主變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)故障實(shí)例分析

譚雨珍，程本良，孫世磊，李曉

（1．華能煙臺(tái)發(fā)電有限公司，山東煙臺(tái)264000；2.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司煙臺(tái)市福山區(qū)供電公司，山東煙臺(tái)264000）

主變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)故障實(shí)例分析

譚雨珍1，程本良2，孫世磊1，李曉1

（1．華能煙臺(tái)發(fā)電有限公司，山東煙臺(tái)264000；2.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司煙臺(tái)市福山區(qū)供電公司，山東煙臺(tái)264000）

某110 kV變電站上線(xiàn)路6發(fā)生故障，導(dǎo)致該母線(xiàn)上所連接的4號(hào)主變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)。結(jié)合故障實(shí)例，對(duì)電流互感器（TA）飽和引發(fā)的主變差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)進(jìn)行詳細(xì)分析，并制定出相應(yīng)的整改方案及預(yù)防措施，以避免類(lèi)似事故再次發(fā)生。

變壓器差動(dòng)保護(hù)；TA飽和；保護(hù)誤動(dòng)

0 引言

目前，隨著電網(wǎng)供電容量的不斷擴(kuò)大，系統(tǒng)故障時(shí)出現(xiàn)的短路電流急劇增加，這對(duì)電力系統(tǒng)中所選用的電流互感器（TA）抗飽和能力提出了更高的要求。TA作為電流源是繼電保護(hù)和監(jiān)控系統(tǒng)判別系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的重要組件，因此在設(shè)備安裝設(shè)計(jì)初期，要根據(jù)保護(hù)安裝處可能出現(xiàn)的最大短路電流與TA的飽和倍數(shù)合理選擇TA和保護(hù)裝置［1-2］。同時(shí)，電流互感器的選擇除了應(yīng)該滿(mǎn)足一次回路的額定電壓、額定電流、最大負(fù)荷電流及短路電流的動(dòng)熱穩(wěn)定性外，還應(yīng)滿(mǎn)足二次回路的測(cè)量?jī)x表、自動(dòng)裝置和保護(hù)裝置的準(zhǔn)確度等級(jí)要求［3-4］。

結(jié)合故障事故報(bào)文，對(duì)4號(hào)主變差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)的原因進(jìn)行分析，對(duì)所使用的TA進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢查和詳細(xì)測(cè)試，并提出了相應(yīng)的整改方案與預(yù)控措施。

1 故障經(jīng)過(guò)

2015-04-21某110 kV變電站上線(xiàn)路6發(fā)生供電線(xiàn)路故障，1126開(kāi)關(guān)跳閘，重合不成功。線(xiàn)路6發(fā)生區(qū)內(nèi)故障的同時(shí)，與線(xiàn)路6同一母線(xiàn)上連接的4號(hào)主變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，變壓器各側(cè)開(kāi)關(guān)跳閘，變壓器停運(yùn)，由于4號(hào)發(fā)電機(jī)恰處于檢修狀態(tài)，未造成發(fā)電機(jī)停機(jī)故障（4號(hào)主變高壓側(cè)連接220 kV系統(tǒng)，因此4號(hào)發(fā)電機(jī)停機(jī)檢修，4號(hào)主變作為聯(lián)絡(luò)變壓器依然運(yùn)行）。一次系統(tǒng)接線(xiàn)如圖1所示。

圖1 一次系統(tǒng)接線(xiàn)

2 檢查測(cè)試

2.1 保護(hù)裝置檢查

工作人員立即檢查線(xiàn)路6保護(hù)裝置的A柜和B柜及4號(hào)發(fā)變組保護(hù)裝置A柜和B柜。故障錄波曲線(xiàn)如圖2所示。

圖2 故障錄波曲線(xiàn)

線(xiàn)路6的保護(hù)裝置故障報(bào)文顯示距離I段保護(hù)動(dòng)作，動(dòng)作相對(duì)時(shí)間26 ms（保護(hù)定值為0 s），故障測(cè)距5.4 km，故障相別為C相，故障相電流二次值為43.04 A，由于TA變比為600／5，折算到一次值為5 164.8 A，故障零序電流二次值為37.73 A。

4號(hào)發(fā)變組保護(hù)裝置A柜運(yùn)行正常，無(wú)故障信息；4號(hào)發(fā)變組保護(hù)裝置B柜發(fā)出跳閘信號(hào)指示，故障報(bào)文顯示主變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，動(dòng)作相對(duì)時(shí)間32 ms（保護(hù)定值為0 s），主變差動(dòng)電流（經(jīng)Y/△校正）B相和C相（如圖2（a）中IDB、IDC）分別達(dá)到1.59Ie或1.60Ie，超過(guò)差動(dòng)動(dòng)作電流定值，引起差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作；同時(shí)，從4號(hào)發(fā)變組保護(hù)裝置B柜故障錄波圖（圖2（a））中可以看出，故障瞬間4號(hào)主變中壓側(cè)（110 kV側(cè)）B、C相電流發(fā)生嚴(yán)重畸變，高壓側(cè)（220 kV側(cè)）B、C相電流有明顯突變，但是波形沒(méi)有畸變，導(dǎo)致4號(hào)主變高壓側(cè)中壓側(cè)產(chǎn)生差動(dòng)電流，引起保護(hù)動(dòng)作。

由于4號(hào)主變110 kV側(cè)的B、C相電流的波形嚴(yán)重畸變，保護(hù)裝置采集到的二次電流不再是對(duì)稱(chēng)的工頻正弦波，TA波形呈現(xiàn)飽和特性，初步懷疑TA損壞或者TA飽和，立即對(duì)4號(hào)主變110 kV側(cè)各相TA進(jìn)行檢查。

2.2 TA現(xiàn)場(chǎng)檢查與測(cè)試

現(xiàn)場(chǎng)檢查，4號(hào)發(fā)變組保護(hù)裝置所用的110 kV側(cè)各相TA是套管電流互感器，該TA有6個(gè)繞組，7組抽頭，從外觀(guān)檢查，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)異常。現(xiàn)場(chǎng)檢查各相TA接線(xiàn)組別和極性，發(fā)現(xiàn)4號(hào)發(fā)變組保護(hù)裝置A柜保護(hù)所用的三相TA接線(xiàn)繞組為1S1-1S2，該繞組準(zhǔn)確級(jí)別為5P20，可以作為保護(hù)裝置專(zhuān)用繞組；4號(hào)發(fā)變組保護(hù)裝置B柜保護(hù)所用的A相TA接線(xiàn)繞組為1S1-1S2，該繞組準(zhǔn)確級(jí)別為5P20，保護(hù)所用的B、C相TA接線(xiàn)繞組均為5S1-5S2，該繞組準(zhǔn)確級(jí)別為0.5，此繞組為計(jì)量專(zhuān)用繞組，原則上，保護(hù)裝置與測(cè)量?jī)x表宜接到電流互感器不同的二次繞組［5］，4號(hào)發(fā)變組B、C相使用的二次繞組與A相不同，懷疑故障瞬間，較大的穿越性電流使得測(cè)量繞組飽和，采樣數(shù)值出現(xiàn)偏差。

現(xiàn)場(chǎng)工作人員對(duì)B、C相TA進(jìn)行伏安特性曲線(xiàn)和10%誤差曲線(xiàn)等數(shù)據(jù)的測(cè)量，TA的各項(xiàng)試驗(yàn)指標(biāo)均合格［6］，由于B、C相TA是合格的，說(shuō)明將4號(hào)發(fā)變組保護(hù)裝置B柜B、C相保護(hù)所用的TA二次繞組改接為保護(hù)回路專(zhuān)用繞組后，可以投入使用。

對(duì)B相TA進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)報(bào)告主要內(nèi)容如下：

1）名牌數(shù)據(jù)。型號(hào)：LCWB6—110W3；額定電壓：110 kV。

2）外部檢查：正常。

3）試驗(yàn)數(shù)據(jù)。一次繞組對(duì)二次繞組及地絕緣電阻、二次繞組間及地絕緣電阻、地屏端子對(duì)地絕緣電阻為1×104MΩ。

變比、極性測(cè)量如表1所示，額定短時(shí)工頻耐壓試驗(yàn)結(jié)果如表2所示，伏安特性測(cè)量結(jié)果如表3所示，誤差試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

表1 變比、極性測(cè)量結(jié)果

表2 額定短時(shí)工頻耐壓試驗(yàn)結(jié)果

表3 伏安特性測(cè)量結(jié)果

表4 誤差試驗(yàn)結(jié)果

結(jié)論：符合國(guó)家電網(wǎng)電力設(shè)備交接和預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)，合格。

3 原因分析

從現(xiàn)場(chǎng)所做的TA試驗(yàn)數(shù)據(jù)，得到保護(hù)繞組和測(cè)量繞組的伏安特性曲線(xiàn)，如圖3所示。

圖3 TA伏安特性曲線(xiàn)

由于TA鐵芯的鐵磁材料具有飽和特性，當(dāng)TA所施加的一次電流較小時(shí)，TA一次繞組上的電壓也較小，并且電流幅值在一定范圍之內(nèi)，電流與電壓近似地呈現(xiàn)直線(xiàn)關(guān)系；當(dāng)一次電流驟增后，一次繞組上的電壓也急劇增加，鐵芯磁通達(dá)到飽和后，TA不再工作于線(xiàn)性區(qū)域，伏安特性曲線(xiàn)出現(xiàn)拐點(diǎn)，即便一次電流增加很多，TA一次繞組上的電壓近似不變，電流幾乎全部損耗在鐵芯發(fā)熱上，TA呈現(xiàn)飽和特性，此時(shí)，TA的二次電流不能正確反應(yīng)一次電流，采樣出現(xiàn)偏差。另外，從圖3中也可以看出，對(duì)于同一TA，當(dāng)一次電流逐漸增大時(shí)，測(cè)量繞組比保護(hù)繞組提前進(jìn)入飽和區(qū)域。假如對(duì)TA一次繞組施加0.316 A電流，測(cè)量繞組幾近飽和，但保護(hù)繞組仍處于線(xiàn)性區(qū)域，此時(shí)，可以充分保證保護(hù)裝置采樣的正確率，從而提高保護(hù)動(dòng)作的可靠性。

差動(dòng)保護(hù)作為變壓器的主保護(hù)，為了滿(mǎn)足在變壓器內(nèi)部發(fā)生嚴(yán)重故障時(shí)能夠快速可靠動(dòng)作以切除故障，保護(hù)通常沒(méi)有閉鎖條件，只要差流大于保護(hù)定值就會(huì)動(dòng)作跳閘［7］。對(duì)4號(hào)主變，其中壓側(cè)母線(xiàn)上發(fā)生線(xiàn)路故障時(shí)，有較大穿越性短路電流通過(guò)4號(hào)主變的各側(cè)TA。由于4號(hào)發(fā)變組保護(hù)裝置A柜所用TA保護(hù)繞組的接線(xiàn)組別均正確，保護(hù)裝置采樣正確，雖然保護(hù)裝置采集的各側(cè)電流均有變化，但差流沒(méi)有達(dá)到保護(hù)定值，裝置正常運(yùn)行；4號(hào)發(fā)變組保護(hù)裝置B柜110 kV側(cè)保護(hù)所用的B、C相TA使用的是測(cè)量繞組，此繞組抗飽和能力差，當(dāng)一次回路的穿越性故障電流較大時(shí)，TA的測(cè)量繞組已經(jīng)飽和，TA所反應(yīng)的二次電流發(fā)生畸變，保護(hù)裝置采集到的電流不能夠正確反應(yīng)一次系統(tǒng)的故障電流，從而導(dǎo)致4號(hào)發(fā)變組保護(hù)裝置B柜B、C相出現(xiàn)差流，并且其數(shù)值超過(guò)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作電流定值，導(dǎo)致4號(hào)主變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，變壓器各側(cè)開(kāi)關(guān)跳閘，變壓器停運(yùn)。

4 整改方案與預(yù)控措施

針對(duì)此次保護(hù)裝置誤動(dòng)情況，現(xiàn)場(chǎng)工作人員對(duì)4號(hào)主變差動(dòng)保護(hù)使用的110 kV側(cè)TA進(jìn)行伏安特性曲線(xiàn)和10%誤差曲線(xiàn)的測(cè)量，經(jīng)檢測(cè)合格后（見(jiàn)表1），將4號(hào)主變保護(hù)使用的110 kV側(cè)B、C相TA二次繞組改接為5P20級(jí)的1S1-1S2保護(hù)回路專(zhuān)用繞組，與A相TA二次繞組接線(xiàn)組別一致，充分保證保護(hù)裝置采樣的準(zhǔn)確性。

吸取此次故障的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，利用設(shè)備檢修契機(jī)，對(duì)所有設(shè)備保護(hù)用的所有的TA容量、接線(xiàn)組別、二次負(fù)載、伏安特性曲線(xiàn)及10%誤差曲線(xiàn)進(jìn)行詳細(xì)試驗(yàn)和檢查，防止再次發(fā)生由于TA帶載能力不夠、TA飽和等原因?qū)е碌谋Ｗo(hù)裝置不正確動(dòng)作的情況出現(xiàn)。

同時(shí)，對(duì)于新安裝設(shè)備保護(hù)裝置的TA，應(yīng)選擇成熟高質(zhì)量的產(chǎn)品。在設(shè)備移交時(shí)，進(jìn)行繞組絕緣電阻的測(cè)量、介質(zhì)損耗因數(shù)的測(cè)量、極性檢查、交流耐壓試驗(yàn)、各分接頭的變比檢查、局部放電等詳細(xì)試驗(yàn)，確保設(shè)備在日后的運(yùn)行中安全可靠［8］。設(shè)備檢修時(shí)，要仔細(xì)檢查二次回路接線(xiàn)、直流電阻和絕緣，防止發(fā)送內(nèi)外部短路、接觸不良或者短路，還要檢查T(mén)A是否有開(kāi)裂現(xiàn)象，檢查T(mén)A一次接地是否按照規(guī)程要求可靠接地。設(shè)備運(yùn)行中要加強(qiáng)TA溫度的檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)4號(hào)發(fā)變組保護(hù)裝置B柜故障報(bào)文信息，結(jié)合對(duì)現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)所用TA的詳細(xì)檢查，現(xiàn)場(chǎng)工作人員發(fā)現(xiàn)由于對(duì)TA準(zhǔn)確等級(jí)的使用錯(cuò)誤，造成了TA飽和引起主變差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)。為了避免類(lèi)似問(wèn)題的再次發(fā)生，提出了相應(yīng)的整改方案及預(yù)防措施，保證保護(hù)裝置正確可靠的運(yùn)行。

［1］陳建玉，孟憲民，張振旗，等.電流互感器飽和對(duì)繼電保護(hù)影響的分析及對(duì)策［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2000，24（6）：54-56.

［2］陳國(guó)清.淺析電流互感器飽和對(duì)繼電保護(hù)的影響及對(duì)策［J］.自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用，2007，26（10）：115-116.

［3］POWELL LJ.Current transformer burden and saturation［J］.IEEE Transactions on Industry Applications，1979（15）：294-303.

［4］DL／T 5136—2012火力發(fā)電廠(chǎng)、變電站二次接線(xiàn)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程［S］.

［5］DL／T 866—2015電流互感器和電壓互感器選擇和計(jì)算導(dǎo)則［S］.

［6］DL／T 596—2005電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程［S］.

［7］鄧茂軍.變壓器區(qū)外故障CT飽和對(duì)主變保護(hù)的影響分析［J］.電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2012，40（4）：129-133.

［8］GB 50150—2006電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)［S］.

Malfunction Analysis of Differential Protection for Main Transformers

TAN Yuzhen1，CHENG Benliang2，SUN Shilei1，LI Xiao1
（1.Huaneng Yantai Power Generation Co.，Ltd.，Yantai 264000，China；2.State Grid Fushan Power Supply Company，Yantai 264000，China）

A line fault in an 110 kV substation caused the protection mal-operation of No.4 main transformer which connected with the same bus.The transformer differential protection mal-operation caused by current transformer saturation was analyzed in detail combined with fault report.Improvement programs and precautionary measures were proposed to prevent similar incidents from happening again.

transformer differential protection；current transformer saturation；protection mal-operation

TM774

B

1007－9904（2016）12－0042－04

2016-06-07

譚雨珍（1984），女，工程師，從事繼電保護(hù)檢修工作；

程本良（1983），男，工程師，從事電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作；

孫世磊（1976），男，工程師，從事繼電保護(hù)檢修工作；

李曉（1972），男，工程師，從事繼電保護(hù)檢修工作。