主變壓器差動保護動作原因分析及解決

摘 要：變壓器作為電力系統中的重要元件，在電網中的地位非常重要，因此需要給變壓器安裝可靠的保護裝置，隨著微機保護的不斷應用，數字變壓器保護在電力系統中的應用日益廣泛，許多電廠將保護改在為微機綜保，在保護器的改造過程中由于設計及施工廠家的失誤造成變壓器保護誤動作的事故頻繁發生。由變壓器差動保護引起的保護誤動頻頻出現。當變壓器發生區外短路故障時，穿越性故障電流比正常運行時要大的多，尤其短路電流中含有較大的非周期分量，如果有一側TA嚴重飽和或兩側TA飽和程度不一樣，就可能產生較大的不平衡電流，容易引起差動保護誤動[1]。

關鍵詞：主變；差動保護；誤動作

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.05.137

1 系統結構及事故概況

某電廠變壓器差動保護動作后主要概況。7月25日16：40分電氣車間主控室事故報警器報警，#1主變差動保護動作，#1發電機出口001開關、滅磁開關跳閘，#1發電機所有表計到零，廠用段后臺機全部黑屏，緊接著#2發電機有功負荷到零，這時廠用系統已經全部失電，正在運行的#1、#2汽輪發電機停機，#1、#3鍋爐滅火。值長立即安排電氣值班員檢查廠用段6KV備用電源603開關狀態，發現603開關沒有自投，即刻搶合603成功，廠用段全部帶電并恢復運行系統用電。送電后，鍋爐車間值班干部安排操作工啟動#1鍋爐風機，并逐步投入煤粉升壓，同時組織#3鍋爐點火。17：30分，#1鍋爐主汽壓力升至3.0兆帕，17：40分#3鍋爐并入蒸汽系統。為確保蒸汽系統快速恢復，#1、#2汽輪機沒有啟動，在初步原因查明問題集中在#1主變，21：01分#2汽輪機開機并入系統發電。

2 事故原因分析

熱電廠全廠失電后，在與上級供電公司聯系中得知，在#1主變發生差動保護動作的同時，電網與電煉線同一條母線電百線零序動作（A向瓷瓶擊穿，保護動作，一次重合閘成功），電網出現大的波動。

熱電廠廠用段失電事故發生前，#1鍋爐負荷89t/h，#3鍋爐負荷95t/h； #1發電機負荷6.0 MW，#2發電機負荷12.0 MW；#1機分支帶廠用一段，#2機分支帶廠用二段、零段。#1、#3鍋爐輔機分別由#1、#2發電機各帶一半。母聯開關602投入運行，母聯開關601、6300備用，備用電源603開關熱備用，

事故分析查找主要從三個方面展開，即#1主變差動保護動作原因；#2發電機分支6022開關跳閘原因；外網電網波動與本次事故的聯系。

3 主變差動保護動作原因查找

3個月前對#1主變和#1發電機及#2主變和#2發電機保護方式進行了技術改造后，保護由原來的電磁式改為ABB公司微機綜合保護。自投產以來#1主變和#1發電機保護動作頻繁，而#2主變和#2發電機保護運行正常，因此懷疑#1主變和#1發電機保護系統本身有問題，廠家一直判斷為是與綜合保護系統配套的設備、設施原因。本次事故后，懷疑綜保系統有問題，聯系廠家，廠家仍然認為是配套設備故障，故這次事故的徹底查找中對系統進行全面試驗檢查，試驗內容分為靜態試驗和動態差動向量試驗旨在全面檢查與綜合保護配合的設備設施存在的問題。

3.1 靜態試驗

（1）對#1主變、發電機差動接線回路進行了全面檢查。結論：接線正確，回路絕緣完好。

（2）對5組電流互感器進行了試驗。結論：合格。

（3）測試#1發電機定子絕緣、定子直流電阻、轉子阻抗、轉子直流電阻。結論：合格。

（4）測試#1主變本體絕緣、變比、直流電阻。結論：合格。對變壓器油做了閃點、水份等化驗。結論：合格。主變介損、變壓器油色譜分析因克市地區沒試驗單位，故未做。

（5）測試電壓互感器、斷路器、電抗器、避雷器、電纜。結論：合格。

3.2 動態試驗

為進一步確認綜保接線的準確性，#1發電機開機正常后，帶電負荷4.0MW，進行了差動向量試驗。結論：合格。

在靜態試驗正常的情況下，廠家答應來現場配合查找原因，經確認差動保護誤動頻繁動的主要原因是ABB綜保裝置內部設置時將主變接線形式設錯及保護定值設置偏小引起。綜合保護系統內部主變接線形式錯誤。熱電廠主變中心點接地刀閘平時運行時，按規定必須有一臺是接地的，廠家設為不接地。當電網系統接地會產生很大的零序電流、勵磁涌流。當時供電公司監測到克網110kV母線上有瞬間接地短路發生，后來證實外網一條110kv線路距離零序保護動作，重合閘一次成功。在電廠線路距離零序保護動作及重合閘時，在電網中產生了很大成分的零序電流和高次諧波分量，在8月27日110kv側故障C相錄波中可以明顯看到，故障時，受其影響，C相電流反相，當時1#主變中性點接地方式運行，零序電流通過接地點直接流入主變，導致1#主變相位嚴重畸變，正常波形A、B、C三相相位角為120度，在事故時A、B、C三相相位角幾乎為0，達到瞬間同相，造成變壓器差動保護的誤動作。

與供電公司聯系得知，#1主變差動保護動作時電網中一條110kv線路距離零序保護動作，重合閘一次成功。將上級變電所的監測濾波與熱電廠#1主變和濾波進行比較分析，#1主變的波形與上級變電所監測的波形一致，時間一致，因此#1主變差動保護動作與外線零序動作有關。

綜保定值設置偏小，為了避免因網上波動等造成差動保護誤動作，在綜保設計中設置一個門檻差動電流，實際差動電流大于該電流時差動保護才動作，電調中心下的定值為1.15A，而ABB綜保裝置內部換算后實際動作值為0.45A，二者相差2.62倍，ABB綜保裝置廠家內部換算錯誤造成定值偏小是造成主變差動動作的另一個重要原因。

電流互感器飽和特性偏差影響測量準確性[2]。#1發電機出口電流互感器1994年設計、安裝、調試和投產，投產后到目前一直使用該電流互感器。事故發生后，對#1主變、發電機差動五組電流互感器做了飽和特性試驗，通過試驗發現6kV發電機側CT差動線圈的飽和電壓是230V，而6kV分支CT的飽和電壓是180V，CT飽和度不同，在發生故障時，如果故障電流過大，則可能會出現一側CT飽和，一側CT不飽和，從而引起低壓側電流產生誤差[3]。

4 #2發電機分支開關跳閘原因

由于#1主變差動保護動作后，聯跳#1汽輪發電機組，廠用6kV一段失電，母聯開關601自投，全廠的廠用電負荷轉到廠用6kV二段，致使#2分支6022開關過流保護動作（分支保護定值為1332 A，延時1.9S，實際動作值為1443A），造成廠用6kV失電，而此時備用電源603沒有自投，最終造成熱電廠全廠失電。

#1主變差動保護動作后，#1分支6011開關跳閘，其所帶6kV

廠用I段失電， 母聯開關601自投，由于#1分支所帶的負荷（包括10臺高壓電機）轉到#2分支帶，此時#2分支帶熱電廠所有設備。在恢復對#1分支所帶設備供電時，設備自投啟動電流很大，引起#2分支6022開關保護動作。通過計算和查看記錄，#1分支所帶的10高壓設備沖擊電流最少可達1170A，再加上#2分支本身所帶負荷以及當時由于電百線零序動作，系統電壓波動，#2分支6022開關總電流最高可達1500A以上，大于#2分支6022開關定值（定值為1332A）， #2分支6022開關過流保護動作，動作時電流為1433A，因此發電機分支定值偏小。

事故前運行方式廠用電保障原則是：一臺發電機分支跳閘后，正常運行的發電機分支帶全廠的廠用電，正常運行的發電機分支跳閘后，備用電源開關603自投后帶全廠的廠用電。該運行方式中正常運行的發電機分支跳閘后，備用電源開關603不自投或其保護動作都會發生全廠失電。因此，雖然有兩道防線防止全廠失電，但是如果一旦突破防線，結果就是全廠失電。分支定值計算是建立在經驗估算的基礎上，目前的運行方式要讓任一分支或備用電源瞬間接帶全廠負荷的設計思想是正確的，這樣可以迅速恢復生產，符合電網對電廠的規范要求，但由于失電時接帶全廠負荷的復雜多變性，分支定值經驗性計算難以準確匹配，加之備用電源容量不足和分支定值系統試驗難以操控，給生產運行埋下了重大隱患。另外，高壓開關柜改造后，開關柜保護由原來的電磁式繼電器改為目前微機綜合保護，開關動作準確和迅速，原來的開關由于保護動作緩慢，動作時間約0.1S，因此開關實際動作時間比設計延后0.1S，從而躲過了開關動作電流。

5 經驗教訓

廠用段改造項目成立了專門組織，有詳細的責任劃分和驗收要求，雖然由于一些原因影響，計劃方案變更較大，執行有一定困難，但主要問題還是在具體問題的處理過程中放松了管理和技術要求，工程質量驗收存在把關不嚴，致使廠家的錯誤沒有得到糾正。預防措施，加強設備和項目管理。

技術人員對綜保裝置沒有全面掌握，造成廠家保護定值設置錯誤、主變接線形式設錯時，未能及時發現和糾正。預防措施加強技術人員對新技術的學習和培訓，同時在以后的技術改造過程中要加強監督。

事故前，備用電源603開關過流保護定值為1033A，母聯開關601、602過流保護定值為900A，發電機分支開關過流保護定值為1332A。而該保護定值的是開關所帶電動機的額定電流加12倍最大電機額定電流之和，該定值在設備正常運行、啟動沒有問題，但是在母聯開關自投瞬間，各轉動設備啟動電流非常大，并且該電流無法精確計算。因此，原來保護定值計算小于母聯開關自投瞬間電流。預防措施，修訂的運行方式將降低分支和備用電源的負載而不是提高保護定值，以此避開保護定值無法精確計算的弊端。

經過實驗發現6kV發電機側電流互感器的飽和電壓是230V，而6kV分支電流流互感器的飽和電壓是180V，電流互感器飽和度不同，在發生故障時，如果故障電流過大，則可能會出現一側電流流互感器飽和，一側電流互感器不飽和，從而引起低壓側電流產生誤差，這對差動保護有一定影響。另外在檢查中發現發電機差動保護出口側電流取自測量電流互感器，不符合規范，而測量電流互感器線圈飽和度低，對發電機差動保護有一定影響。

參考文獻：

[1]蘇文博 李鵬博 張高峰.繼電保護事故處理技術與實例[M].中國電力出版社，2002.

[2]劉介才.工廠供電[M].機械工業出版社，2007（02）.

[3]袁秀修等.電流互感器和電壓互感器[M].中國電力出版社，2011

（03）.

作者簡介：趙軍（1981-），男，碩士，檢維修中心工程師，研究方向：電氣工程。