亭子口水電站2號主變增量差動保護動作分析

趙國亞

（嘉陵江亭子口水利水電開發有限公司，四川 蒼溪 628400）

亭子口水電站2號主變增量差動保護動作分析

趙國亞

（嘉陵江亭子口水利水電開發有限公司，四川 蒼溪 628400）

基于故障分量（也稱增量）來實現保護的原理，目前已廣泛應用于微機保護之中。特別是變壓器增量差動保護，對變壓器內部輕微匝間故障、高阻性接地故障有其優越性，比帶負荷電流的常規比例差動保護靈敏度要高。但雷雨天氣變壓器保護區外遭雷擊時或變壓器保護區外發生短路故障時，也易引起微機保護裝置增量差動誤動作。本文就亭子口水電站2號主變增量差動保護動作進行探討，僅供參考。

變壓器增量差動；動作分析

增量差動保護是利用故障后電流與負荷分量的差值，即故障分量電流來構成的保護裝置。習慣上常用△表示故障分量，故障分量差動保護應用于保護裝置有其有利的一面，增量差動不受正常運行的負荷電流的影響，具有比比率差動更高的靈敏度，由于比率差動保護的制動電流的選取包括正常的負荷電流，變壓器發生弱故障時，比率差動保護由于制動電流大，可能延時動作。增量差動主要解決變壓器輕微的匝間故障，高阻接地故障。但是應用故障分量差動保護的保護裝置有誤動的現象，有必要對其進行進一步分析和說明。本文以亭子口水電站實際運行中一次區外故障為實例，闡述故障分量差動保護實際應用中需要引起注意和解決的問題。

1　現場情況

2014年9月28日08∶59∶51，監控系統報“2號機組故障錄波啟動”、“2號機組主變保護A套保護動作”、“2號機組主變保護B套保護動作”、“2號機組主變保護A套差動保護動作”、“2號機組主變保護B套差動保護動作”信號；1號、2號發電機出口開關1、2跳閘，500 kV 5001、5003開關跳閘，2號發電機滅磁開關跳閘，1號、2號高廠變低壓側開關801、802跳閘；廠用10 kV系統I、II段母線失電，大壩10 kV I段失電。400 V系統1/2號機自用電、3/4號機自用電、公用I組用電、公用II組用電、照明用電I段進線開關分閘位置，各段母聯開關合閘位置。大壩自用電變61B電源開關874開關跳閘，大壩400 V I段電源進線開關461跳閘，大壩400 V I段失電；2號機組事故停機，1號機組轉至空載運行，3號、4號機組、3號、4號主變及500 kV開關5002正常運行，全廠總負荷由1 050MW減至500MW。

對2號主變、高廠變保護動作檢查情況：2號主變、高廠變保護A柜WFB-802A/F變壓器保護裝置顯示2014年09月28日08∶59∶51.711“主變增量差動”保護動作。查閱保護跳閘出口動作報告，“主變增量差動”保護動作時A相差流0.04 A，B相差流0.04 A，C相差流0.046A。2號主變、高廠變保護B柜WFB-802A/F變壓器保護裝置顯示2014年09月28日08∶59∶51.713“主變增量差動”保護動作。查閱保護跳閘出口動作報告，“主變增量差動”保護動作時A相差流0.041 A，B相差流0.039 A，C相差流0.045 A。2號主變、高廠變其余保護無異常情況。

10 kV系統保護檢查情況：大壩10 kV I段大壩用電變61B電源開關874保護裝置報“過流I段t1動作，過流I段t2動作”；現場查閱保護動作報告，在2014年09月28日08∶59∶51過流I段保護動作，動作時A相電流58A，B相46 A，C相45A。802開關柜保護裝置無保護動作信號，無異常啟動信號。

故障錄波情況：2號機故障錄波數據表明，在2014年09月28日08∶59∶51.497開始，高廠變12B低壓側電流A、B相由約10 A左右電流突增至1 200 A，經過約45ms后，發展成三相短路，短路電流經過20ms后，發展成三相金屬性短路，短路電流由1 200 A增大至7 000 A左右（最大電流近到7 400 A），持續近3個周波后，08∶59∶51.723故障電流消失。

2　原因分析

主變壓器差動保護的兩差動電流分別取自主變高壓側和GCB開關靠發電機側，高廠變及其分支在差動保護范圍內。主變差動保護配置了比率差動、差動速斷和增量差動保護。增量差動為廠家內部整定，其啟動值為0.2Ie，折算至主變高壓側（保護裝置默認基準側）的差流增量啟動值為0.022 7 A；大壩用電變61B電源開關保護裝置I段（無延時，速斷）值按躲過變壓器三相短路電流整定，整定值為40A；事故從開始出現到保護動作開關跳閘，持續時間不超過0.13 s，而從大壩變到機組保護，各級延時保護最短動作時限為0.3 s，故本次分析不考慮延時保護。

2014年9月28日08∶59∶51.497，大壩自用電變61B發生A、B相間短路，電流由正常運行時10 A左右突增至相間短路時電流1 200 A，折算至874開關二次電流值為30 A，折算至主變差動保護電流值為0.008 A，均達不到速斷保護動作值。

經過約45ms后，發展成三相短路，電流未明顯增大，維持在1 200A多點。再經過20ms后，發展成三相金屬性短路，短路電流由1200A增大至7000A左右，折算至874開關二次電流值為175 A（由于874開關CT嚴重飽和，電流值不但達不到5P20極限100 A，反而下降，保護裝置動作電流只有58 A屬于合理），折算至主變差動保護電流值為0.0467A，增量差流值為0.038 7 A，均大于速斷保護動作值，故主變增量差動保護和874開關I段保護均動作。

由于主變差動保護沒有引入高廠變分支，高廠變低壓側三相金屬短路時，差動保護感受電流：Icd==0.47In＝0.053 A。現在主變比率差動按0.6In整定，增量差動按0.2In整定，故比率差動能躲過高廠變低壓側三相金屬性短路電流，而增量差動不能躲過高廠變低壓側三相金屬性短路電流。增量差動保護動作方程如下：

其中：Iop=|△I˙d|，△I˙d=△I˙1+△I˙2+…△I˙n；

△I˙max為△I˙1，△I˙2，…△I˙n中幅值最大者；

Ires=|max{△I˙1，△I˙2，…△I˙n}|

從裝置的動作報告分析，增量差動動作值（最大0.046A）遠大于增量差動最小動作電流0.2Ie（0.0227A），滿足以上動作方程，符合增量差動保護動作條件。

3　解決辦法

由于增量差動保護的靈敏度很高，故障過程中各側的電流畸變產生的增量對保護裝置的動作行為影響很大。理論上增量差動保護有效地消除了正常負荷分量下不平衡電流的影響，可以作到使動作特性在坐標原點附近的死區很小，故障分量差流最小啟動值△Idmin和故障分量拐點制動電流△Irmin可以取較小值。但是考慮到CT暫態傳變時發生畸變、裝置的測量精度和裝置的電路性能等因素的影響。故障分量差流最小啟動值△Idmin不能取得太小。否則，當發生區外輕微故障時，故障電流中負荷電流占了較大的比例，發生故障時暫態誤差的影響可能使差動電流增大，制動電流減小，故障分量差動保護制動性能偏弱，引起保護誤動作，其增量差動保護動作特性如圖1所示。

圖1

從圖1可以看出，為了提高該裝置在發生區外故障時的可靠性，可將故障分量差動保護的拐點制動電流取小一些，即適當將斜線向橫軸左方平移。本例亭子口水電站WFB-802A保護裝置如果將斜線向橫軸左方平移0.3 A，則0.65×（0.024+0.3）=0.21＞0.0227，保護裝置能可靠制動，建議把此平移量作為保護裝置的一項定值，以便運行中積累經驗。

[1]陸于平，史世文，吳濟安，等.微機發電機差動保護[J].電力自動化設備，1999（1）.

[2]尹項根，陳德樹，張哲，等.故障分量差動保護[J].電力系統自動化，1999（11）：13-17.

[3]李毅軍.對故障分量原理的微機型發變組差動保護裝置在運行中一些問題的探討[J].電力系統保護與控制，1996（4）：55-62.

[4]許繼電氣.WFB-802A/F型微機保護裝置原理說明書[Z].許昌，2012.

TM772

B

1672-5387（2016）11-0020-02

10.13599/j.cnki.11-5130.2016.11.006

2016-09-07

趙國亞（1984-），男，助理工程師，從事水電站電氣二次設備維護檢修工作。