一起電子式互感器缺陷引起的保護(hù)誤動分析

黃志華，唐明，董建強(qiáng)

（湖州電力局，浙江湖州313000）

一起電子式互感器缺陷引起的保護(hù)誤動分析

黃志華，唐明，董建強(qiáng)

（湖州電力局，浙江湖州313000）

針對一次偶發(fā)的主變差動保護(hù)跳閘的事故，結(jié)合智能變電站數(shù)據(jù)中心錄波文件，分析了有源電子式電流互感器對快速動作的差動保護(hù)帶來的影響，通過現(xiàn)場試驗和試驗室測試驗證了有源電子式電流互感器在設(shè)計和出廠試驗中存在的隱患，并提出了改進(jìn)措施，以提高有源電子式電流互感器的可靠性。

智能變電站；繼電保護(hù)；電子式；電流互感器

隨著智能電網(wǎng)的飛速發(fā)展，電子式電流互感器以其優(yōu)良的性能應(yīng)運(yùn)而生，作為繼電保護(hù)信號來源，特別是對于要求快速動作的差動保護(hù)，其可靠性問題顯得更加突出。

有源電子式電流互感器的一次轉(zhuǎn)換器（信號調(diào)理單元）一般有濾波信號調(diào)理、A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)字信號處理等幾部分（見圖1），在應(yīng)用中考慮絕緣問題和暫態(tài)特性較多，對可靠性考慮比較少。使用時發(fā)現(xiàn)信號調(diào)理單元所用的開關(guān)電源可靠性不高，在失電時內(nèi)部電子電路元器件（如積分電路等）會出現(xiàn)一個暫態(tài)過程，使調(diào)理單元產(chǎn)生不正常輸出，引起保護(hù)誤動。

1 主變差動保護(hù)動作過程

某智能變電站主變壓器（簡稱主變）兩側(cè)采用的是有源電子式電流互感器，投產(chǎn)1年多運(yùn)行情況正常。某日16:26:24.907，2號主變第2套差動保護(hù)動作跳開2號主變?nèi)齻?cè)開關(guān)。

圖1 有源電子式互感器組成

查看現(xiàn)場2號主變第2套保護(hù)裝置故障報告，結(jié)合監(jiān)控系統(tǒng)報文查看和分析，16:26:24.904，2號主變10 kV側(cè)分支1調(diào)理單元故障動作，2號主變第2套差動保護(hù)動作。16:26:24時，2號主變第2套保護(hù)裝置10 kV側(cè)分支1的Ia有效值達(dá)到7 032 A，達(dá)到差動動作值。2號主變第2套保護(hù)裝置差動保護(hù)動作燈亮、告警燈亮。故障報告見表1。

監(jiān)控后臺報文顯示：

16:26:24.904，2號主變10 kV側(cè)分支1調(diào)理單元故障動作。

16:26:24.907，2號主變第2套差動保護(hù)出口跳閘。

16:26:27．916，2號主變10 kV側(cè)分支1調(diào)理單元故障復(fù)歸。

數(shù)據(jù)中心故障錄波波形（見圖2）顯示2號主變差動保護(hù)動作時，其10 kV側(cè)分支1調(diào)理單元電流最大有效值7 032 A。

表1 保護(hù)錄波記錄報告

根據(jù)表1保護(hù)錄波記錄報告，差流最大值為Ida=661．7 A，制動電流最大值為Ira=673．2 A，二次諧波電流最大值為Id2a=81．8 A，差動啟動定值Icd=105 A，比率制動系數(shù)Kid=0．5，二次諧波制動比例系數(shù)Kxb=0．15，查閱發(fā)現(xiàn)Ib=262 A，明顯有：

即滿足差動保護(hù)動作條件，二次諧波制動條件不滿足，差動保護(hù)動作跳閘，現(xiàn)場記錄和理論分析證明保護(hù)裝置動作正確。

2 故障查找

根據(jù)報文分析，異常電流出現(xiàn)時，伴隨著“調(diào)理單元故障”先發(fā)生。在調(diào)理單元內(nèi)部，有1個失電告警繼電器，在掉電后繼電器返回發(fā)出失電告警信號，后臺監(jiān)控報“調(diào)理單元故障”，就是接收到了調(diào)理單元發(fā)出的失電告警信號所致?！罢{(diào)理單元故障”現(xiàn)場為硬接點(diǎn)信號，最有可能的就是調(diào)理單元突然失電。

數(shù)據(jù)中心故障錄波波形顯示與保護(hù)動作時的故障錄波波形完全一樣。對現(xiàn)場電流回路及調(diào)理單元等二次接線進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)電子式電流互感器的電源接線方式為：從端子排引出1對導(dǎo)線至A相調(diào)理單元，從A相調(diào)理單元電源接線端子并接至B相調(diào)理單元，然后再從B相調(diào)理單元電源接線端子并接至C相調(diào)理單元，這樣，A相、B相2個調(diào)理單元的每個電源接線端子上都接了2根單股硬線，而端子的接線孔較小，同時接入2根單股硬線時固定導(dǎo)線的螺釘無法擰緊，從而造成接觸不良，在相鄰開關(guān)柜進(jìn)行分合閘操作時，震動又很大，極可能造成調(diào)理單元反復(fù)失電后又上電的情況。

現(xiàn)場對調(diào)理單元多次模擬掉電再上電過程，并進(jìn)行了錄波測試（參見圖3）。

圖3 模擬調(diào)理單元失電后又上電時輸出電流波形

（1）t1時刻，為正常運(yùn)行時刻，電流波形正常。

（2）t2時刻，為調(diào)理單元失電時刻，電流波形先發(fā)生畸變后呈衰減。

（3）t3時刻，為完全斷電時刻，電流輸出波形為0。

（4）t4時刻，為調(diào)理單元上電時刻，電流波形突變并不斷衰減。

（5）t5時刻，為正常運(yùn)行時刻，電流波形正常。

對比跳閘時刻數(shù)據(jù)中心故障錄波波形（見圖2）發(fā)現(xiàn)波形趨勢完全一致，每次失電、上電過程都出現(xiàn)1個很大的干擾電流，最大持續(xù)時間70 ms左右，而主變差動保護(hù)動作時間一般20 ms左右，足已引起差動保護(hù)跳閘。

3 試驗室測試

根據(jù)現(xiàn)場情況，互感器生產(chǎn)廠家抽取了調(diào)理單元樣品在試驗室進(jìn)行失電再上電過程的錄波測試，測試波形參見圖4。

圖4 顯示情況與現(xiàn)場吻合，證明調(diào)理單元在失電后到恢復(fù)正常供電之間，確實有1個干擾信號輸出。經(jīng)檢測，輸出幅值大約為200～400 mV，如一次電流為4 000 A，確實會產(chǎn)生大約7 000 A左右電流指示。

經(jīng)上述分析，由于2號主變10 kV側(cè)分支1調(diào)理單元開關(guān)電源失電故障，導(dǎo)致2號主變10 kV側(cè)分支1的Ia電流突變達(dá)到7 032 A，2號主變第2套差動保護(hù)動作跳開2號主變?nèi)齻?cè)開關(guān)。

圖4 試驗室測試調(diào)理單元失電后又上電的電流波形

4 應(yīng)對措施

結(jié)合本次事故和現(xiàn)場設(shè)計、施工情況，為防止因有源電子式電流互感器的信號調(diào)理單元異常輸出而導(dǎo)致保護(hù)裝置誤動作，特提出如下改進(jìn)措施及建議：

（1）為確保開關(guān)電源的可靠性，每個調(diào)理單元的電源線單獨(dú)從端子排引線（不得并接或同一端子接1根以上導(dǎo)線），確保調(diào)理單元和合并單元（或者A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)字信號處理器）經(jīng)同一空氣開關(guān)供電，這樣可以保證調(diào)理單元在運(yùn)行過程中供電的可靠性，避免因調(diào)理單元單獨(dú)失電而產(chǎn)生不正常輸出信號的可能性。

（2）在調(diào)理單元內(nèi)部增加閉鎖回路，在調(diào)理單元異?；蚬收现埃ɡ玳_關(guān)電源的輸出穩(wěn)定之前），閉鎖調(diào)理單元或數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸出。

（3）采用低功率的電子式電流互感器時，建議A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)字信號處理等環(huán)節(jié)在互感器內(nèi)實現(xiàn)，直接輸出數(shù)字信號給合并單元。

5 結(jié)語

通過對本次事故的分析和現(xiàn)場、試驗室測試的結(jié)果表明，繼電保護(hù)對有源電子式電流互感器輸出的可靠性要求非常高，必須確保不輸出異常干擾信號。目前發(fā)現(xiàn)各廠家調(diào)理單元供能電源和回路各異，有直流輸入，也有交流輸入，回路設(shè)計可靠性差，必須進(jìn)行規(guī)范，確保有源電子式電流互感器在智能電網(wǎng)中運(yùn)行的可靠性。

[1]DL/T 860.5-2006變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)[S].北京：中國電力出版社，2006.

[2]陳應(yīng)林.OET700電子式互感器的結(jié)構(gòu)與性能[J].變壓器，2006，43（6）:1-5.

[3]高翔.數(shù)字化變電站應(yīng)用技術(shù)[M].北京：中國電力出版社，2008.

[4]付小鷗.有源電子式互感器高壓側(cè)電路功能方案的研究[J].中國科技信息，2009（5）:21-22.

（本文編輯：楊勇）

下期要目

●1 000 kV變壓器零起升壓試驗電源探討

●新能源調(diào)度自動化系統(tǒng)的設(shè)計

●電力電容器外殼耐受爆破能量試驗研究

●基于下垂控制的PCS并聯(lián)運(yùn)行系統(tǒng)的建模與研究

●輕負(fù)荷時期高壓電纜充電功率對電網(wǎng)無功平衡的影響分析

●發(fā)電廠風(fēng)機(jī)常見振動故障及處理

●凝結(jié)水節(jié)流調(diào)頻負(fù)荷特性的測試與評估

●廠級機(jī)組經(jīng)濟(jì)分配系統(tǒng)的設(shè)計及應(yīng)用

●9FA燃機(jī)余熱鍋爐高壓過熱器的技術(shù)改造與監(jiān)督

●500 kV GIS開關(guān)更換技術(shù)研究

Analysis on Protection Misoperation Caused by Defect of Electronic Transformer

HUANG Zhi-hua，TANG Ming，DONG Jian-qiang
（Huzhou Electric Power Bureau，Huzhou Zhejiang 313000，China）

Aiming at an occasional main transformer differential protection tripping accidents，the paper，in combination with recorded file in smart substation data center，analyzes the impact of active electronic current transformer on differential protection of the fast action；through field test and laboratory testing，it proves that the hidden dangers of active electronic current transformer in design and factory test and proposes improvements so as to improve the reliability of the active electronic current transformer.

intelligent substation；relaying protection；electronic；current transformer

TM762.1+3

：B

：1007-1881（2013）01-0024-03

2012-08-31

黃志華（1979－），男，湖北蘄春人，工程師，從事電力系統(tǒng)繼電保護(hù)及自動化工作。