廖承民，李玉志，楊文佳，王寶秀，張慧峰，唐敏

（國(guó)網(wǎng)山東省電力公司濰坊供電公司，山東濰坊261021）

兩變壓器差動(dòng)保護(hù)同時(shí)誤動(dòng)故障分析

廖承民，李玉志，楊文佳，王寶秀，張慧峰，唐敏

（國(guó)網(wǎng)山東省電力公司濰坊供電公司，山東濰坊261021）

根據(jù)變壓器差動(dòng)保護(hù)原理，結(jié)合事故報(bào)文，利用數(shù)學(xué)工具對(duì)銅集變電站進(jìn)行變壓器差動(dòng)電流有效值及其二次諧波含量的計(jì)算和分析。并針對(duì)“姊妹”型變壓器安裝運(yùn)行于同一個(gè)廠站的接線方式，提出兩臺(tái)變壓器差動(dòng)保護(hù)因勵(lì)磁涌流可能同時(shí)動(dòng)作跳閘的防范措施。

備自投裝置；差動(dòng)電流；有效值；二次諧波；勵(lì)磁涌流

0　引言

2012年11月13日，110 kV銅集變電站兩臺(tái)變壓器因主供電線路故障，引起差動(dòng)保護(hù)同時(shí)動(dòng)作斷路器跳閘。結(jié)合變壓器差動(dòng)保護(hù)原理、故障錄波、事故報(bào)文等資料，對(duì)變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)的原因進(jìn)行分析。銅集變電站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，由110 kV旺銅線供電，110 kV佳銅線充電備用，110 kV備自投裝置、10 kV分段備自投裝置投入運(yùn)行，1號(hào)、2號(hào)變壓器分別供電給10 kVⅠ、Ⅱ段母線負(fù)荷。

圖1　銅集站一次網(wǎng)絡(luò)接線圖

1　保護(hù)功能與原理

1.1銅集站變壓器差動(dòng)保護(hù)

銅集站1號(hào)、2號(hào)變壓器配置CST31A型保護(hù)，差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作特性由初始動(dòng)作電流Icd、拐點(diǎn)電流Ib、基波比率制動(dòng)特性斜率KId三要素決定［1］，如圖2所示。變壓器發(fā)生輕微故障如很少匝間短路時(shí)，差動(dòng)保護(hù)不帶制動(dòng)，具有較高的靈敏度；變壓器差動(dòng)保護(hù)區(qū)內(nèi)發(fā)生嚴(yán)重故障時(shí)，差動(dòng)速斷保護(hù)快速動(dòng)作，跳開(kāi)相關(guān)斷路器；變壓器差動(dòng)保護(hù)區(qū)外發(fā)生故障時(shí)，差動(dòng)保護(hù)帶制動(dòng)，具有較高的可靠性；二次諧波制動(dòng)的作用在于區(qū)分差流是故障電流還是勵(lì)磁電流，當(dāng)差電流中二次諧波分量與基波分量比值的絕對(duì)值達(dá)到0.2及以上時(shí)，二次諧波制動(dòng)特性發(fā)揮作用，差動(dòng)保護(hù)能夠躲過(guò)勵(lì)磁涌流的影響［2］。

圖2　變壓器差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作特性

1.2旺銅線保護(hù)配置

220 kV旺佳站1號(hào)變壓器供電給110 kVⅠ母線、旺銅線等。旺銅線電源側(cè)主要配置三段式距離保護(hù)、三段式零序保護(hù)、線路2 s檢無(wú)壓重合閘，重合閘后加速零序過(guò)流保護(hù)等。旺銅線總長(zhǎng)度4.78 km。

2　故障現(xiàn)象與檢查處理過(guò)程

2012-11-13T18∶00∶31，110 kV旺銅線發(fā)生B相接地故障，零序Ⅰ段、距離Ⅰ段保護(hù)動(dòng)作，113斷路器跳閘，重合不成功，故障測(cè)距3.1 km。銅集站1號(hào)、2號(hào)變壓器差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，111斷路器、100斷路器、001斷路器、002斷路器跳閘，110 kV、10 kV備自投裝置啟動(dòng)，斷路器未動(dòng)作。

檢查發(fā)現(xiàn)，旺銅線跳閘原因?yàn)橐坏踯?chē)在17～18號(hào)桿間吊鋼架時(shí)碰觸旺銅線B相導(dǎo)線，導(dǎo)線有放電點(diǎn)。

銅集站兩臺(tái)變壓器相關(guān)斷路器跳閘后，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)差動(dòng)保護(hù)范圍內(nèi)可能存在的故障點(diǎn)進(jìn)行了檢查，兩臺(tái)變壓器110 kV側(cè)中性點(diǎn)絕緣良好未擊穿；針對(duì)100斷路器與TA5、TA2之間發(fā)生高阻抗接地故障的可能性，進(jìn)行110 kV GIS組合電器局放耐壓試驗(yàn)，結(jié)果顯示正常；對(duì)兩臺(tái)變壓器保護(hù)進(jìn)行檢驗(yàn)，結(jié)果顯示符合技術(shù)規(guī)范要求。

3　保護(hù)與自動(dòng)裝置動(dòng)作行為分析

3.1旺銅線保護(hù)動(dòng)作行為

旺銅線發(fā)生B相接地故障，故障相電流為34.17× 120=4 100（A），故障零序電流33.94×120=4 070（A），故障測(cè)距為3.1 km。故障錄波見(jiàn)圖3，其中“1區(qū)”為旺銅線B相故障發(fā)生至113斷路器第一次跳閘時(shí)段，“2區(qū)”為113斷路器第一次跳閘后至重合閘動(dòng)作合閘前時(shí)段，“3區(qū)”為113斷路器重合于故障線路到第二次跳閘前時(shí)段，“4區(qū)”為113斷路器第二次跳閘后時(shí)段。

圖3　旺佳站1號(hào)變壓器220 kV側(cè)錄波圖

旺銅線保護(hù)裝置動(dòng)作報(bào)告顯示其故障時(shí)的保護(hù)動(dòng)作時(shí)序?yàn)椋和~線B相接地后19 ms零序過(guò)流Ⅰ段動(dòng)作，25 ms距離Ⅰ段動(dòng)作，2 078 ms重合閘動(dòng)作，2 378 ms零序保護(hù)加速跳閘。

3.2銅集站110 kV側(cè)備自投動(dòng)作行為

銅集站2號(hào)變壓器數(shù)據(jù)采樣值見(jiàn)表1。IA、IB、IC為變壓器高壓側(cè)電流值，Ia、Ib、Ic為變壓器低壓側(cè)電流值。銅集站變壓器錄波圖顯示，1號(hào)和2號(hào)變壓器分別在4 101 ms、4 117 ms，即旺佳站旺銅線113斷路器第二次跳閘后約1 685 ms時(shí)，測(cè)得差動(dòng)保護(hù)起動(dòng)電流分別為1.61 A、1.60 A。同時(shí)，2號(hào)變壓器低壓側(cè)電流最大值達(dá)到Ib=7.4×300=2 220（A）。因此，旺佳站旺銅線113斷路器第二次跳閘后，銅集站110 kV備自投裝置檢測(cè)到旺銅線“線路無(wú)電流（小于0.40 A），110 kVⅠ段母線無(wú)電壓（小于20.0 V）”，符合110 kV備自投裝置起動(dòng)條件，起動(dòng)跳開(kāi)旺銅線111斷路器，合上佳銅線112斷路器。

3.3銅集站10 kV側(cè)備自投裝置動(dòng)作行為

銅集站1號(hào)變壓器、2號(hào)變壓器差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作跳閘后，其10 kVⅠ、Ⅱ段母線同時(shí)失壓，符合“10 kVⅠ、Ⅱ母線任何一段失壓即閉鎖BZT（動(dòng)作放電）”條件，即10 kV備自投裝置起動(dòng)閉鎖由本裝置跳開(kāi)或合上1號(hào)變壓器001斷路器、2號(hào)變壓器002斷路器功能。那么，跳開(kāi)1號(hào)變壓器001斷路器、2號(hào)變壓器002斷路器及100斷路器、112斷路器的保護(hù)只能是其差動(dòng)保護(hù)。

表1　銅集站2號(hào)變壓器高低壓側(cè)采樣值A(chǔ)

3.4銅集站兩臺(tái)變壓器差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作行為

3.4.1勵(lì)磁涌流導(dǎo)致差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作

CST31A型變壓器差動(dòng)保護(hù)二次諧波制定原理如圖4［3-4］。根據(jù)差動(dòng)保護(hù)原理和2號(hào)變壓器采樣值，計(jì)算2號(hào)變壓器差動(dòng)電流有效值，并利用數(shù)學(xué)工具，進(jìn)一步計(jì)算差動(dòng)電流有效值中的二次諧波含量，見(jiàn)表2，二次諧波含量曲線如圖5。

圖4　變壓器差動(dòng)保護(hù)二次諧波制動(dòng)原理

圖5　2號(hào)變壓器差動(dòng)電流二次諧波含量曲線

如表2所示，由于A、B相差電流有效值均低于初始動(dòng)作電流ICD=1.09 A，A、B相退出二次諧波判別，而C相差電流有效值及二次諧波含量（1～3和6～7采樣點(diǎn)）滿足變壓器差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作條件，2號(hào)變壓器差動(dòng)保護(hù)跳開(kāi)其兩側(cè)斷路器跳閘。

表2　銅集站2號(hào)變壓器差動(dòng)電流有效值及二次諧波含量

3.4.21號(hào)變壓器跳閘原因

銅集站1和2號(hào)變壓器型號(hào)為SZ10-50000/110，短路電壓百分?jǐn)?shù)分別為10.42%、10%，空載電流百分?jǐn)?shù)分別為0.188%、0.25%，短路損耗分別為187.07 kW、193.14 kW，空載損耗分別為32 kW、33.1 kW，1號(hào)和2號(hào)變壓器為典型的“姊妹”型變壓器。銅集站兩臺(tái)變壓器在110 kV備自投裝置動(dòng)作，將供電電源切至110 kV佳銅線時(shí)，產(chǎn)生了相近甚至同樣的勵(lì)磁涌流，而且沒(méi)有躲過(guò)差動(dòng)保護(hù)，造成1號(hào)變壓器兩側(cè)斷路器同時(shí)跳閘。

3.5故障分析

110 kV旺銅線和銅集站1號(hào)、2號(hào)變壓器跳閘順序應(yīng)為：

1）旺佳站：110 kV旺銅線發(fā)生B相單相接地故障，零序Ⅰ段、距離Ⅰ段保護(hù)動(dòng)作，113斷路器跳閘，重合不成，113斷路器跳閘。

2）銅集站：110 kV備自投裝置動(dòng)作，旺銅線111斷路器跳閘，佳銅線112斷路器合閘。1號(hào)、2號(hào)變壓器差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，1號(hào)變壓器差動(dòng)保護(hù)跳開(kāi)001斷路器、100斷路器、111斷路器，2號(hào)變壓器差動(dòng)保護(hù)跳開(kāi)002斷路器、100斷路器、112斷路器。10 kV備自投裝置啟動(dòng)閉鎖由本裝置跳開(kāi)或合上1號(hào)變壓器001斷路器、2號(hào)變壓器002斷路器。

3）銅集站：1號(hào)、2號(hào)變壓器在區(qū)外故障切除后切換至另一電源繼續(xù)供電時(shí)，其勵(lì)磁涌流引起差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作跳開(kāi)相應(yīng)斷路器，差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作屬于誤動(dòng)作。

可見(jiàn)，銅集站110 kV備自投裝置起動(dòng)，“斷路器未動(dòng)作”是一種假象，實(shí)際上110 kV備自投裝置起動(dòng)，充電線路佳銅線112斷路器合閘后又被2號(hào)變壓器差動(dòng)保護(hù)跳開(kāi)了。而10 kV備自投裝置未啟動(dòng)，所以不存在斷路器合閘的問(wèn)題。

4　措施及效果

針對(duì)本案例，在變電站的設(shè)計(jì)、運(yùn)行管理、保護(hù)整定方面可采取以下措施，以解決變壓器差動(dòng)保護(hù)因勵(lì)磁涌流引起誤動(dòng)所造成的影響。

1）注意變電站變壓器設(shè)計(jì)選型。同一個(gè)廠站應(yīng)安裝不同廠家、不同型號(hào)的變壓器，盡量避免“姊妹”型變壓器安裝運(yùn)行于同一個(gè)廠站。

2）調(diào)整變電站運(yùn)行方式。如圖1所示，同一個(gè)廠站運(yùn)行有“姊妹”型變壓器時(shí)，將正常運(yùn)行方式調(diào)整為：1號(hào)變壓器運(yùn)行于110 kVⅠ段母線由旺銅線供電，2號(hào)變壓器運(yùn)行于Ⅱ段母線由佳銅線供電，100斷路器熱備用，投入110 kV、10 kV備自投裝置。

3）調(diào)整差動(dòng)保護(hù)二次諧波制動(dòng)系數(shù)。將二次諧波制動(dòng)系數(shù)Kxb進(jìn)行調(diào)整，使Kxb≤0.15［5］。

針對(duì)銅集站采取2）、3）兩項(xiàng)措施。兩年多的運(yùn)行結(jié)果表明，在類似故障情況下主供、備用電源線路能夠成功切換，兩臺(tái)變壓器差動(dòng)保護(hù)同時(shí)誤動(dòng)的問(wèn)題得到解決。

5　結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)銅集站1號(hào)、2號(hào)變壓器及其供電電源側(cè)跳閘信息的整理、計(jì)算，結(jié)合變壓器差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作特性和變壓器差動(dòng)保護(hù)二次諧波制動(dòng)原理，深入分析了銅集站110 kV、10 kV備自投裝置及其兩臺(tái)變壓器差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作行為，并提出了解決類似問(wèn)題的措施。為保障對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行的安全調(diào)控，電網(wǎng)調(diào)控人員應(yīng)對(duì)電網(wǎng)中所有在線運(yùn)行的繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置原理及動(dòng)作情況進(jìn)行深入研究，能夠分析保護(hù)動(dòng)作行為，準(zhǔn)確定位故障，及時(shí)準(zhǔn)確處理事故，并應(yīng)提前做好各種方式的事故預(yù)案及演練，保障正確、迅速地處理故障電網(wǎng)。

［1］王敬引，史文麗，張洪.淺談變壓器微機(jī)差動(dòng)保護(hù)的定值整定原則［J］.河北電力技術(shù)，2004，23（6）：22-24，44.

［2］方展洲.變壓器二次諧波制動(dòng)差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)分析及對(duì)策［J］.電工文摘，2013（3）：35-37.

［3］賀家李，宋從矩.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理［M］.北京：中國(guó)電力出版社，1994.

［4］武春菊，張學(xué)清，石鳳蘭.勵(lì)磁涌流引起變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)分析及對(duì)策［J］.華北電力技術(shù)，2007（3）：51-54.

［5］王立大，段周朝.變壓器勵(lì)磁涌流引起保護(hù)誤動(dòng)分析［J］.電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2010，38（10）：138-140，144.

Malfunction of Differential Protection for Main Transformers

LIAO Chengmin，LI Yuzhi，YANG Wenjia，WANG Baoxiu，ZHANG Huifeng，TANG Min
（State Grid Weifang Power Supply Company，Weifang 261021，China）

According to the principle of differential protection and in combination with accident information，the RMS and second harmonic content of main transformer differential current are calculated and analyzed on the base of mathematical tools in Tongji substation.For the connection mode that"sister"main transformers are installing and operating in the same plant station，measures of preventing two differential protection devices from tripping because of inrush current are proposed.

spare power automatic transform system；differential current；effective values；second harmonic；excitation inrush current

TM773

B

1007－9904（2015）10－0057－04

2015-05-25

廖承民（1966），男，工程師、高級(jí)技師，從事技術(shù)類培訓(xùn)教學(xué)管理工作；

李玉志（1970），男，高級(jí)工程師，從事電網(wǎng)調(diào)控管理工作；楊文佳（1983），男，工程師、技師，從事電網(wǎng)調(diào)控管理工作。