對一起220kV主變差動速斷保護誤動作的分析

唐 晉,馬國新，韓志坤

（河南省新鄉供電公司，河南 新鄉 453002）

變壓器在電力系統中占有重要的位置，為保證變壓器的可靠運行，在變壓器上裝設了多套繼電保護裝置，如果因為這些保護裝置出現問題而發生誤動作，將會對電力系統的安全運行構成威脅，因此對繼電保護裝置誤動作進行深入分析，是最基礎的要求。

2000年6月19日16:47，外網220 kV變電站一條110 kV線路發生A相單相接地故障，故障點位于該110 kV線路出口，線路的零序保護I段、接地距離I段動作，重合閘動作，之后零序I段再次動作跳閘，110 kV線路開關的保護裝置正確動作。然而在該線路重合閘后的暫態過程中，220 kV變電站2#主變A屏的差動速斷保護發生了誤動作，導致2#主變220 kV側、110 kV側、10 kV側開關跳閘。為什么2#主變A屏差動速斷發生誤動作、而B屏沒有誤動作？與2#主變并列運行的1#主變為何沒有發生誤動作？對此問題應進行深入研究。

1 保護配置及接線

220 kV變電站2#主變容量150 M VA，電壓等級為：220/110/10.5 kV，正常運行時主變220 kV側、110 kV側中性點接地。與其并列運行的1#主變無論在容量、電壓等級還是在短路阻抗上與其基本相同。兩臺變壓器配置的保護完全相同。2#主變配置的A屏和B屏保護裝置均采用許繼電器股份有限公司生產的W BH-800微機變壓器保護裝置。每一屏都集中了主變的全部電器量保護-比率制動差動保護和差動速斷保護以及主變各側后備保護。

A屏和B屏保護配置幾乎相同，僅在比率制動差動保護的識別勵磁涌流方式上略有差異，分為波形畸變原理或二次諧波原理。但兩屏使用了完全不同的TA，A屏使用了變壓器開關側的TA，B屏使用了變壓器本體的套管TA。A屏和B屏差動和后備保護以及故障錄波器接入的各TA如圖1所示。

圖1 TA接線圖

2#主變B屏差動保護電纜大約有60 m，A屏差動保護電纜大約有250 m，A屏差動保護直流電阻大于B屏。雖然微不足道，但A屏CT負擔大于B屏，也對A屏TA的飽和具有一定的影響。

2 故障錄波報告

2＃主變A屏W BH-800微機變壓器保護裝置故障錄波報告如圖2所示。

從波形圖中可以很清楚的看到，重合閘后2#主變220 kV側TA的A相電流波形完全偏移時間軸的一側，110 kV側TA的A相電流波形也偏移時間軸的一側。C相波形畸變，220 kV側TA的C相電流與110 kV側TA的C相電流幾乎同相位同方向。狀態量81的比率制動差動動作是差動速斷動作。這點，可以從下面的錄波報告中得到印證。

圖2 錄波報告

3 保護裝置動作報告

為了節約篇幅，不直接引入2＃主變A屏微機變壓器保護裝置動作報告，而是從該報告中獲取有價值的數據列表如下：

表1重要數據列表 (單位：A)

從保護動作報告中可以看出：

（1）2#主變高壓側A相電流與中壓側A相電流之間的相位差，已不是正常的180°，而僅為81°。高壓側C相電流與中壓側C相電流的相位差，也不是180°，而變為 73°。.

（2）由于W BH-801保護的差動電流，是變壓器各側電流矢量和，制動電流為最大側電流，區外故障I∑≠0，A相差動電流IDA＝17.62 A，A相制動電流IzA=13.97 A，A相動作。C相差動電流IDc＝17.65 A，C相制動電流Izc=11.4 A，C相動作。主變差速定值按照整定規程的要求取4倍的額定電流即ISD＝12 A，所以差動速斷誤動作。

σ收斂是指不同經濟體間某一變量值的標準差隨時間的推移而逐漸下降，用來反映該變量值的平均離散程度。本文基于標準差的估計方程理論，構建地價、房價和物價的σ收斂模型，分析35個大中城市的地價、房價和物價的靜態差距。σ收斂檢驗方程為：

4 主要數據列表

為了進一步發掘差動速斷保護誤動作原因，從故障錄波器分析軟件中調出110 kV和220 kV故障錄波器在外部故障發生后即重合閘后1 671 m s采樣點2#主變110 kV側和220 kV側的主要數據并列表如下：

表2各側各類電流值 (單位：A)

由上表數據可分別計算主變110 kV側、220 kV側差流（IA-IB）、直流（IA-IB）以及直流 /差流的值并列表如下：

表3各側差流值 (單位：A)

由以上數據可以分析，在重合閘后故障電流中直流分量所占差流的比重，對于110 kV側竟達到119%，對于220 kV側也已達到了103.9%。毫無疑問直流分量對于主變差動速斷保護的誤動作起到了重要的作用。

5 故障情況的基本分析與結論

與2#主變并列運行的1#主變，中性點不接地。由繼電保護專業常用的電網故障情況的基本分析可知，在單相接地故障時，短路點各序電流相等且方向一致，均為1/3的故障點短路電流。不難想象，正序網絡、負序網絡中1#主變與2#主變并列分流，減少了通過2#主變的正序電流和負序電流，鑒于本變電站1#、2#主變參數基本一致，所以1#主變正序、負序均可分流50%，而另序電流不能分流而全部通過2#主變。

設外部故障短路點的短路電流為：Id，則2#主變正序電流：1/6 Id，負序電流：1/6 Id，另序電流為1/3 Id，三者之和即2#主變通過的短路電流為：2/3 Id，那么1#主變通過的短路電流為1/3 Id。由此可見，并列運行的1#主變對2#主變的TA飽和起了緩解的作用，以及中性點接地的變壓器比中性點不接地的變壓器更容易形成TA飽和。

分析得出的結論是：

（1）2#主變差動速斷保護是一個簡單的保護，當主變差流大于差動速斷保護定值時，差流速斷保護就動作。從裝置的動作報告分析，主變A、C兩相差流為17 A以上，大于差動速斷保護定值12 A，滿足差流速斷保護的動作條件。

（2）從裝置錄波圖上看，主變差流產生的原因是因為110 kV線路近端A相接地后2#主變高壓側、中壓側A、C相電流波形嚴重畸變，由于差動保護中差流的計算實際是各側電流矢量和的計算，TA飽和后就會產生很大的差流。由于裝置內進行了星角變換，A相飽和就會造成A、C兩相差流增大。

（3）重合閘后的故障電流中，含有較大的非周期分量和直流分量，故障電流中直流分量所占差流的比重對于110 kV側竟達到119%，對于220 kV側也已達到了103.9%。（非周期分量偏于時間軸一側，按指數函數衰減，屬直流性質），該分量引起的非周期磁通增大，與TA中剩磁磁通方向一致，與交流磁通共同作用，三者疊加，引起了TA的飽和。

（4）兩屏差動保護所用的TA位置不同，引起直流電阻不同，從而對TA的飽和造成影響。B屏差動保護電纜大約60 m，A屏差動保護電纜大約250 m，直流電阻大的A屏差動速斷更易誤動作。

（5）由于1#主變不接地運行，僅通過短路電流的1/3，該電流不足以引起差動速斷保護誤動作。

6 采取的措施

（1）對于150 M W的變壓器，按照整定規程的要求，差動速斷按照額定電流的2～5倍整定，從本次外部故障差動速斷誤動作差流已達到17.62 A，是額定電流的5.6倍。許繼電器股份有限公司隨后修改了W BH-800微機變壓器保護技術說明書的電子文擋（尚未形成技術說明書）有關差動速斷部分，將技術說明書中有關差動速斷保護的整定原則，按照額定電流的4～8倍整定改為按照額定電流的6～8倍整定。據此保護定值，按照廠家要求進行了修改。

（2）隨著電力系統的容量不斷增加，故障電流增大，TA飽和的機會會大大增加，為此不論生產廠家還是設計部門、運行部門應謹慎應對，積極考慮TA的抗飽和能力，以采取相應的措施。如選擇合理的出口判據次數、數字濾波算法、選擇數據窗的長度、用改進的時差法等，以避免因TA飽和引起差動速斷保護的誤動作。

（3）在設計或新安裝時，要有意識的選擇較大的CT變比。

（4）盡量減少電纜長度或增加電纜截面，以減少CT二次負擔。

4 結束語

變壓器差動速斷保護作為變壓器的主保護，反映變壓器內部的嚴重故障，一直以來不論是整流型保護還是數字式保護，在原理上沒有什么改進。作為動作速度快、選擇性好的變壓器主保護而長期使用。本文拋磚引玉的目的，是使變壓器差動速斷保護的誤動作能引起各方的注意，通過對2#主變差動速斷誤動作分析，揭示了外部故障切除后的變壓器勵磁涌流使TA飽和從而引起變壓器差動速斷保護誤動作的事實，相信不僅是廠家，包括使用部門，對變壓器差動速斷保護的認識會更深刻，認為變壓器差動速斷保護原理并不是無懈可擊，而確實應加以完善了。

按照廠家的要求，差動速斷保護的整定按照額定電流的6～8倍取值，是否可以完全躲避？外部故障波形畸變引起的變壓器差動速斷動作，還需要時間的考驗和專家的論證。另外，該取值違反了繼電保護整定規程的規定，需要規程制定者考慮相關部分的修改。

[1].朱曉華，張葆紅、曾耿暉.220kV電網的繼電保護整定計算探討[J].繼電器，2005,(33):9-13