Những lỗi phổ biến nào thường gặp phải trong quá trình vận hành bảo vệ sai khác dọc của máy biến áp điện?

Felix Spark

Trường dữ liệu: Hư hỏng và Bảo trì

China

Bảo vệ Dòng Sai Phân Dọc Biến áp: Các Vấn đề Thường Gặp và Giải pháp

Bảo vệ dòng sai phân dọc biến áp là phức tạp nhất trong tất cả các bảo vệ dòng sai phân thành phần. Đôi khi xảy ra sự cố vận hành. Theo thống kê năm 1997 của Mạng Điện Bắc Trung Quốc cho các biến áp có điện áp định mức 220 kV trở lên, đã có tổng cộng 18 lần hoạt động không chính xác, trong đó 5 lần do bảo vệ dòng sai phân dọc—chiếm khoảng một phần ba. Nguyên nhân gây ra hoạt động không chính xác hoặc không hoạt động bao gồm các vấn đề liên quan đến vận hành, bảo trì và quản lý, cũng như các vấn đề trong sản xuất, lắp đặt và thiết kế. Bài viết này phân tích các vấn đề phổ biến liên quan đến thực tế và đưa ra các phương pháp giảm thiểu thực tế.

1. Dòng Không Cân Bằng Do Dòng Khởi Động Biến áp

Trong quá trình vận hành bình thường, dòng từ hóa chỉ chảy ở bên được cấp điện và tạo ra dòng không cân bằng trong bảo vệ dòng sai phân. Thông thường, dòng từ hóa chiếm 3%–8% của dòng định mức; đối với các biến áp lớn, nó thường ít hơn 1%. Trong trường hợp lỗi ngoại vi, sự sụt giảm điện áp làm giảm dòng từ hóa, giảm thiểu tác động của nó. Tuy nhiên, trong quá trình khởi động một biến áp không tải hoặc phục hồi điện áp sau khi loại bỏ lỗi ngoại vi, có thể xảy ra dòng khởi động lớn—đạt 6–8 lần dòng định mức.

Dòng khởi động này chứa các thành phần không tuần hoàn đáng kể và các谐波，主要是二次谐波，并表现出电流波形的不连续性（死区）。

纵向差动保护中的缓解方法：

(1) 带快速饱和电流互感器的BCH型继电器：
在外部故障期间，高非周期分量迅速使快速饱和变压器的铁芯饱和，防止不平衡电流传递到继电器线圈—从而避免误跳闸。在内部故障期间，虽然初始存在非周期分量，但它们在约2个周期内衰减。之后，只有周期性故障电流流动，使继电器灵敏动作。

(2) 使用二次谐波闭锁的微处理器继电器：
大多数现代数字继电器使用二次谐波闭锁来区分励磁涌流和内部故障。如果在外部故障清除期间发生误操作：

从逐相（“与”）闭锁切换到最大相（“或”）闭锁模式。
将二次谐波闭锁比降低到10%–12%。
在故障清除后五次谐波含量也高的大容量系统中，增加五次谐波闭锁。
对于配备双差动保护的变压器，考虑使用波形对称原理来识别励磁涌流—这种方法比单独使用谐波闭锁更灵敏可靠。

2. 电流互感器二次回路接线错误

误操作的一个常见原因是电流互感器（CT）二次端子极性接反—这是由于培训不足、偏离设计图纸或调试检查不足造成的。

预防措施：
在新安装、定期测试或任何二次回路修改后投入纵向差动保护之前，必须加载变压器并进行以下检查：

使用高阻抗电压表测量差动回路中的不平衡电压；它必须符合规范限制。
测量所有侧的二次电流幅值和相角。
构建六边形向量图以验证同相电流的向量和为零或接近零，确认接线正确。

只有在这些验证之后，才能正式投入保护。

3. 二次回路接触不良或开路

每年都会发生由于CT二次回路连接松动或开路导致的误操作。

建议：

加强运行中差动电流的实时监测。
继电器安装/调试或大型变压器大修后，检查所有CT二次连接。
拧紧端子螺丝并使用弹簧垫圈或防振夹。
对于关键应用，使用两条平行电缆进行差动二次接线以减轻开路风险。

4. 差动保护二次回路接地问题

一些站点违反反事故措施，在保护柜和开关场端子箱中各有一个接地点。由此产生的地电位差，特别是在雷击或附近焊接时，可能会引起虚假差动电流并导致误跳闸。

解决方案：
严格执行单点接地。唯一的可靠接地点应位于保护柜内。

5. 电流互感器二次电缆绝缘劣化

电流互感器二次电缆的绝缘失效—通常由于施工不当—也会导致误操作。常见原因包括：

铺设过程中电缆护套损坏，
长度不足时拼接两根电缆，
焊接电缆管时电缆内部受热损坏。

这些都会给保护可靠性带来隐患。

预防措施：

在主要设备维护期间，定期使用1000 V兆欧表测试每芯对地和芯对芯之间的绝缘电阻；值必须满足规范要求。
保持端子上的裸露导线尽可能短，以防止因振动而意外接地或相间短路。

6. 纵联差动保护用电流互感器的选择

差动保护涉及不同电压等级的CT，具有不同的变比和型号，导致暂态特性不匹配—这可能是误操作或不动作的潜在来源。

500 kV侧：使用TP级CT（暂态性能级），其有间隙铁芯将剩磁限制在饱和磁通的10%以内，大大提高了暂态响应。
220 kV及以下：通常使用P级CT，无气隙，剩磁较高，暂态性能较差。

选择指南：虽然TP级CT提供了优越的技术性能，但它们价格昂贵且体积庞大—尤其是在低压侧，安装在封闭母线管道中很困难。因此，除非系统有特殊要求，否则如果P级CT能满足实际运行需求，则应优先选用P级CT—避免不必要的成本和安装挑战。

此外，二次电缆截面必须足够：

对于长电缆线路，使用≥4 mm²的导体尺寸以最小化负担并确保精度。

抱歉，我注意到翻译过程中出现了一些错误。以下是完整的越南语翻译：

Bảo vệ Dòng Sai Phân Dọc Biến áp: Các Vấn đề Thường Gặp và Giải pháp

1. Dòng Không Cân Bằng Do Dòng Khởi Động Biến áp

Dòng khởi động này chứa các thành phần không tuần hoàn đáng kể và các hài cát bậc cao, chủ yếu là hài cát bậc hai, và biểu hiện sự gián đoạn của sóng dòng (góc chết).

Các phương pháp giảm thiểu trong bảo vệ dòng sai phân dọc:

(1) Rơle loại BCH với biến áp dòng nhanh bão hòa:
Trong trường hợp lỗi ngoại vi, thành phần không tuần hoàn cao nhanh chóng bão hòa lõi của biến áp dòng nhanh bão hòa, ngăn chặn dòng không cân bằng chuyển sang cuộn dây rơle—như vậy tránh được việc nhảy sai. Trong trường hợp lỗi nội vi, mặc dù ban đầu có thành phần không tuần hoàn, chúng sẽ suy giảm sau khoảng 2 chu kỳ. Sau đó, chỉ có dòng lỗi tuần hoàn chảy, cho phép rơle hoạt động nhạy bén.

(2) Rơle dựa trên vi xử lý sử dụng chế độ hạn chế bằng hài cát bậc hai:
Những rơle số hiện đại đa số sử dụng chế độ hạn chế bằng hài cát bậc hai để phân biệt giữa dòng khởi động và lỗi nội vi. Nếu xảy ra nhảy sai trong quá trình loại bỏ lỗi ngoại vi:

Chuyển từ chế độ hạn chế theo pha ("AND") sang chế độ hạn chế theo pha tối đa ("OR").
Giảm tỷ lệ hạn chế bằng hài cát bậc hai xuống 10%–12%.
Trong các hệ thống có công suất lớn, nơi mà hàm lượng hài cát bậc năm cũng cao sau khi loại bỏ lỗi, hãy thêm chế độ hạn chế bằng hài cát bậc năm.
Đối với các biến áp được trang bị hai bảo vệ dòng sai phân, hãy xem xét sử dụng nguyên tắc đối xứng của sóng để nhận biết dòng khởi động—phương pháp này nhạy bén và tin cậy hơn so với việc sử dụng riêng hài cát bậc hai.

2. Lỗi Kết Nối Trong Các Mạch Thứ Hai Của CT

Một nguyên nhân thường gặp của việc nhảy sai là cực tính ngược của các đầu nối thứ hai của biến áp dòng (CT)—kết quả của việc đào tạo không đầy đủ, chệch khỏi bản vẽ thiết kế, hoặc kiểm tra đưa vào sử dụng không đủ.

Thực hành phòng ngừa:
Trước khi đưa bảo vệ dòng sai phân dọc vào sử dụng—sau khi lắp mới, kiểm tra định kỳ, hoặc bất kỳ sửa đổi nào trong mạch thứ hai—biến áp phải được tải, và thực hiện các kiểm tra sau:

Đo điện áp không cân bằng trong mạch sai phân bằng voltmeter có trở kháng cao; nó phải tuân thủ giới hạn quy định.
Đo cường độ và góc pha của dòng thứ hai trên tất cả các bên.
Xây dựng sơ đồ vectơ lục giác để xác minh rằng tổng vectơ của các dòng cùng pha là zero hoặc gần zero, xác nhận kết nối đúng.

Chỉ sau khi xác minh, bảo vệ mới được đưa vào sử dụng chính thức.

3. Tiếp Xúc Kém Hoặc Mạch Mở Trong Các Mạch Thứ Hai

Những nhảy sai do các kết nối lỏng lẻo hoặc mạch mở trong các mạch thứ hai của CT xảy ra hàng năm.

Lời khuyên:

Tăng cường giám sát thời gian thực của dòng sai phân trong quá trình vận hành.
Sau khi lắp đặt/rơle đưa vào sử dụng hoặc đại tu biến áp lớn, hãy kiểm tra tất cả các kết nối thứ hai của CT.
Siết chặt vít đầu nối và sử dụng đệm lò xo hoặc kẹp chống rung.
Đối với các ứng dụng quan trọng, hãy sử dụng hai cáp song song cho dây dẫn thứ hai của mạch sai phân để giảm nguy cơ mạch mở.

4. Các Vấn Đề Về Đặt Đất Trong Mạch Thứ Hai Của Bảo Vệ Dòng Sai Phân

Một số địa điểm vi phạm các biện pháp chống tai nạn bằng cách có hai điểm đặt đất—một điểm trong tủ bảo vệ và một điểm khác trong hộp đầu cuối sân điện. Sự khác biệt về điện thế đặt đất, đặc biệt là trong thời gian sét đánh hoặc hàn gần đó, có thể gây ra dòng sai phân giả và gây nhảy sai.

Giải pháp:
Thực hiện nghiêm ngặt việc đặt đất một điểm. Điểm đặt đất đáng tin cậy duy nhất nên nằm bên trong tủ bảo vệ.

5. Sự Hư Hỏng Cách Điện Của Dây Dẫn Thứ Hai Của CT

Sự hư hỏng cách điện của dây dẫn thứ hai của CT—thường do thực hành xây dựng kém—cũng dẫn đến việc nhảy sai. Các nguyên nhân phổ biến bao gồm:

Hư hỏng vỏ dây dẫn trong quá trình đặt,
Nối hai dây dẫn khi chiều dài không đủ,
Hàn ống dây dẫn khi có dây dẫn bên trong, gây hư hỏng nhiệt.

Những điều này tạo ra rủi ro tiềm ẩn cho độ tin cậy của bảo vệ.

Các biện pháp phòng ngừa:

Trong quá trình bảo dưỡng thiết bị lớn, hãy kiểm tra định kỳ điện trở cách điện giữa mỗi lõi và đất, cũng như giữa các lõi, bằng megohmmeter 1000 V; giá trị phải đáp ứng yêu cầu quy định.
Giữ các đầu dây hở ở đầu nối càng ngắn càng tốt để ngăn chặn việc đặt đất hoặc ngắn mạch giữa các pha do rung động.

6. Chọn Chọn Biến Áp Dòng Cho Bảo Vệ Dòng Sai Phân Dọc

Bảo vệ dòng sai phân liên quan đến CT ở các cấp điện áp khác nhau, với tỷ lệ và mẫu khác nhau, dẫn đến các đặc tính tạm thời không khớp—một nguồn tiềm năng gây ra nhảy sai hoặc không hoạt động.

Phía 500 kV: Sử dụng CT loại TP (lớp hiệu suất tạm thời), có lõi có khe hở hạn chế dư từ còn lại dưới 10% của dòng từ bão hòa, cải thiện đáng kể phản ứng tạm thời.
Phía 220 kV và dưới: Thường sử dụng CT loại P, không có khe hở, dư từ còn lại cao hơn, và hiệu suất tạm thời kém hơn.

Hướng dẫn chọn lựa: Mặc dù CT loại TP cung cấp hiệu suất kỹ thuật vượt trội, nhưng chúng đắt tiền và cồng kềnh—đặc biệt là ở phía điện áp thấp, nơi lắp đặt trong ống bus kín rất khó khăn. Do đó, trừ khi có yêu cầu đặc biệt của hệ thống, nếu CT loại P đáp ứng nhu cầu vận hành thực tế, thì nên ưu tiên sử dụng CT loại P—tránh chi phí và thách thức lắp đặt không cần thiết.

Ngoài ra, tiết diện dây dẫn thứ hai phải đủ: