某110kV變電站主變差動保護(hù)動作的原因分析

吳晨媛 陸文欽

摘要：針對某110 kV變電站主變開關(guān)跳閘事件，本文分析判斷該開關(guān)兩側(cè)及上級相關(guān)保護(hù)動作行為的合理性，給出了故障原因，并成功消缺，最后提出防范及改進(jìn)措施。

關(guān)鍵詞：變電站;短路;主變差動保護(hù)

中圖分類號：TM77 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? 文章編號：1003-5168（2021）27-0086-03

Abstract： In view of a 110 kV substation main transformer switch tripping event，this paper analyzes the relevant protection actions on both sides of the switch and the upper level， and judges its rationality. On this basis， an analysis of the cause of the failure is given and the defect is successfully eliminated， and finally preventive and improvement measures are put forward to avoid the recurrence of similar incidents.

Keywords： substation; short circuit; main transformer differential protection

1 事故概況

事故發(fā)生前，某變電站711開關(guān)（110 kV側(cè)某出線開關(guān)）、700開關(guān)（1號主變110 kV側(cè)開關(guān)）為運(yùn)行狀態(tài)，712開關(guān)（110 kV側(cè)某出線開關(guān)）為熱備用狀態(tài)，10 kV母線分列運(yùn)行。站內(nèi)主變差動保護(hù)裝置型號為南瑞繼保RCS-9671B。

10月23日14：36分，1號主變差動速斷、比率差動保護(hù)動作跳711、700及101開關(guān)（1號主變10 kV側(cè)開關(guān)），110 kV備自投經(jīng)延時(shí)動作合712開關(guān)（正確動作），因該站10 kV側(cè)沒有自投裝置，所以10 kV母線失壓[1]，而后監(jiān)控合10 kV母線分段100開關(guān)，恢復(fù)送電。

隨即，運(yùn)行及檢修人員趕到現(xiàn)場對有關(guān)一、二次設(shè)備進(jìn)行檢查。現(xiàn)場對1號主變差動保護(hù)裝置查看發(fā)現(xiàn)，裝置內(nèi)部的事件記錄如表1所示。由以往工作經(jīng)驗(yàn)可知：

①變壓器保護(hù)根據(jù)容量大小有所不同。大型電力變壓器的主保護(hù)有機(jī)變大差動、差動、瓦斯、速斷等，后備保護(hù)有過負(fù)荷等，還有油溫高報(bào)警等。可見差動是變壓器的主保護(hù)之一。

②變壓器差動保護(hù)是專用于變壓器的差動保護(hù)，一般為速斷，也可以根據(jù)要求設(shè)置延時(shí)或報(bào)警，而差動速斷保護(hù)不僅用于變壓器，也可以用于電纜兩端以及其他用電設(shè)備的差動保護(hù)上。

③一般情況下，比率制動原理的差動保護(hù)能作為電力變壓器主保護(hù)，但是在嚴(yán)重內(nèi)部故障時(shí)，短路電流很大的情況下，嚴(yán)重飽和使交流暫態(tài)傳變嚴(yán)重惡化，它的二次側(cè)基波電流為零，高次諧波分量增大，反應(yīng)二次諧波的判據(jù)誤將比率制動原理的差動保護(hù)閉鎖，無法反映區(qū)內(nèi)短路故障。

④差動速斷電流是指電氣設(shè)備進(jìn)線端與出線端的電流差達(dá)到使相應(yīng)設(shè)備做出斷電動作的電流值，一般為綜合計(jì)保里的參數(shù)設(shè)置項(xiàng)之一，是一種差動保護(hù)。由于變壓器在空載合閘時(shí)會產(chǎn)生勵(lì)磁涌流的特有規(guī)律，造成各側(cè)電流不平衡，一般涌流達(dá)到變壓器額定電流的幾倍，即不平衡電流可能為變壓器額定電流的幾倍，在差動保護(hù)中就需要考慮去掉涌流的影響。差動速斷是采用提高整定值來躲涌流，一般整定為4～8倍變壓器額定電流，不再采取其余判斷涌流的措施。變壓器差動電流速斷保護(hù)采用三相差動電流中任一相大于差動電流速斷定值時(shí)，瞬時(shí)動作出口，它不受任何閉鎖條件約束，快速切除變壓器區(qū)內(nèi)發(fā)生的嚴(yán)重故障。根據(jù)微機(jī)保護(hù)的特點(diǎn)，該保護(hù)判據(jù)采用可變數(shù)據(jù)窗的兩種算法實(shí)現(xiàn)。一種用于保護(hù)啟動后初始階段的快速判斷，加快出口動作速度;另一種計(jì)算準(zhǔn)確，可以在啟動一個(gè)周波后隨時(shí)瞬動出口。整體效果類似“反時(shí)限”的性能。保護(hù)判據(jù)為：Idz ≥ ISD，Idz為動作電流、ISD為差動電流速斷定值。

⑤1號主變裝置上面顯示：差動速斷動作A相和C相 ，動作電流為12.93Ie，Ie—額定電流;比率差動動作A相和C相，動作電流為14.93Ie。1號主變差動保護(hù)錄波圖中，波形圖顯示的是差動轉(zhuǎn)換前的最原始電流，由現(xiàn)場裝置可以看出，只有主變高壓側(cè)711開關(guān)電流互感器的A相有故障電流，700開關(guān)和101開關(guān)的電流互感器均沒有故障電流。

2 現(xiàn)場情況檢查

現(xiàn)場1號主變高后備保護(hù)和低后備保護(hù)均沒有啟動和動作信息。因此判斷點(diǎn)在1號主變的高壓側(cè)。

班組人員根據(jù)主變差動保護(hù)的動作原理進(jìn)一步分析，采用微機(jī)保護(hù)可以使各種保護(hù)取用電流實(shí)現(xiàn)“信息共享”，用一個(gè)電流信號就可以為差動、過電流等保護(hù)提供信號來源，使電流互感器的數(shù)量大大減小、互感器二次負(fù)荷大大減輕，并有利于減小差動保護(hù)的不平衡電流。

對于傳統(tǒng)的模擬式或電子式繼電器，電流的向量和是通過將相關(guān)電流互感器的二次線在繼電器外部連接起來而獲得的，如果電流互感器變比不匹配，往往要采用輔助電流互感器來進(jìn)行補(bǔ)償。微機(jī)保護(hù)則可以很方便地由軟件實(shí)現(xiàn)電流互感器二次電流的相位變換和數(shù)值修正，所以對于Y/△接線的變壓器，各側(cè)電流互感器均接成Y形，而且通過輸入變壓器分接頭位置，能動態(tài)補(bǔ)償由于變壓器有載調(diào)壓引起的TA變比不匹配。

三相變壓器高、低壓側(cè)（有時(shí)還有中壓側(cè)）繞組接線方式（即連接組別）通常不同，例如常見的主變壓器具有高、低壓雙側(cè)繞組，采用Yd11形接線方式，因此變壓器兩側(cè)同名相電流的相位不一致。在正常運(yùn)行工況下，變壓器三角形側(cè)的線電流比星形側(cè)對應(yīng)的線電流超前30°。

另一方面因變壓器變比K的影響，高、低壓側(cè)額定電流也不相同。為了保證在變壓器差動保護(hù)的二次回路中，代表原、副邊電流的幅值與相位基本一致，在選取電流互感器的二次接線方式與引變比時(shí)需考慮進(jìn)行相位與幅值校正。本站變壓器采用Yd11接線雙繞組變壓器原、副邊電流互感器二次側(cè)的接法，變壓器星形側(cè)的電流互感器副邊采用三角形接線，而變壓器三角形側(cè)的電流互感器副邊采用星形接線，這樣變壓器兩側(cè)電流互感器二次回路同名相電流分別與其相位一致，實(shí)現(xiàn)了相位校正。

由于變壓器高壓側(cè)（星形側(cè)）電流互感器副邊采用三角形接線，使差動保護(hù)輸入電流較之每相電流互感器副邊電流幅值擴(kuò)大[3]倍，因此該側(cè)電流互感器變比的選擇也需要在副方按額定電流考慮的基礎(chǔ)上相應(yīng)地?cái)U(kuò)大[3]倍（幅值校正），以保證正常運(yùn)行時(shí)輸入差動保護(hù)的電流為額定電流。

隨即在110 kV場地上發(fā)現(xiàn)，1號主變高壓側(cè)7011閘刀靠主變側(cè)A相樁頭及其瓷瓶有對地放電的痕跡，現(xiàn)場地面有被燒黑的漂浮物，其他相別未發(fā)現(xiàn)有故障。對側(cè)220 kV延時(shí)變也是距離保護(hù)動作A相故障，故判斷故障點(diǎn)在此。現(xiàn)場故障點(diǎn)照片如圖1和圖2所示。

因南瑞繼保RCS-9671B的差動保護(hù)裝置采用高壓側(cè)轉(zhuǎn)角的方式來平衡[2]，與A相有關(guān)聯(lián)的是A、C兩相，一次故障相別與裝置計(jì)算一致[3]，因此差動保護(hù)正確動作。

110 kV自投在故障前運(yùn)行第一種運(yùn)行方式，1號主變差動保護(hù)動作，自投判700開關(guān)跳開后合712開關(guān)，因此自投正確動作。

3 結(jié)語

110 kV某變電站1號主變差動保護(hù)動作的故障原因?yàn)?號主變高壓側(cè)7011閘刀靠主變側(cè)A相樁頭對地放電。針對以上事故案例分析，在今后變電站運(yùn)行維護(hù)工作中應(yīng)做到以下三點(diǎn)，以避免事故的再次發(fā)生。

①101開關(guān)限時(shí)電流速斷保護(hù)出口同時(shí)經(jīng)過“限時(shí)電流速斷保護(hù)投退”控制字、“限時(shí)電流速斷出口” 矩陣、“限時(shí)電流速斷遙控”壓板三者共同控制，三者呈“與”門關(guān)系。僅當(dāng)控制字、出口矩陣、遙控軟壓板三者同時(shí)使能，限時(shí)電流速斷保護(hù)才能正確出口。101開關(guān)保護(hù)定值單只出具了控制字定值，而出口矩陣和遙控壓板未體現(xiàn)在定值單中，成為工程驗(yàn)收時(shí)容易忽略的點(diǎn)。

②現(xiàn)場應(yīng)加強(qiáng)巡視，及時(shí)發(fā)現(xiàn)絕緣件損壞故障，避免絕緣老化、絕緣距離減小引起的放電或擊穿現(xiàn)象。變電站改造期間，未進(jìn)行全套保護(hù)功能校驗(yàn)以及工程驗(yàn)收不仔細(xì)是導(dǎo)致本次事故的根本原因。基建過程中，應(yīng)重點(diǎn)加強(qiáng)對母線絕緣薄弱環(huán)節(jié)的施工，由于母線發(fā)生故障處，分段開關(guān)平時(shí)均分裂運(yùn)行，無電流流過，致使密封的開關(guān)柜內(nèi)濕度過大，不能通過適當(dāng)?shù)倪\(yùn)行發(fā)熱降低柜內(nèi)濕度，該處絕緣相對較低;同時(shí)運(yùn)維檢修人員應(yīng)加強(qiáng)對重點(diǎn)部位的巡檢力度，并根據(jù)實(shí)際情況，采取必要措施，防止此類事故再次發(fā)生。

③加強(qiáng)設(shè)備運(yùn)維檢修，定期組織開展超聲波局部放電檢測、暫態(tài)地電壓檢測，及早發(fā)現(xiàn)設(shè)備安全隱患[4-5]。建議開展專項(xiàng)排查工作，對全部相關(guān)類型保護(hù)裝置的定值、控制字、出口矩陣、遙控軟壓板進(jìn)行檢查，杜絕類似問題再次發(fā)生。建議完善定值單系統(tǒng)，把可能對保護(hù)功能產(chǎn)生影響的條目和參數(shù)添加到定值單中。建議規(guī)范基建、技改、檢修部門保護(hù)校驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)，規(guī)范新裝置首檢、舊裝置定期校驗(yàn)的作業(yè)流程。強(qiáng)化運(yùn)維部門驗(yàn)收流程，把好設(shè)備投運(yùn)前最后一關(guān)。

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