魯西換流站10 kV#6站用電差動保護動作分析與處理措施研究

劉思遠

（中國南方電網超高壓輸電公司天生橋局，貴州黔西南562400）

1 故障簡述及分析

2016-05-13，魯西換流站常規直流單元380/220 V站用電系統10 kV#5站用變帶405M運行，10 kV#6站用變帶406M運行，456DL母聯開關分位。

16：04，魯西換流站10 kV#6站用電保護動作，跳開023DL、46DL開關；405M、406M備自投動作，合上456DL母聯開關，10 kV#5站用變帶405M、406M運行，相關負荷支路恢復正常供電。

2016-05-13T16：04：08.560，魯西換流站10 kV#6站用電保護動作，380 V 406M負荷轉由10 kV#5站用電供電。

故障前，魯西換流站10 kV#5站用變帶405運行，10 kV#6站用變帶406M運行，運行功率約為230 kW。

故障后，對站內10 kV#6站用變本體及站用電保護、測量相關一/二次設備進行檢查，未發現一、二次設備存在異常。

2 變壓器縱差保護的重要性

變壓器主要用來升高或降低電壓，是電力系統中是不可或缺的十分重要的電氣設備。因此，變壓器故障將會對供電可靠性甚至電力系統的安全帶來極其嚴重的影響。

變壓器故障一般分為油箱外故障和油箱內故障，油箱內故障主要包括繞組相間短路、接地短路和匝間短路等，油箱外故障主要是套管和引出線發生的相間短路和接地短路。而變壓器縱差保護能在變壓器內部故障時正確動作。

3 魯西站用電差動保護動作分析

3.1 比率差動動作原因分析

根據表1中PCS-9679D變壓器比率差動保護動作原理可得，當Id＞0.2Ie、Id＞0.5（Ir-0.5Ig）+0.2（Ie是最小動作電流，Ig是拐點電流）時，差動電流Id、制動電流Ir在動作區域，比率差動保護動作，其動作曲線如圖1所示。

從保護動作波形分析，16：04：08.486時，Idc=0.201Ie，差動保護整組啟動；延時74 ms后，Idc增大至0.384Ie，C相比率差動正確動作。

3.2 A相比率差動未動作原因分析

在16：04：08.486時，Ida=0.173Ie，小于0.2Ie，在延時9.1 ms后達到0.202Ie，A相保護啟動，延時未達到動作時間，C相已經動作，切除了故障電流，所以A相啟動而沒有動作。

表1 PCS-9679D變壓器比率差動動作原理

圖1 比率差動動作曲線

3.3 C相比率差動動作原因分析

（1）對C相電流的波形畸變進行分析。

從保護啟動前C相電流波形及諧波分析可以看出，保護啟動前C相電流正常；在16：04：08.486保護啟動時刻，C相電流直流分量由-0.054 A增大至0.112 A，其含有率為23.16%，啟動后直流分量不斷增大，最大時為0.24 A，含有率為57.2%。正弦波形疊加直流分量的變化與故障波形的變化一致，均是往正半波偏移。

因此可以得出：由于負荷變化導致直流分量的產生，致使電流波形偏移，最終導致產生差流，比率差動保護動作。

（2）根據向量圖分析。

分別對三次側電流啟動前、啟動時和啟動后的向量圖進行分析，可以得出：在保護啟動前，三次側電流向量是對稱分布的；保護啟動時，三次側電流C相逆時針方向偏移；啟動后，三次側C相電流與一次側A相電流同相位，致使差動電流增大。

根據以上對C相比率差動動作原因的分析，得出比率差動保護動作的直接原因是負荷的突然變化。

10 kV#6站用變低壓側主要負荷分布為：常規閥廳空調（150 kW）、常規閥冷系統機組（200 kW）；經現場排查發現，故障跳閘時常規閥廳空調為穩定運行，常規閥冷系統機組正好處于主循環泵的啟動過程。

主循環泵的啟動過程有軟啟動和工頻啟動兩種方式。主循環泵的啟動電流最大值為1 746 A，其電流1 946 A（1 746+200）與故障前基波電流1 932 A（0.483×4 000）相差不多。

故障過程中，基波電流也逐漸降低，與主循環泵啟動過程電流衰減趨勢一致。主循環泵主回路中含有變頻器，由變頻器工作原理可知，變頻器交流輸出極大可能含有直流分量，如果負載為半波整流或可控硅整流等造成正、負半周不對稱，就一定會有直流分量的存在。

4 故障處理措施

通過上述故障分析得知，常規閥冷系統主循環泵啟動時會產生直流電流，致使電流波形偏移，比率差動保護動作。為此，制定了以下故障處理措施：

（1）重新核查和調整變頻器參數。對主循環泵的主電源回路進行檢查，在廠家指導下，對變頻器參數進行核查和設置，并增設直流偏置抑制措施。

（2）變壓器保護差動啟動電流定值調整至0.5Ie，防止變頻器直流偏置帶來的變壓器差動保護誤動。

（3）對10 kV#6變壓器進行預防性試驗，確保其運行可靠性。對其直流電阻、短路阻抗、絕緣電阻、吸收比和變比進行測量，并將測量結果和往年試驗結果比較，同時，進行交流耐壓試驗，確定變壓器絕緣能力等是否被破壞。

5 結論

（1）根據故障時各相波形分析，當C相差流出現時，變壓器高低壓側電壓波形平穩，未發生突變現象，可以排除區內故障的可能。故障后對變壓器進行的相關試驗數據表明，變壓器本體正常。由以上分析可得，C相比率差動動作原因是由于常規閥冷系統主循環泵的啟動，導致負荷突然增加的主循環泵中的變頻器產生直流分量，造成電流波形偏移，最終出現差流，比率差動動作。

（2）引起站用變差動保護動作的原因是低壓側負荷的突然增加，雖然沒有引起變壓器主變差動保護和瓦斯保護等變壓器內部故障的主保護，其保護也正常動作，但僅因為主循環泵的啟動而導致C相比率差動動作，問題雖不嚴重卻值得重視。對變壓器相關保護定值需進行修改，以免此類故障再次發生。

（3）在日常工作中，值班人員大多不會對異常和故障情況進行預測，等故障發生了，才開始慢慢找故障原因、解決辦法和處理措施，以至于每次故障發生后分析時間都較長。專業人員應對故障發生的各種情況進行模擬演示，找出原因，分析結果，并得出相應處理措施，提前做好預防工作。更重要的是，對主要設備容易出現的各種故障類型進行重點分析，可以利用相關算法得出結論與處理方法，使其自動化程度加強。

[1]朱聲石.高壓電網繼電保護原理與技術[M].2版.北京：中國電力出版社，1995.

[2]張保會，尹項根.電力系統繼電保護[M].2版.北京：中國電力出版社，2010.