電器的動作電流按躲開外部故障時產(chǎn)生的最大不平衡電流整定遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足系統(tǒng)的要求。針對目前差動保護(hù)的發(fā)展概況及在我廠設(shè)備更新改造中的廣泛應(yīng)用，通過建立數(shù)學(xué)模型理解新型差動保護(hù)的原理及算法。下面對我廠目前差動保護(hù)的概況作一綜合評價。

[關(guān)鍵詞]差動保護(hù) 比率制動特性 動作方程

中圖分類號：TM772 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）03-0144-01

1 差動保護(hù)中不平衡電流產(chǎn)生的原因

差動保護(hù)是依據(jù)循環(huán)電流原理構(gòu)成的，即按照正確的極性關(guān)系進(jìn)行連接，在正常運行或外部故障時，差動繼電器中的電流等于各側(cè)電流互感器的二次電流之和，電流基本為零。但是實際上，差動繼電器中總會流過不平衡電流Ibp。不平衡電流Ibp越大，差動繼電器的動作電流也越大，致使保護(hù)靈敏度降低。因此，欲提高差動保護(hù)的靈敏度，必須設(shè)法減小差動保護(hù)回路中的不平衡電流。表1論述了電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)情況下不平衡電流產(chǎn)生的原因。

2 減小不平衡電流的方法

差動保護(hù)回路中的不平衡電流，是影響差動保護(hù)可靠性和靈敏度的重要因素，也是研制新型差動繼電器成敗的關(guān)鍵。目前使用的各種差動保護(hù)裝置，為減小不平衡電流而采取的措施如表2所示。

3 變壓器差動保護(hù)

變壓器差動保護(hù)裝置若采用一般的速飽和中間變流器時，對減小外部短路電流的非周期分量的影響是有效的，但躲過變壓器勵磁涌流的能力不夠理想，因為勵磁涌流中含有大量的諧波分量。早期廣泛采用帶加強(qiáng)型速飽和中間變流器，即BCH型差動繼電器來構(gòu)成差動保護(hù)。

BCH-2型

BCH-2型差動繼電器，就是針對解決勵磁涌流的問題而設(shè)計的。這種差動保護(hù)的核心部分由帶短路線圈的速飽和中間變流器和差動電流繼電器（執(zhí)行元件）組成。

其中平衡線圈用來平衡差動回路各臂二次電流不相等而引起的不平衡磁勢；而短路線圈的主要作用在于加強(qiáng)差動保護(hù)躲過非周期分量（特別是勵磁涌流）的能力，即直流助磁。由于短路線圈的存在，使得在具有非周期分量電流時，對短路線圈和二次線圈并不起傳變作用，僅作為勵磁電流而使鐵芯迅速飽和，因此繼電器的動作電流大為增加，從而大大提高了躲避勵磁涌流和外部短路時暫態(tài)不平衡電流的性能。當(dāng)采用BCH-2型差動繼電器保護(hù)靈敏度不滿足要求時，則應(yīng)選帶制動特性的差動保護(hù)。變壓器差動保護(hù)中勵磁涌流的特點及常規(guī)解決方法，如表3所示。

4 發(fā)電機(jī)差動保護(hù)

BCH-2型

這種保護(hù)是在電磁式BCH-2型差動繼電器的基礎(chǔ)上稍加改進(jìn)而構(gòu)成的。我們知道，帶有速飽和變流器的BCH-2型差動繼電器，在發(fā)電機(jī)外部故障時，是利用差動回路暫態(tài)不平衡電流中較大的非周期分量，來使速飽和變流器迅速飽和，以減小流入執(zhí)行元件的電流，防止其誤動作。當(dāng)發(fā)電機(jī)內(nèi)部故障時，在非周期分量的作用下，將不可避免地延緩保護(hù)的動作速度。為此，目前國、內(nèi)外普遍采用比率制動式差動保護(hù)。

5 母線差動保護(hù)

母線差動保護(hù)與變壓器差動保護(hù)、發(fā)電機(jī)差動保護(hù)有很大的不同：即母線的主結(jié)線方式會隨母線的倒閘操作而改變運行方式，如雙母線改為單母線運行、雙母線并列運行改為雙母線分段并列運行，母線元件（如線路、變壓器等）可以從一段母線倒換到另一段母線。換句話說，母線差動保護(hù)的范圍會隨著母線倒閘操作的進(jìn)行、母線運行方式的改變而變化（擴(kuò)大或縮?。妇€差動保護(hù)的對象也可以由于母線元件的倒換操作而改變（增加或減少），因此母線保護(hù)實際的啟動值總在變化中。

固定連接式母線差動保護(hù)

這種母線差動保護(hù)要求母線上的電源元件，必須按照事先規(guī)定好的固定連接方式運行，母線故障時，母線差動保護(hù)的動作才有選擇性。當(dāng)母線保護(hù)采用此種類型時，進(jìn)行電源元件的倒換，將使母線差動保護(hù)失去選擇性。因此，倒換前需合入母線差動保護(hù)的非選擇性開關(guān)，倒完后也不拉開。我廠早期運行的母線保護(hù)為五十年代蘇聯(lián)產(chǎn)固定接線方式、帶速飽和變流器的電磁型保護(hù)。隨著電網(wǎng)的發(fā)展和主機(jī)設(shè)備的增容改造，我廠母線短路容量不斷增大，此前母線保護(hù)啟動元件的啟動電流一次值已達(dá)到3600A。同時速飽和型差動繼電器的各項技術(shù)參數(shù)嚴(yán)重超標(biāo)，機(jī)械性能不穩(wěn)定，給調(diào)試和維護(hù)帶來了諸多困難。

6 綜合評價

綜上所述，相對于采用速飽和特性的差動繼電器而言，反映間斷角原理及二次諧波制動原理的差動保護(hù)，因采用比率制動特性避越外部短路的不平衡電流，都具有動作時間快（不必將一般非周期分量衰減后再動作），最小動作電流?。ㄐ∮谧儔浩鞯念~定電流）的優(yōu)點。此外還可采用鑒別波形間斷角原理的差動保護(hù)，它是利用勵磁涌流波形間存在較大的間斷角，而短路電流波形間無間斷角兩種波形間的差別，區(qū)別出是涌流還是短路，從而躲過勵磁涌流的影響，并利用制動特性躲過不平衡電流影響而構(gòu)成的差動保護(hù)。