京包線牽引變電所差動保護誤動常見故障分析

王永慶，秦士杰

京包線牽引變電所差動保護誤動常見故障分析

王永慶，秦士杰

針對京包線牽引變電所差動保護在運行中發生的幾起典型誤動作故障，通過深入分析，最終找出各種故障的原因，提出了在今后的運行中應采取的可靠措施。

牽引變電所；差動保護；誤動作；分析；措施

0 引言

差動保護是牽引變電所主變壓器的主保護之一，其可靠性對主變壓器安全運行和系統供電可靠起著極為重要的作用。但差動保護誤動作故障在供電系統運行中時有發生，為消除該類誤動故障，減少對變電所運行的影響，下面以呼和浩特供電維管段管內京包線近幾年發生的4起典型故障為例進行分析和探討。

京包線牽引變電所主變壓器采用三相v/v接線形式，主變壓器差動保護裝置具有比率制動特性，帶2次諧波制動特性和差動電流速斷特性。4起典型的差動保護誤動作，其原因分別是：兩側電流互感器極性接反、電流互感器二次線圈準確級不匹配、高壓側斷路器三相不同期分閘、牽引變壓器高低壓側相位不對應，下文將具體分析。

1 兩側電流互感器極性接反

兩側電流互感器極性接反是造成差動保護誤動作的主要原因之一，關鍵取決于以下2個方面：（1）保護裝置差動電流的計算方法；（2）變壓器的接線形式。

1.1 現象

2009年05月08日09時38分，白彥花變電所1#主變差動保護跳閘，跳閘信息：IA= 0.00 A、IB= 0.09 A、IC= 0.08 A，Iα= 0.00 A，Iβ= 0.21 A，啟動電流為0.17 A，出口電流為0.17 A。其中，α相、β相差動保護整定值均為0.17 A，平衡系數定值2.4，采用交大許繼保護裝置。

1.2 原因分析

交大許繼保護裝置差動電流的計算方法為取兩側二次電流平衡后的向量差。查閱竣工圖紙可知，主變以VV0接線形式考慮，兩側電流互感器需采用減極性接線形式；檢查電流互感器實際二次接線與竣工圖紙相符。但檢查主變的實際接線形式為VV6，與設計不符。因此，將主變低壓側α相、β相電流互感器以加極性的形式接入保護裝置后，設備運行恢復正常。

1.3 防范措施

針對該情況可采取以下防范措施：一是采用操作簡單、準確性高的試驗方法，如六角圖法。二是增強檢修維護人員的業務技能，對能夠引起差動保護誤動作的極性問題進行綜合分析試驗，避免人為原因造成差動保護誤動作。

2 電流互感器二次線圈準確級不匹配

用于差動保護的電流互感器一般采用TP類或者P類，TP類線圈要求在穩態和暫態的情況下都不飽和，P類要求在穩態情況下不飽和，均能夠正確反映故障時的一次電流值。但是，若采用其他類的電流互感器，就很容易造成差動保護誤動作。如采用準確級為0.5的電流互感器，在超過額定電流一定倍數情況下，會使測量數據出現較大的誤差，導致保護裝置出現不平衡電流，從而造成差動保護誤動作。

2.1 現象

2014年06月25日02時44分，呼東變電所2#主變差動保護跳閘。跳閘信息：IA= 0.01 A、IB= 11.56 A、IC= 11.59 A，Ia= 0.01 A，Ib= 10.73 A，啟動電流為7.77 A，出口電流為7.77 A。其中，a相、b相差動保護整定值分別為0.91 A、1.14 A，平衡系數定值1，采用國電南自保護裝置。

2.2 原因分析

通過對報文數據分析，2#主變因B相差流超過定值引起差動跳閘。且跳閘時刻主變高低壓側B相電流值均較大，說明有差動保護區段外的短路故障發生。后對各饋線保護裝置負荷統計檢查發現：2014年06月25日02時44分01秒，最大電流為4 855 A，最小電壓為3 459 V；充分證明該大電流為214DL饋線近端出現瞬時短路故障引起。

檢查主變低壓側202ADL、202BDL電流互感器二次線圈的準確級發現，用于差動保護的二次線圈準確級為0.5，與竣工圖紙中規定的10P10不符。在差動保護區段外負荷側出現較大短路電流的情況下，二次線圈嚴重飽和，造成測量數據誤差較大，使高低壓側出現較大的不平衡電流；另外，由于饋線電流速斷和距離保護主保護時限均為0.1 s，而差動保護時限為0 s，在同時達到保護動作值的情況下，由于差動保護時限短，故出現差動保護越級跳閘情況。

2.3 防范措施

存在該類問題，一般在設備運行多年后才會被發現。因為用準確級為0.5的電流互感器檢測短路電流，只有短路電流達到一定的數值后才會出現較大誤差。調閱呼東變電所饋線跳閘報告，在以往的跳閘數據中最大短路電流為3 824 A，并未引起主變差動保護誤動作，而本次最大短路電流為4 855 A，Ib電流曲線明顯為非正弦波，最終導致差動保護誤動作。

發生該類問題主要是中標設備與設計圖紙要求不符所致。所以，在交接試驗中，試驗人員不僅要檢查二次接線正確性，還要認真核對設備各項特性，確保與設計要求相符，避免類似情況的發生。

3 高壓側斷路器三相不同期分閘

主變高壓側斷路器三相分閘時不同期，會使電力系統中性點位移，在最先跳閘相產生高電壓；并且，該相電壓瞬間升高時產生較大的勵磁涌流，該勵磁涌流只存在于變壓器一次側，且主要為3次、5次諧波，由于差動保護只投入二次諧波閉鎖，從而引起差動保護動作。

3.1 現象

2010年10月21日18時40分，紅砂壩變電所2#主變差動保護跳閘。跳閘信息：IA= 0.98 A、IB= 0.01 A、IC= 0.98 A，Ia= 0.02 A，Ib= 0.02 A，啟動電流為0.99 A，出口電流為0.99 A。其中，a相、b相差動保護整定值均為0.76 A，平衡系數定值0.52，采用天津凱發保護裝置。

3.2 原因分析

通過故障現象分析，差動保護動作發生在進線斷路器101DL失壓跳閘瞬間；并且主變高壓側A相、C相電流值較小，故可排除是一次設備短路故障引起。從進線101DL失壓跳閘報文分析，在該開關跳閘過程中，A、B、C三相嚴重不同期，相差850 ms（說明書中要求分閘同期性不大于3 ms），101DLA相最早跳閘。

對失壓跳閘回路檢查，發現進線101DL失壓跳閘回路中時間繼電器為手調繼電器，由于該斷路器為三極組成，共有2個時間繼電器控制失壓跳閘回路，因時間定值精度較低，失壓跳閘時造成進線101DL三相不同期引起主變差動保護動作（圖1）。

圖1 失壓跳閘回路圖

3.3 防范措施

通過上述分析，建議保護裝置廠家對進線斷路器失壓跳閘二次回路進行改線，將三相跳閘回路通過同一個時間繼電器的同一節點來實現失壓跳閘，從而保證分閘的同期性（圖2）。

圖2 修改后的失壓跳閘回路圖

4 牽引變壓器高低壓側相位不對應

在牽引變電所主接線中，由于多種因素影響，存在主變高低壓側相位不對應的情況（圖3）；即變壓器高壓側的A相對應低壓側b相，高壓側的B相對應低壓側的a相。若在差動保護二次接線中，未充分考慮該情況，容易造成二次接線錯誤，引起差動保護誤動作。

圖3 三相VV0接線變壓器端子及接線示意圖

4.1 現象

2009年06月01日09時44分，紅砂壩變電所2#主變差動保護跳閘。跳閘信息：IA= 0.01 A、IB= 0.77 A、IC= 0.77 A，Ia= 1.48 A，Ib= 0.00 A，啟動電流為0.77 A，出口電流為0.77 A。其中，a相、b相差動保護整定值均為0.76 A，平衡系數定值0.52，采用天津凱發保護裝置。

4.2 原因分析

通過對報文數據分析，2#主變因A相、B相差動電流均超過定值引起差動跳閘。其中，主變高壓側B相電流值為0.77 A，按照平衡系數計算，低壓側b相二次電流值應為1.48 A，但實際低壓側b相二次電流值為0；主變低壓側a相電流值為1.48 A，按照平衡系數計算，高壓側A相二次電流值應為0.77 A，但實際高壓側A相二次電流值為0.01 A；另外，由于高低壓側的電流值均不大，為正常負荷電流。因此，初步推斷有2種可能：一是主變高壓側的A相與主變低壓側的b相電流互感器二次線存在斷線情況；二是主變高低壓側的相位不對應。

經過對主變高壓側的A相與主變低壓側的b相電流互感器二次線進行檢查，發現二次回路良好，不存在斷線情況；同時，對電流互感器二次線引入保護裝置的情況進行檢查，并不存在接線錯誤情況。隨后，對主變接線形式進行檢查發現，主變高低壓側的相位不對應。隨后，對接入差動保護裝置的主變低壓側a相、b相電流互感器二次線整體調換后，設備運行恢復正常。

4.3 防范措施

一般情況下，試驗人員存在慣性思維，想當然認為主變高低壓側的相位肯定是對應的，忽略考慮這方面的問題，最終導致差動保護誤動作。因此，試驗人員要高度重視該類問題，在進行差動保護交接試驗前，必須對主變高低壓側的相位進行認真校核。

5 結語

采取上述措施后，京包線各牽引變電所的差動保護再未發生過誤動作的故障，保證了主變壓器的平穩運行，大大提高了供電系統的可靠性。

[1] 喬衛東.繼電保護（第六冊）[M]. 北京：中國電力出版社，2007：299-310.

[2] 陳英濤. 繼電保護與綜合自動化系統[M]. 北京：化學工業出版社，2007：75-82.

[3] 楊玉菲. 電氣化鐵道供電系統[M]. 北京：中國鐵道出版社，2007：15-28.

With regard to several typical miss operation errors occurred in traction substation differential protection on Beijing-Baotou railway line, on the basis of deep analysis, causes of various faults are found and reliable measures taken in future’s operation are put forward accordingly.

Traction substation; differential protection; miss operation; analysis; measures

U224.4

：B

：1007-936X(2016)03-0014-03

2015-12-29

王永慶. 中鐵電化運管公司呼和浩特供電維管段，工程師，電話：13674840311；秦士杰. 中鐵電化運管公司呼和浩特供電維管段。