某電廠母線差動保護誤動分析及處理

關 慶（國網新源檢修分公司，北京市 100068）

0 引言

差動保護是反映被保護元件（或區域）兩側電流差而動作的保護裝置，差動保護作為被保護元器件的內部故障的保護，電流互感器安裝在被保護設備的兩側，在正常或外部發生故障時，流入差動保護的電流為不平衡電流，在適當選擇好兩側電流互感器的變比和接線方式下，該不平衡電流值很小，并小于差動保護的動作電流，故保護不會動作，被保護設備內部發生故障時，流入差動保護裝置的電流大于差動保護的動作電流，差動保護動作于跳閘，而電流互感器二次繞組選擇錯誤后將很有可能造成保護誤動，微機母差保護常使用電流瞬時值差動保護。當母線區外故障電流互感器飽和時，電流互感器二次電流出現嚴重缺損，電流波形發生起邊，由此造成很大的差電流，易引起誤動作。200×年×月×日11時29分，某電廠發生3號主變壓器出線至220kV開關站鐵塔間C相高壓線路對樹木放電接地，造成主變壓器差動保護動作跳開2203斷路器；母線差動保護BP-2B誤動作，跳開母聯2245斷路器、2號主變壓器2202斷路器、××Ⅰ線2213斷路器及聯跳對側2212斷路器。經過調查分析，造成BP-2B型母差保護誤動作的主要原因是電流互感器等級選擇錯誤、互感器線圈配置不合理，同時發現BP-2B型母差裝置亦存在一定的缺陷。某電廠一次主接線（見圖1）。

1 故障前運行工況及故障經過

1.1 故障前工況

220kV4母線、5母線經母聯2245斷路器聯絡運行，1號主變壓器2201斷路器、4號主變壓器2204斷路器、××Ⅱ線2214斷路器在4母線運行；2號主變壓器2202斷路器、3號主變壓器2203斷路器、××Ⅰ線2213斷路器在5母線運行；4臺機組在備用狀態。

1.2 故障經過

200×年×月×日11時29分59秒201毫秒，3號主變壓器出線至220kV開關站鐵塔C相高壓線路與地面大樹放電，11時29分59秒296毫秒3號主變壓器雙套差動保護動作跳開2203斷路器，11時29分59秒312毫秒BP-2B母差保護動作跳開母聯2245斷路器、2號主變壓器2202斷路器、××Ⅰ線2213斷路器及聯跳對側2212斷路器。

2 故障原因分析

事故發生后，電站電氣一次人員、電氣二次人員對高壓設備、保護裝置進行全面檢查，故障處鐵塔位于陡坡高處，周圍無道路靠近，從開關站和廠壩間巡視均無法有效目測鐵塔近處狀況，鐵塔周圍灌木生長過高與高壓線距離過近，造成高壓線通過灌木對地放電。由于放電故障點在3號主變壓器差動保護范圍內，3號主變壓

器差動保護正確動作（見圖2主變壓器保護波形）。

圖1 某電廠一次主接線圖Fig．1 Main wiring diagram of a power plant

圖2 主變壓器差動保護波形Fig．2 Waveform of main transformer protection

3號主變壓器出線至220kV斷路器站鐵塔間C相高壓線路與周圍樹木距離過近是造成接地故障的直接原因，接地放電是主變壓器差動保護動作的主要原因。但故障點在母差保護范圍以外，母差保護不應動作。二次人員對繼電保護裝置、故障錄波裝置及回路進一步檢查發現，故障過程中，經過母聯C相流入5母線的一次電流有效值為5191.5A，經過××Ⅰ線C相流入5母線的一次電流有效值為3431.5A，可計算經過3號主變壓器高壓斷路器流出5母線的一次電流有效值為8623A，但是從母差保護波形圖中看出，3號主變壓器高壓側CT提供給BP-2B母線保護裝置的二次電流波形發生了嚴重的飽和畸變。在故障發生時11時29分59秒201毫秒故障支路的C相電流互感器線性傳變區僅為3.5～4ms，之后90ms傳變誤差最高達70%左右，母差保護可靠制動，因此故障期間母差保護并未動作。11時29分59秒296毫秒，主變壓器差動保護動作故障切除，一次短路電流消失，受剩磁影響，電流互感器二次回路中出現4 ms反向拖尾小電流，相關支路的拖尾電流方向變為同向，呈母線區內故障特性，區內故障差動條件滿足，11時29分59秒312毫秒母線差動保護動作出口（見圖3母線保護波形）。同時母線差動保護動作后，依據動作邏輯，啟動遠跳功能跳開××Ⅰ線對側2212斷路器。

檢查發現BP-2B母線差動保護3號主變壓器分支電流互感器故障過程中短路電流激增電流互感器嚴重飽和波形畸變，是造成母線差動保護動作的一個原因。主變壓器高壓側故障切除后，母差保護未能可靠制動是造成母線差動保護動作的另一原因。

圖3 母線保護波形Fig．3 Waveform of busbar protection

針對BP-2B母線保護裝置的二次電流波形發生嚴重飽和畸變現象，對3號主變壓器2203斷路器支路上電流互感器進行了進一步檢查。

3 3號主變壓器2203斷路器電流互感器檢查

3.1 電流互感器二次繞組使用情況

3號主變壓器2203斷路器電流互感器二次繞組使用情況見表3。

表1 3號主變壓器2203斷路器電流互感器二次繞組使用情況Tab.1 The use of current transformer secondary wilding of HV side breaker on #3 main transformer

3.2 電流互感器一次側檢查情況

3號主變壓器2203斷路器電流互感器一次側P2靠母線側。現場檢查電流互感器一次引線P1端和P2端，沒有發現絕緣護套或護墊等元件。其產品說明書說明一次出線端子由瓷套打孔引出。通過咨詢電流互感器生產廠家技術人員得知，在電流互感器一次側并聯使用時引出線端子P1、P2都是絕緣的；在電流互感器一次側串聯使用時引出線端子P1是絕緣的。3號主變壓器2203斷路器電流互感器采用串聯連接方式。電流互感器型號為LB7-220W2。電流互感器一、二次繞組安裝位置示意圖如圖4所示。

圖4 電流互感器一、二次繞組安裝位置示意圖Fig．4 Wiring diagram of current transformer primary wilding and secondary wilding

4 存在的問題

3號主變壓器2203斷路器電流互感器0.5級二次繞組接入BP-2B母線差動保護不符合保護規程要求。

母線差動保護在區外短路電流較大、電流互感器嚴重飽和時故障切除瞬間，一次短路電流消失，受剩磁影響，電流互感器二次回路中出現反向拖尾小電流，相關支路的拖尾電流方向變為同向，呈母線區內故障特性，區內故障差動條件滿足，母線差動保護動作出口。此時母差保護不應該動作，應可靠閉鎖。

其他存在的與此次保護動作沒有直接關系的問題本文不作敘述。

5 整改意見

調整3號主變壓器斷路器電流互感器二次電流回路接線，使其滿足：①保護沒有死區；②二次繞組選擇采用主變壓器雙重差動保護與母線雙重差動保護雙交叉方式，滿足一套主變壓器差動或一套母差保護停用，主變壓器繼續運行時，不會出現電流互感器內部故障時的保護死區；③3號主變壓器雙套差動保護應分別選用不同二次繞組，然后將其后備保護串入主變壓器差動保護電流回路中（圖5為3號主變壓器2203斷路器支路一次接線、表2為整改后電流互感器二次繞組）。雙套母差保護分別選用兩個5P20的繞組。

圖5 3號主變壓器2203斷路器支路一次接線圖Fig．5 Primary wiring diagram of HV side breaker on #3 main transformer

表2 整改后3號主變壓器2203斷路器電流互感器二次繞組使用情況Tab.2 The use of improved current transformer secondary wilding of HV side breaker on #3 main transformer

修改母差保護在區外故障閉鎖邏輯，即在區外故障切除后延時10ms解除閉鎖，躲過剩磁產生的反向拖尾小電流造成的母差保護誤動作。本次故障中剩磁產生的反向拖尾小電流可能偶然現象，同一電流互感器保護級二次繞組回路中剩磁產生拖尾小電流就沒有發生反向。不過隨著電網容量不斷擴大，發生短路時產生的電流會急劇增大，即使選用保護級繞組也可能產生飽和，出現反向拖尾小電流的現象。

6 結論

隨著近年系統的不斷擴容，新型保護裝置的大量使用，一方面大大提高了電網可靠性，但另一方面供電電容量愈來愈大，系統短路電流急劇增加，系統中電流互感器飽和問題日益突出，故日后繼電保護裝置新投及改造過程中應加大對電流互感器的選擇，避免出現互感器選擇錯誤或不符現象，提高系統穩定性。所以，繼電保護所用的電流互感器，必須按照相關規程規定和反措要求進行安裝和使用，才能保證保護正確動作。

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