兩變壓器差動保護同時誤動故障分析

廖承民，李玉志，楊文佳，王寶秀，張慧峰，唐敏

（國網山東省電力公司濰坊供電公司，山東濰坊261021）

兩變壓器差動保護同時誤動故障分析

廖承民，李玉志，楊文佳，王寶秀，張慧峰，唐敏

（國網山東省電力公司濰坊供電公司，山東濰坊261021）

根據變壓器差動保護原理，結合事故報文，利用數學工具對銅集變電站進行變壓器差動電流有效值及其二次諧波含量的計算和分析。并針對“姊妹”型變壓器安裝運行于同一個廠站的接線方式，提出兩臺變壓器差動保護因勵磁涌流可能同時動作跳閘的防范措施。

備自投裝置；差動電流；有效值；二次諧波；勵磁涌流

0　引言

2012年11月13日，110 kV銅集變電站兩臺變壓器因主供電線路故障，引起差動保護同時動作斷路器跳閘。結合變壓器差動保護原理、故障錄波、事故報文等資料，對變壓器差動保護誤動的原因進行分析。銅集變電站系統結構如圖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行，1號、2號變壓器分別供電給10 kVⅠ、Ⅱ段母線負荷。

圖1　銅集站一次網絡接線圖

1　保護功能與原理

1.1銅集站變壓器差動保護

銅集站1號、2號變壓器配置CST31A型保護，差動保護動作特性由初始動作電流Icd、拐點電流Ib、基波比率制動特性斜率KId三要素決定［1］，如圖2所示。變壓器發生輕微故障如很少匝間短路時，差動保護不帶制動，具有較高的靈敏度；變壓器差動保護區內發生嚴重故障時，差動速斷保護快速動作，跳開相關斷路器；變壓器差動保護區外發生故障時，差動保護帶制動，具有較高的可靠性；二次諧波制動的作用在于區分差流是故障電流還是勵磁電流，當差電流中二次諧波分量與基波分量比值的絕對值達到0.2及以上時，二次諧波制動特性發揮作用，差動保護能夠躲過勵磁涌流的影響［2］。

圖2　變壓器差動保護動作特性

1.2旺銅線保護配置

220 kV旺佳站1號變壓器供電給110 kVⅠ母線、旺銅線等。旺銅線電源側主要配置三段式距離保護、三段式零序保護、線路2 s檢無壓重合閘，重合閘后加速零序過流保護等。旺銅線總長度4.78 km。

2　故障現象與檢查處理過程

2012-11-13T18∶00∶31，110 kV旺銅線發生B相接地故障，零序Ⅰ段、距離Ⅰ段保護動作，113斷路器跳閘，重合不成功，故障測距3.1 km。銅集站1號、2號變壓器差動保護動作，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，斷路器未動作。

檢查發現，旺銅線跳閘原因為一吊車在17～18號桿間吊鋼架時碰觸旺銅線B相導線，導線有放電點。

銅集站兩臺變壓器相關斷路器跳閘后，現場對差動保護范圍內可能存在的故障點進行了檢查，兩臺變壓器110 kV側中性點絕緣良好未擊穿；針對100斷路器與TA5、TA2之間發生高阻抗接地故障的可能性，進行110 kV GIS組合電器局放耐壓試驗，結果顯示正常；對兩臺變壓器保護進行檢驗，結果顯示符合技術規范要求。

3　保護與自動裝置動作行為分析

3.1旺銅線保護動作行為

旺銅線發生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），故障測距為3.1 km。故障錄波見圖3，其中“1區”為旺銅線B相故障發生至113斷路器第一次跳閘時段，“2區”為113斷路器第一次跳閘后至重合閘動作合閘前時段，“3區”為113斷路器重合于故障線路到第二次跳閘前時段，“4區”為113斷路器第二次跳閘后時段。

圖3　旺佳站1號變壓器220 kV側錄波圖

旺銅線保護裝置動作報告顯示其故障時的保護動作時序為：旺銅線B相接地后19 ms零序過流Ⅰ段動作，25 ms距離Ⅰ段動作，2 078 ms重合閘動作，2 378 ms零序保護加速跳閘。

3.2銅集站110 kV側備自投動作行為

銅集站2號變壓器數據采樣值見表1。IA、IB、IC為變壓器高壓側電流值，Ia、Ib、Ic為變壓器低壓側電流值。銅集站變壓器錄波圖顯示，1號和2號變壓器分別在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，測得差動保護起動電流分別為1.61 A、1.60 A。同時，2號變壓器低壓側電流最大值達到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備自投裝置檢測到旺銅線“線路無電流（小于0.40 A），110 kVⅠ段母線無電壓（小于20.0 V）”，符合110 kV備自投裝置起動條件，起動跳開旺銅線111斷路器，合上佳銅線112斷路器。

3.3銅集站10 kV側備自投裝置動作行為

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

表1　銅集站2號變壓器高低壓側采樣值A

3.4銅集站兩臺變壓器差動保護動作行為

3.4.1勵磁涌流導致差動保護動作

CST31A型變壓器差動保護二次諧波制定原理如圖4［3-4］。根據差動保護原理和2號變壓器采樣值，計算2號變壓器差動電流有效值，并利用數學工具，進一步計算差動電流有效值中的二次諧波含量，見表2，二次諧波含量曲線如圖5。

圖4　變壓器差動保護二次諧波制動原理

圖5　2號變壓器差動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）滿足變壓器差動保護的動作條件，2號變壓器差動保護跳開其兩側斷路器跳閘。

表2　銅集站2號變壓器差動電流有效值及二次諧波含量

3.4.21號變壓器跳閘原因

銅集站1和2號變壓器型號為SZ10-50000/110，短路電壓百分數分別為10.42%、10%，空載電流百分數分別為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號和2號變壓器為典型的“姊妹”型變壓器。銅集站兩臺變壓器在110 kV備自投裝置動作，將供電電源切至110 kV佳銅線時，產生了相近甚至同樣的勵磁涌流，而且沒有躲過差動保護，造成1號變壓器兩側斷路器同時跳閘。

3.5故障分析

110 kV旺銅線和銅集站1號、2號變壓器跳閘順序應為：

1）旺佳站：110 kV旺銅線發生B相單相接地故障，零序Ⅰ段、距離Ⅰ段保護動作，113斷路器跳閘，重合不成，113斷路器跳閘。

2）銅集站：110 kV備自投裝置動作，旺銅線111斷路器跳閘，佳銅線112斷路器合閘。1號、2號變壓器差動保護動作，1號變壓器差動保護跳開001斷路器、100斷路器、111斷路器，2號變壓器差動保護跳開002斷路器、100斷路器、112斷路器。10 kV備自投裝置啟動閉鎖由本裝置跳開或合上1號變壓器001斷路器、2號變壓器002斷路器。

3）銅集站：1號、2號變壓器在區外故障切除后切換至另一電源繼續供電時，其勵磁涌流引起差動保護動作跳開相應斷路器，差動保護動作屬于誤動作。

可見，銅集站110 kV備自投裝置起動，“斷路器未動作”是一種假象，實際上110 kV備自投裝置起動，充電線路佳銅線112斷路器合閘后又被2號變壓器差動保護跳開了。而10 kV備自投裝置未啟動，所以不存在斷路器合閘的問題。

4　措施及效果

針對本案例，在變電站的設計、運行管理、保護整定方面可采取以下措施，以解決變壓器差動保護因勵磁涌流引起誤動所造成的影響。

1）注意變電站變壓器設計選型。同一個廠站應安裝不同廠家、不同型號的變壓器，盡量避免“姊妹”型變壓器安裝運行于同一個廠站。

2）調整變電站運行方式。如圖1所示，同一個廠站運行有“姊妹”型變壓器時，將正常運行方式調整為：1號變壓器運行于110 kVⅠ段母線由旺銅線供電，2號變壓器運行于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）調整差動保護二次諧波制動系數。將二次諧波制動系數Kxb進行調整，使Kxb≤0.15［5］。

針對銅集站采取2）、3）兩項措施。兩年多的運行結果表明，在類似故障情況下主供、備用電源線路能夠成功切換，兩臺變壓器差動保護同時誤動的問題得到解決。

5　結語

通過對銅集站1號、2號變壓器及其供電電源側跳閘信息的整理、計算，結合變壓器差動保護動作特性和變壓器差動保護二次諧波制動原理，深入分析了銅集站110 kV、10 kV備自投裝置及其兩臺變壓器差動保護的動作行為，并提出了解決類似問題的措施。為保障對電網運行的安全調控，電網調控人員應對電網中所有在線運行的繼電保護和安全自動裝置原理及動作情況進行深入研究，能夠分析保護動作行為，準確定位故障，及時準確處理事故，并應提前做好各種方式的事故預案及演練，保障正確、迅速地處理故障電網。

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

［2］方展洲.變壓器二次諧波制動差動保護誤動分析及對策［J］.電工文摘，2013（3）：35-37.

［3］賀家李，宋從矩.電力系統繼電保護原理［M］.北京：中國電力出版社，1994.

［4］武春菊，張學清，石鳳蘭.勵磁涌流引起變壓器差動保護誤動分析及對策［J］.華北電力技術，2007（3）：51-54.

［5］王立大，段周朝.變壓器勵磁涌流引起保護誤動分析［J］.電力系統保護與控制，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、高級技師，從事技術類培訓教學管理工作；

李玉志（1970），男，高級工程師，從事電網調控管理工作；楊文佳（1983），男，工程師、技師，從事電網調控管理工作。