二次谐波制动系数与变压器投运

电力18讯：    2005年3月25日，广东蕉岭县进行110 kV新建变电站2#主变压器年度检修工作。在工作结束，人员撤离，安全措施拆除，具备送电条件后，当值调度指令变电站现场进行2#主变压器的充电指令。在主变压器三侧断路器均处于断开的状态下，由主变压器110 kV高压侧进行充电。在投入2#主变压器高压侧1102断路器的时候，该主变压器保护显示纵差保护动作断路器跳闸。因为规程规定变压器主保护（重瓦斯和纵差保护）动作断路器跳闸后，应按现场规程进行检查处理，在未查明原因和消除故障前，不得送电。所以当值调度接到报告后，即指令该站将该主变压器转为检修状态，并通知有关部门对该台主变压器进行全面检查和试验工作。


与此同时，继电保护技术人员在接到该主变压器差动保护动作报告后，随即对2#主变压器纵差保护从如下方面进行分析和核算工作。


查对该台主变压器保护竣工验收相关图纸及再次检查其二次接线无误，且经运行考验正确。


由于当时不存在变压器电压升高或者频率下降的情况，因此不存在变压器磁通密度增加而导致变压器铁芯饱和的过激磁的情况发生，也就不存在过励磁误动的可能。


对变压器躲过励磁涌流和外部短路产生的不平衡电流能力方面进行核算。


该变压器容量为31500 kVA，差动速断按照5倍的高压侧额定电流整定，取此值主要是考虑还应满足灵敏度系数大于2的要求；且根据运行经验，此容量的110 kV主变压器差动速断按照5倍高压侧额定电流整定，因此躲过变压器励磁涌流应不成问题。


至于躲外部短路产生的不平衡电流能力的问题，首先是对该台主变压器从110 kV高压侧进行充电，其35 kV侧和10 kV侧断路器均未合上，排除了外部短路故障发生的可能性，因此不存在纵差保护躲不过外部短路产生不平衡电流的问题。


与此同时，现场试验检修班组反映，该主变压器经过严格检查试验后，未发现故障问题。所以问题的焦点集中在“二次谐波制动系数”的设置上。


查对该保护的说明书，保护采用按相闭锁的方式，比率差动保护采用三相差动电流中的二次谐波作为励磁涌流闭锁的判据，其动作方程表示为


Id2j> Kxb × Idj


式中 Id2j――A、B、C三相差动电流中的二次谐波电流；


Kxb――二次谐波制动系数；


Idj――为对应的三相差动电流。


该保护规定“二次谐波制动系数Kxb”整定范围为0.1～0.35，说明“利用二次谐波制动，制动比为15%～20%”，因此在该主变压器新投运前对“二次谐波制动系数Kxb”的整定考虑取值为0.2。


与保护公司取得联系后，在保护公司的支持和配合下，经过分析：“二次谐波电流Id2j”的大小与空载投运时断路器的合闸角有关，当电压过零时合闸角幅度最小，当电压最大时合闸幅值最大。此110 kV主变压器的“二次谐波制动系数Kxb”的整定值为0.2，在电压过零时合闸时有可能使“Id2j> Kxb×Idj”的等式不满足而导致空载投运不成功。


所以决定将“二次谐波制动系数Kxb”调整为0.15，使“Id2j> Kxb × Idj”的等式成立。确定调整方案后，随即通知当值调度指令变电站现场将2#主变压器的“二次谐波制动系数Kxb”由0.2调整为0.15。此系数更改后，当值调度随即指令变电站现场对2#主变压器重新进行充电工作，经过充电正常检查后，该主变压器顺利投运，并正常运行至今。


谐波产生的根本原因是由于电力系统中某些设备和负荷的非线性特性，且经过试验，励磁涌流含有大量的高次谐波分量，并以二次谐波为主。


因为谐波产生的不确定性，也就可以解释为什么主变压器纵差保护在正常运行情况下不会动作，偶尔在空载投运情况下才会出现动作的情况了。


随后，将变电站的主变压器保护“二次谐波制动系数Kxb”统一调整为0.15，运行至今，未发生此类动作情况，从而为确保系统安全运行作出了贡献。