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[摘要]：空投一台变压器时会导致相邻变压器出现和应涌流，和应涌流的存在往往导致继电保护误动作，本文通过对一起和应涌流引起发电机差动跳闸的分析，探讨500kV直接接地系统防范和应涌流引起保护误动的措施。
[关键词]：和应涌流 发电机 差动
中图分类号：TB857+.3 文献标识码：TB 文章编号：1009-914X（2012）20- 0012 -01
1.前言
當发电厂或变电所内母线上连接两台或两台以上的变压器时，如果一台变压器进行空载合闸，在变压器绕组中将出现励磁涌流，与此同时，在与其并联运行的其它中性点接地变压器绕组中也将出现浪涌电流，称作和应涌流。和应涌流与励磁涌流密切相关，交替产生。当变压器的励磁涌流处于峰值附近时，母线电压的瞬时值较低，此时不会产生和应涌流；当变压器的励磁涌流处于间断期间，励磁涌流为零；母线电压恢复到额定电压附近，变压器在励磁涌流的直流分量和高电压共同作用下将产生和应涌流。和应涌流的性质不仅取决于变压器是否空载，还与变压器中性点是否接地有关。中性点不接地时，将只产生励磁涌流，不产生和应涌流。
由于大容量变压器空载合闸的暂态过程持续时间长，和应涌流增长也较缓慢。运行变压器的差动保护有可能在变压器空载合闸一段时间后，由于和应涌流误动跳闸。由于和应涌流方向相对于励磁涌流方向反向。当系统中某台变压器空载合闸时，零序电流通过两变压器中性点、大地进入运行变压器，可能引起运行变压器零序过流保护误动跳闸。
某电厂500kV主接线方式为3/2接线方式，当时的运行方式为500kV两个完整串运行，#1机组挂在第一串、#2机组挂第二串。
2011年02月28日， #1主变完成计划检修任务，合上5011开关，对#1主变进行充电时，#2发电机第一套保护装置“发电机差动保护”动作，#2发电机组跳闸。#2发电机保护采用GE公司G60保护，采用完全双重化配置。
2.原因分析
1）#1主变波形分析
从#1发变组故障录波器、500kV升压站故障录波器录得的波形分析发现，合上5011开关对#1主变进行充电期间，最大励磁涌流的瞬时值为：A相：1.65kA；B相：2.18kA；C相：3.52kA。从#1主变充电时#1发变组故障录波器录得的主变高侧的电流电压波形图可以看出充电电流波形明显偏向于时间轴一侧，为典型的励磁涌流的波形，特别是C相，其涌流幅值最大，折算为500kV系统，其有效值是2489A，以当时#2机组所带负荷来计算，单单是涌流幅值就了达到发电机负荷电流值的3.86倍，可见本次#1主变厂变合闸充电引起的励磁涌流是相当大的。
2）#2发电机波形分析
现场检查#2发电机第一套保护装置“差动保护动作”灯亮，检查装置定值，其整定与最新定值通知单一致，其中1pu=5.0A（二次值）=25kA（一次值）。可以看出差动保护启动值对应为0.19*25kA，即4.75kA。
G60差动保护特性。保护取各侧电流最大值作为制动电流Ir，动作电流Id取两侧电流相量差绝对值。
#2发电机差动保护启动值为0.19pu，当制动电流Ir介于（0-0.19/0.3）pu范围即0～0.633pu范围时，只要差动电流大于0.19pu保护即动作；当制动电流Ir介于（0.633-1.0）pu范围时，满足差动电流Id大于0.3*Ir pu时保护动作；当制动电流Ir大于3.0pu范围时，满足差动电流Id大于0.4*Ir pu时保护动作；在制动电流介于（1.0-3.0）pu范围时，为防止区外穿越性故障装置动作曲线为一光滑的变斜率曲线。
由动作记录波形还可以看出，以保护动作时为0秒，保护动作前约422ms#1主变厂变充电，这时，#2发电机由于励磁调节器的作用，自动增加无功输出，以满足#1主变运行时所需的无功；保护动作前约32ms，B相两侧电流开始有偏差并逐步增大；保护动作时刻，B相机端电流M2-IB=15266.12A@-119.52°，B相机尾电流F2-IB=16628.99A@-138.97，由#1主变厂变充电产生的励磁涌流（主要是二次谐波）引起的差动电流为4.9805kA，即Id=0.199pu；制动电流为16.748kA，即Ir=0.669pu，大于0.633pu；此时Id/Ir=29.7%，基本满足动作条件，因此B相差动保护动作出口。
B相差动保护动作后经70ms发电机出口开关跳开，此过程中A相未出现差流，B相差流有所变化最大达到5.71kA，C相开始逐步出现差流最大达到4.44kA，但不满足C相差动电流动作值4.75kA，观察动作波形还可以发现A、C相在B相差动保护动作前一直未出现差流。
第二套发电机保护未动作，是由于保护采用了另一组CT，判断为CT特性有所差别，在第一套保护动作跳闸前，第二套发电机差动保护的差流虽然达到了启动值但由于没有达到保护整定值而没有出口。
进行#2发电机差动保护整定值检查，装置定值与最新定值通知单一致，保护动作后，继保人员对保护用CT二次回路进行了全面检查。检查CT二次回路接线紧固，无松动，二次绕组直阻正确，回路接线正确。
3.结论：
在#2机组在运行，当合500kV 5011开关，向#1主变厂变充电时，由于电气距离的关系，其励磁涌流基本上由#2机组供给，数值的大小决定于合闸时电压的相位角，不可控。而#2发电机差动保护由于机端和中性点CT的特性差异，其供给#1主变的穿越性电流产生差流，达到保护动作值而出口MFT。
直接原因是#1主变厂变在充电合闸的瞬间，由于合闸角过于偏向于时间轴而引起励磁涌流幅值过大。因此产生的和应涌流导致2号发电机差动保护动作；
主要原因是发电机出口CT（AREVA公司生产，变比25000/5）与发电机中性点CT（东方电机与机组配套的CT，变比是25000/5）均为TPY CT，其各项参数满足设计选型要求，在暂态工况的非周期量作用下二者之间饱和特性存在差异（如铁心材料、响应比、误差率、饱和曲线等），由此引起发电机出口CT和中性点CT的B相相位相差了19.37度，在这个相位差产生的差流（由#1主变厂变充电产生的励磁涌流（主要是二次谐波）反映在#2发电机上而引起的电流差值），大于差动保护的整定值而引起差动保护出口跳闸。
间接原因#1主变当时的剩磁及其引起的残压可能比较高，当充电时引起励磁涌流进一步增大等。
4.防范措施探讨
现有的500kV系统为中性点直接接地系统，操作时不具备从切断励磁涌流通路来抑制和应涌流的产生，在运行操作中可采取以下措施：
1）优化主变压器充电方案，避免在相邻机组满负荷时进行操作。
2）充电前对主变压器高侧三相进行接地放电，消除剩磁；
现有大型变压器、发电机多采用比率制动特性原理的差动保护，比率差动保护的最小动作电流一般整定为变压器二次额定电流0.5～1.0倍，最小制动电流一般整定为变压器二次额定电流1.0倍，定值整定过小，变压器空载合闸时和应涌流有可能超过变压器差动保护动作值，造成差动保护动作，为此在保证差动保护灵敏度的前提下，适当整定变压器差动保护最小动作值，抬高差动保护定值门槛，就有可能避免差动保护误动。根据以上原因分析，保护方面现场主要采取以下措施：
1）根据跳机的原因、录波数据以及系统参数的变化，对差动保护整定值进行复核；
2）有条件时对差动保护用CT进行饱和特性校验；
3）安装变压器智能合闸相角控制装置；
4）为便于分析，有条件时将机端电流信号引入机组故障录波装置。
参考文献：
[1]王维俭.电气主设备继电保护原理与应用[M].2版.北京：中国电力出版社，2002.
[2]张雪松，何奔腾.基于误差估计的变压器励磁涌流识别原理[J].中国电机工程学报，2005，25（3）：94-99.
[关键词]：和应涌流 发电机 差动
中图分类号：TB857+.3 文献标识码：TB 文章编号：1009-914X（2012）20- 0012 -01
1.前言
當发电厂或变电所内母线上连接两台或两台以上的变压器时，如果一台变压器进行空载合闸，在变压器绕组中将出现励磁涌流，与此同时，在与其并联运行的其它中性点接地变压器绕组中也将出现浪涌电流，称作和应涌流。和应涌流与励磁涌流密切相关，交替产生。当变压器的励磁涌流处于峰值附近时，母线电压的瞬时值较低，此时不会产生和应涌流；当变压器的励磁涌流处于间断期间，励磁涌流为零；母线电压恢复到额定电压附近，变压器在励磁涌流的直流分量和高电压共同作用下将产生和应涌流。和应涌流的性质不仅取决于变压器是否空载，还与变压器中性点是否接地有关。中性点不接地时，将只产生励磁涌流，不产生和应涌流。
由于大容量变压器空载合闸的暂态过程持续时间长，和应涌流增长也较缓慢。运行变压器的差动保护有可能在变压器空载合闸一段时间后，由于和应涌流误动跳闸。由于和应涌流方向相对于励磁涌流方向反向。当系统中某台变压器空载合闸时，零序电流通过两变压器中性点、大地进入运行变压器，可能引起运行变压器零序过流保护误动跳闸。
某电厂500kV主接线方式为3/2接线方式，当时的运行方式为500kV两个完整串运行，#1机组挂在第一串、#2机组挂第二串。
2011年02月28日， #1主变完成计划检修任务，合上5011开关，对#1主变进行充电时，#2发电机第一套保护装置“发电机差动保护”动作，#2发电机组跳闸。#2发电机保护采用GE公司G60保护，采用完全双重化配置。
2.原因分析
1）#1主变波形分析
从#1发变组故障录波器、500kV升压站故障录波器录得的波形分析发现，合上5011开关对#1主变进行充电期间，最大励磁涌流的瞬时值为：A相：1.65kA；B相：2.18kA；C相：3.52kA。从#1主变充电时#1发变组故障录波器录得的主变高侧的电流电压波形图可以看出充电电流波形明显偏向于时间轴一侧，为典型的励磁涌流的波形，特别是C相，其涌流幅值最大，折算为500kV系统，其有效值是2489A，以当时#2机组所带负荷来计算，单单是涌流幅值就了达到发电机负荷电流值的3.86倍，可见本次#1主变厂变合闸充电引起的励磁涌流是相当大的。
2）#2发电机波形分析
现场检查#2发电机第一套保护装置“差动保护动作”灯亮，检查装置定值，其整定与最新定值通知单一致，其中1pu=5.0A（二次值）=25kA（一次值）。可以看出差动保护启动值对应为0.19*25kA，即4.75kA。
G60差动保护特性。保护取各侧电流最大值作为制动电流Ir，动作电流Id取两侧电流相量差绝对值。
#2发电机差动保护启动值为0.19pu，当制动电流Ir介于（0-0.19/0.3）pu范围即0～0.633pu范围时，只要差动电流大于0.19pu保护即动作；当制动电流Ir介于（0.633-1.0）pu范围时，满足差动电流Id大于0.3*Ir pu时保护动作；当制动电流Ir大于3.0pu范围时，满足差动电流Id大于0.4*Ir pu时保护动作；在制动电流介于（1.0-3.0）pu范围时，为防止区外穿越性故障装置动作曲线为一光滑的变斜率曲线。
由动作记录波形还可以看出，以保护动作时为0秒，保护动作前约422ms#1主变厂变充电，这时，#2发电机由于励磁调节器的作用，自动增加无功输出，以满足#1主变运行时所需的无功；保护动作前约32ms，B相两侧电流开始有偏差并逐步增大；保护动作时刻，B相机端电流M2-IB=15266.12A@-119.52°，B相机尾电流F2-IB=16628.99A@-138.97，由#1主变厂变充电产生的励磁涌流（主要是二次谐波）引起的差动电流为4.9805kA，即Id=0.199pu；制动电流为16.748kA，即Ir=0.669pu，大于0.633pu；此时Id/Ir=29.7%，基本满足动作条件，因此B相差动保护动作出口。
B相差动保护动作后经70ms发电机出口开关跳开，此过程中A相未出现差流，B相差流有所变化最大达到5.71kA，C相开始逐步出现差流最大达到4.44kA，但不满足C相差动电流动作值4.75kA，观察动作波形还可以发现A、C相在B相差动保护动作前一直未出现差流。
第二套发电机保护未动作，是由于保护采用了另一组CT，判断为CT特性有所差别，在第一套保护动作跳闸前，第二套发电机差动保护的差流虽然达到了启动值但由于没有达到保护整定值而没有出口。
进行#2发电机差动保护整定值检查，装置定值与最新定值通知单一致，保护动作后，继保人员对保护用CT二次回路进行了全面检查。检查CT二次回路接线紧固，无松动，二次绕组直阻正确，回路接线正确。
3.结论：
在#2机组在运行，当合500kV 5011开关，向#1主变厂变充电时，由于电气距离的关系，其励磁涌流基本上由#2机组供给，数值的大小决定于合闸时电压的相位角，不可控。而#2发电机差动保护由于机端和中性点CT的特性差异，其供给#1主变的穿越性电流产生差流，达到保护动作值而出口MFT。
直接原因是#1主变厂变在充电合闸的瞬间，由于合闸角过于偏向于时间轴而引起励磁涌流幅值过大。因此产生的和应涌流导致2号发电机差动保护动作；
主要原因是发电机出口CT（AREVA公司生产，变比25000/5）与发电机中性点CT（东方电机与机组配套的CT，变比是25000/5）均为TPY CT，其各项参数满足设计选型要求，在暂态工况的非周期量作用下二者之间饱和特性存在差异（如铁心材料、响应比、误差率、饱和曲线等），由此引起发电机出口CT和中性点CT的B相相位相差了19.37度，在这个相位差产生的差流（由#1主变厂变充电产生的励磁涌流（主要是二次谐波）反映在#2发电机上而引起的电流差值），大于差动保护的整定值而引起差动保护出口跳闸。
间接原因#1主变当时的剩磁及其引起的残压可能比较高，当充电时引起励磁涌流进一步增大等。
4.防范措施探讨
现有的500kV系统为中性点直接接地系统，操作时不具备从切断励磁涌流通路来抑制和应涌流的产生，在运行操作中可采取以下措施：
1）优化主变压器充电方案，避免在相邻机组满负荷时进行操作。
2）充电前对主变压器高侧三相进行接地放电，消除剩磁；
现有大型变压器、发电机多采用比率制动特性原理的差动保护，比率差动保护的最小动作电流一般整定为变压器二次额定电流0.5～1.0倍，最小制动电流一般整定为变压器二次额定电流1.0倍，定值整定过小，变压器空载合闸时和应涌流有可能超过变压器差动保护动作值，造成差动保护动作，为此在保证差动保护灵敏度的前提下，适当整定变压器差动保护最小动作值，抬高差动保护定值门槛，就有可能避免差动保护误动。根据以上原因分析，保护方面现场主要采取以下措施：
1）根据跳机的原因、录波数据以及系统参数的变化，对差动保护整定值进行复核；
2）有条件时对差动保护用CT进行饱和特性校验；
3）安装变压器智能合闸相角控制装置；
4）为便于分析，有条件时将机端电流信号引入机组故障录波装置。
参考文献：
[1]王维俭.电气主设备继电保护原理与应用[M].2版.北京：中国电力出版社，2002.
[2]张雪松，何奔腾.基于误差估计的变压器励磁涌流识别原理[J].中国电机工程学报，2005，25（3）：94-99.