一起變電站主變保護誤動作原因分析與處理

永登縣弘陽新能源發(fā)電有限公司 劉東東

1 引言

變壓器同相高低壓繞組均繞在同一鐵心柱上，由同一主磁鏈繞制。當主磁通變化時，高低壓繞組中的感應(yīng)電勢存在一定的極性關(guān)系。變壓器接線組是一次繞組與二次系統(tǒng)相結(jié)合的一種表示方法。 變壓器接線組別一次側(cè)接線方式用大寫字母表示，二次側(cè)接線方式小寫字母表示。

變壓器繞組有兩個連接，即，“三角形連接”和“星形連接”；“d 表示為三角形連接，”n“表示與中性線星形連接，Y 表示星形;“YN，d11”，其中11是指當一次側(cè)電壓相位作為一針細針指向時鐘的12：00位置時，次級側(cè)的線路電壓相量位于時鐘的11：00位置。也就是說，二次側(cè)的線路電壓UAB落后于一次側(cè)電壓UAB330度（或前方30度）。繼電保護的連接組別定值整定應(yīng)和主變銘牌連接組別輸入一致。

2 故障現(xiàn)象

某電廠新擴建的330 kV 升壓站#2主變間隔2022年1月11日初次投入運行，主變保護A 套、主變保護B 套無動作，一次設(shè)備沖擊試驗合閘成功，風(fēng)電場站用變T 接在35C4風(fēng)電集電線上，站用變高壓側(cè)跌落保險送電合閘操作時，發(fā)生A、B 相間短路故障，致使330kV 變電站35C4風(fēng)電4線過流I 段保護動作，35C4開關(guān)跳閘，330kV 變電站#2主變A 套保護縱差保護動作，#2主變高壓側(cè)3302開關(guān)、#2主變低壓側(cè)350C 開關(guān)跳閘，#2主變A 套保護故障相別為C 相，縱差保護動作時間34ms，縱差最大差流0.682Ie。#2主變保護B 套未動作。

3 電站簡介

330 kV 升壓1#主變已正常運行，本期擴建1×240MVA#2主變一臺，#2主變高壓側(cè)電壓等級330kV，斷路器編號3302；#2主變低壓側(cè)電壓等級為35kV，斷路器編號350C，室內(nèi)35kV 母線采用擴大單元接線形式。#2主變預(yù)接入風(fēng)電場200MW項目（可研），本期建設(shè)100MW，安裝23臺直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機組。以4回35kV 架空線路匯集入330kV 升壓#2主變間隔低壓側(cè)。

4 故障初步原因分析

35C4風(fēng)電集電線上站用變故障明顯，為站用變內(nèi)部故障所致。此次故障為主變保護區(qū)外故障，主變保護動作原因需進一步查明原因。

4.1 #2主變壓器保護A 柜差動保護用電流互感器變比

高壓側(cè)（330kV 側(cè)）：1000/1，低壓側(cè)（35kV側(cè)）：2500/1，高壓側(cè)電流取自主變高壓側(cè)CT，低壓側(cè)電流取自350C 開關(guān)柜CT，定值中主變高低壓側(cè)額定容量240MVA，實際裝機容量100MVA，根據(jù)計算公式：

得出主變高壓側(cè)額定電流：

實際運行額定電流：高壓側(cè)實際二次額定電流：

差動保護是利用基爾霍夫電流定律，具體到主變差動保護，將低壓側(cè)電流折算到高壓側(cè)，變壓器正常運行，低壓側(cè)流入的電流值等于高壓側(cè)流出的電流值，即差動電流為0，此次動作電流0.682Ie，大于定值0.5Ie，保護動作正確，但需進一步分析產(chǎn)生差流的原因。

4.2 變壓器保護可能產(chǎn)生差流的原因

一是變壓器保護定值整定錯誤，如變壓器的設(shè)備參數(shù)定值，導(dǎo)致裝置內(nèi)部模型計算錯誤，經(jīng)檢查主變高壓側(cè)額定容量設(shè)置240MVA，主變低壓側(cè)額定容量設(shè)置240MVA，高壓側(cè)CT 一次值1000A，高壓側(cè)CT 二次值1A，低壓側(cè)CT 一次值2500A，低壓側(cè)CT 二次值1A，差動啟動定值0.5Ie，與定值單核對無誤。

二是負荷不平衡。330kV 升壓站330kV 設(shè)備、35kV 設(shè)備全部投入后，電壓幅值檢查A、B、C 三相正常在349kV，相位互差120°。電流幅值較小，相位互差120°，差流檢查正常為0.因電流幅值小，不滿足極性六角圖測試，按照啟動方案，投入站用變，增加負荷電流。排除負荷不平衡導(dǎo)致的主變保護誤跳。

三是有載調(diào)壓切換不一致，檔位切換不到位，擋位所在繞組電阻值不一致，計算所得電流不平衡導(dǎo)致差流過大。變壓器在投運前，調(diào)試人員對變壓器全檔位做了切換試驗，未發(fā)現(xiàn)異常，變壓器交接試驗時，試驗人員對全檔位直流電阻做了測試，試驗數(shù)據(jù)較出廠值無明顯變化，不平衡率小于2%，符合電氣交接試驗標準DL/T596-2021變壓器試驗規(guī)定要求。

四是極性錯誤。主變CT 極性是指一次繞組和二次繞組間電流方向的關(guān)系。按照規(guī)定，CT 一次繞組的首端標為P1，高壓側(cè)P1在330kV 母線側(cè)，尾端標為P2，高壓側(cè)P2在主變側(cè)；低壓側(cè)P1在35kV母線側(cè)，低壓側(cè)P2在主變側(cè)；二次繞組的首端標為S1，尾端標為S2。在接線中，P1和S1、P2和S2稱為同極性端。假定一次繞組的電流I1從首端P1流入，從尾端P2流出時，二次繞組中感應(yīng)的電流I2是從首端S1流入裝置，從尾端S2流出裝置，此時在鐵芯中產(chǎn)生的磁通方向相同，這樣的CT 極性標志稱為減極性。除有特殊規(guī)定外，均采用減極性。極性接反會引起繼電保護拒動或誤動。根據(jù)故障現(xiàn)象及繼電保護裝置動作情況做了分析，可能是主變保護A套誤動或主變保護B 套PRS-778拒動。

5 處理措施

一是極性測試。差動定值0.5Ie，差動電流0.682Ie，針對動作差流大問題，初步判定為#2主變保護A 柜電流線CT 極性接反，將4節(jié)1.5V#1干電池串聯(lián)，正極接于CT 的一次繞組P1，負極接在P2上，CT 的二次側(cè)S1接指針式電流表的正極，S2接負極。接好線后，若開關(guān)S 在合閘瞬間指針正偏，拉閘瞬間指針反偏，則P1、S1是同名端，電流互感器是減極性，如指針擺動與上述相反為加極性。同時按照保護主變，電流極性指向主變的原則，主變高壓側(cè)P1在330kV 母線側(cè)，主變低壓側(cè)P1在35kV母線側(cè)，極性均指向主變，二次側(cè)S1均進入裝置1A首端，電流極性無誤。測試其他保護、計量、測量繞組極性均正確。對高壓側(cè)、低壓側(cè)電流二次通流，裝置采樣值正確，

二是相線核對。對主變高壓側(cè)端子箱至主變保護A 柜 的A4101、B4101、C4101，N4101二 次接線唯一正確性進行校驗，接線正確。對主變低壓側(cè)開關(guān)柜二次端子排至主變保護A 柜的A4111、B4111、C4111，N4111二次接線唯一正確性進行校驗，接線正確。測試其他保護、計量、測量繞組相線均正確，二次線相序核對無誤。對330kV 一次設(shè)備全部進行相序核對，相序核對無誤。

三是根據(jù)二十五項反措要求，電流互感器二次繞組有且僅有一點接地，同時考慮端子箱接地可能發(fā)生的開關(guān)場的接地事故將地位差引至保護裝置，主變差動保護電流互感器二次接地選擇在保護屏柜接地，檢查電流互感器二次接地保護A 柜高壓側(cè)N4101、低壓側(cè)N4111接地正確、B 柜接地正確，采用4mm2黃綠色標的接地線，對CT 二次接地全部進行了核查，接地均按照圖紙可靠接地。

四是對故障錄波波形及開關(guān)量動作情況與保護裝置進行核對分析，故障錄波模擬量與開關(guān)量與保護裝置采集到的故障量一致。

五是對#2主變保護A 柜跳閘出口接線與圖紙進行了核對，接線無誤。裝置I 側(cè)與III 側(cè)電流與出口和一次設(shè)備330kV、35kV 設(shè)備對應(yīng)無誤。查看對比分析雙套配置的#2主變保護B 柜PRS-778未動作的原因，無有效引起保護動作的條件。

六是現(xiàn)場檢查#2主變保護A 柜高低壓側(cè)電流回路接入方式，檢查發(fā)現(xiàn)330kV 側(cè)電流接入保護裝置對應(yīng)高壓側(cè)電流（對應(yīng)接線組別YN）回路，35kV側(cè)電流接入保護裝置對應(yīng)低壓側(cè)電流（對應(yīng)接線組別d11）回路。

七是核對保護定值和壓板投退情況，定值輸入與定值單均一致，軟壓板、硬壓板控制字均按照定值要求投入。但是保護裝置參數(shù)設(shè)置和定值單均無變壓器“接線組別”設(shè)置選項，查看2#主變保護B柜，保護接線組別為“YN/yn0”接線，與一次設(shè)備“YN/yn0”接線組別一致。1#主變和2#主變保護型號配置一樣，查看1#主變保護A 柜參數(shù)設(shè)置的接線組別，與一次設(shè)備“YN/yn0”接線組別一致。查看#2主變保護A 柜此裝置版本的說明書，發(fā)現(xiàn)此保護版本是用于Y0/d11的保護，初步判斷此次故障是由于定值中保護接線組別設(shè)置錯誤導(dǎo)致。該（V4.01）程序僅適用Y0/Y0/D-11接線，由于調(diào)整方式與主變接線方式不符，導(dǎo)致低壓側(cè)區(qū)外故障時出現(xiàn)差流。

6 分析

此次保護誤動是因為繼電保護裝置輸入定值中連接組別（Y0/Δ-11）與被保護一次設(shè)備連接組別（YN/yn0）不一致造成補償偏差而引起的保護誤動，對于Y0/Δ-11保護，存在補償校正：

Y0側(cè)：I'A=（IA-I0）；I'B=（IB-I0）；I'C=（IC-I0）I

Δ 側(cè)：I'a=（Ia-Ic）/√3；I'b=（Ib-Ia）/√3；I'c=（Ic-Ib）/√3

式中：Ia、Ib、Ic 為Δ 側(cè)CT 二次電流；I'a、I'b、I'c 為Δ 側(cè)校正后的各相電流；IA、IB、IC 為Y0側(cè)CT 二次電流；I'A、I'B、I'C 為Y0側(cè)校正后的各相電流。

差動保護啟動電流定值為0.5Ie，區(qū)外故障時，三相差流分別為0.534Ie，0.159Ie 和0.688Ie，差流制動門檻為0.839Ie，0.994Ie 和0.576Ie，C 相差流滿足方程，因此縱差保護動作跳閘

正常運行時，高低壓側(cè)電流向量關(guān)系，兩側(cè)電流相差約180°。采用Yn0，y0接線方式離線計算各側(cè)調(diào)整后的電流及差流，低壓側(cè)區(qū)外故障時三相差流為0。

A 套變壓器保護各側(cè)CT 二次電流相位由于軟件調(diào)整，裝置采用Δ →Y 轉(zhuǎn)化調(diào)整差流平衡，這樣可明確區(qū)分涌流和故障的特征，加快了保護的動作速度。應(yīng)將A 套保護定值Y0/Δ-11修改成YN/yn0。

7 整改措施

7.1 程序升級

現(xiàn)場升級主變保護A 柜裝置程序，開放“鐘點數(shù)”選擇設(shè)置，將保護的“接線組別”由（Y0/Δ-11）更改為和主變銘牌一樣都為YN0/y0，并變更保護定值單，開放前后鐘點數(shù)選擇選項對比見表1。

表1 開放前后鐘點數(shù)選擇選項對比

7.2 定值整定

升級后按照保護定值單對所有保護重新做了整定，防止軟件升級造成保護其他保護定值的變更，重點對主變接線組別做了檢查，檢查主變保護A 柜裝置控制整定無誤，檢查軟壓板整定無誤，檢查硬壓板整定無誤，檢查主變跳閘矩陣整定無誤，

7.3 裝置檢查

屏柜二次空開投退無誤，電流、電壓短接可連片均在導(dǎo)通連接狀態(tài)，二次接線均做了緊固，非電量開入狀態(tài)均正常，通訊通道均正常，與后臺通訊的A 網(wǎng)、B 網(wǎng)通訊狀態(tài)正常，遙信及中央信號開入正常。出口線正極線+220V，負極線-220V，電壓正常。查看直流系統(tǒng)正對地絕緣電阻999kΩ，負對地絕緣電阻999kΩ，GPS 對時正常，與網(wǎng)絡(luò)時間一致，打印機電源正常，進紙退紙無卡頓。

8 結(jié)語

差動是微機保護特有的一種主保護，差動將相量轉(zhuǎn)變?yōu)楦鞑蓸狱c（瞬時值）的比率差動，并依靠多點重復(fù)判斷來保證可靠性。差動保護的設(shè)置主要是為一般的非輕微變壓器內(nèi)部故障提供一個速動段，有助于消除二次諧波判據(jù)帶來的長延時影響。差動可快速切除絕大多數(shù)非輕微的變壓器相間、接地故障。采樣值差動保護可作為對常規(guī)差動的補充，繼電保護定值是保護動作的依據(jù)，定值的計算、整定嚴格按照設(shè)備參數(shù)實施，新建電站調(diào)試、運行人員應(yīng)熟悉設(shè)備，施工工藝、安裝調(diào)試符合相關(guān)規(guī)程，運行人員不斷提高設(shè)備運行技能水平。