變壓器差動保護(hù)誤動的行為分析及防范措施

楊 萍，陳 鵬

（寧夏電力公司超高壓分公司，寧夏 銀川 750011）

1 引言

近年來，區(qū)外故障導(dǎo)致變壓器差動保護(hù)誤動的事故時有發(fā)生，極大地影響了電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，因此，加強(qiáng)變壓器的安全可靠運(yùn)行，采取切實(shí)有效的措施提高變壓器差動保護(hù)的可靠運(yùn)行能力，防止變壓器區(qū)外故障誤動，對于系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。

本文通過分析某220kV變電站區(qū)外故障導(dǎo)致220kV變壓器差動保護(hù)誤動的事故原因情況，從主變差動保護(hù)CT選型、差動保護(hù)原理改進(jìn)、二次諧波定值合理整定等方面，提出相應(yīng)的事故預(yù)防及改進(jìn)措施，對防止變壓器差動保護(hù)誤動，保證變壓器安全穩(wěn)定運(yùn)行起到了積極的作用。

2 變壓器區(qū)外故障誤動的事故概況及簡要分析

2.1 故障情況及主變保護(hù)裝置動作情況簡介

某220kV變電站35kV I段發(fā)生接地故障，35kV I段29311線路開關(guān)柜內(nèi)部上方B相CT發(fā)生故障炸裂，柜內(nèi)35kV母線處有明顯燒傷痕跡。對于1＃主變差動保護(hù)來說，上述故障是區(qū)外故障。但從故障錄波圖中可以清晰看到，1＃主變35kV側(cè)二次電流發(fā)生嚴(yán)重畸變（A、C相），1＃主變差動保護(hù)動作報告中（A屏），采樣顯示發(fā)生故障時，A相差流為 5.198A，C 相差流為 5.425A。這說明 A、C 相CT發(fā)生飽和導(dǎo)致二次電流無法如實(shí)反映一次電流，形成差流，導(dǎo)致1＃主變保護(hù)A屏（二次諧波原理）差動保護(hù)出口，但1＃主變保護(hù)B屏（波形對稱原理）差動保護(hù)沒有動作。如圖1所示為變電站一次接線圖。

2.2 分析故障時主變差流的形成原因

1＃主變C相CT飽和最為嚴(yán)重，下面以C相為例，分析CT飽和程度及差流形成原因。

圖1 變電站一次接線圖

從離線分析軟件的錄波圖中讀取數(shù)據(jù)，三側(cè)C相電流值如表1所示。

表1 1＃主變?nèi)齻?cè)C相電流值

從表1可以看出，高壓側(cè)、中壓側(cè)電流基本同相，說明高、中壓側(cè)同時為低壓側(cè)提供短路電流，而且理論上高、中壓側(cè)提供的故障電流之和應(yīng)該等于低壓側(cè)故障電流。但是通過上述計算發(fā)現(xiàn)，高、中壓側(cè)電流之和遠(yuǎn)大于低壓側(cè)電流，也就是說低壓側(cè)由于CT飽和的原因，已經(jīng)無法正確傳變數(shù)值很大的短路電流，缺失了很大一部分，而缺失的這部分電流就是差動保護(hù)感受到的差電流。差流計算結(jié)果（5.144A）基本和裝置打印報告中的差流值（5.425A）基本一致。

在故障后設(shè)備檢查過程中，發(fā)現(xiàn)1＃主變35kV側(cè)差動保護(hù)用CT繞組為B級。通過查閱相關(guān)資料，B級的電流互感器適用于一般保護(hù)（如線路保護(hù)等），而對于“差”動保護(hù)（即構(gòu)成差電流的保護(hù)）應(yīng)該選用專用P級電流互感器。因為“差”動保護(hù)有其特殊性，由于正常運(yùn)行過程中，是不可能有差電流的，只有故障時才會有差電流，因此“差”動保護(hù)的動作值往往很靈敏，這就對電流互感器提出了更為苛刻的要求，尤其對故障時流過極大故障電流的電流互感器，必須要求構(gòu)成差動保護(hù)電流互感器抗飽和能力非常強(qiáng)，顯然本次故障中B級電流互感器的表現(xiàn)是令人失望的。

2.3 主變兩套不同原理差動保護(hù)的動作過程

2.3.1 二次諧波制動原理差動保護(hù)（A屏）動作過程

從A屏打印出的故障報告中得到故障跳閘時的數(shù)據(jù)如下：

圖2 主變比率制動差動保護(hù)斜率圖

如圖2所示為主變比率制動差動保護(hù)斜率圖。根據(jù)故障數(shù)據(jù)，A、C相很明顯已經(jīng)落入比率制動差動保護(hù)動作區(qū)，因此符合動作條件。由于A、C相CT飽和，造成二次電流諧波分量很大，那么此時差動保護(hù)是否能夠出口跳閘，主要看諧波成分及二次諧波含量的大小。由故障數(shù)據(jù)可得：A相二次諧波含量為 1.405／9＝15.61%，B 相二次諧波含量為 0.013／0.279＝4.6%，C 相二次諧波含量為 0.918／9.405＝9.76%。經(jīng)現(xiàn)場分析與廠家分析得到的結(jié)論基本一致，二次諧波原理是一相制動三相，但故障電流中二次諧波的含量均未達(dá)到20%（保護(hù)定值整定為20%），因此差動保護(hù)開放，保護(hù)出口跳開主變?nèi)齻?cè)開關(guān)。CT淺飽和情況下二次諧波含量比較大，深度飽和情況時二次諧波含量就會減小。

如圖3所示為1＃主變A屏差動動作波形圖，由此可以看出二次諧波三相均開放保護(hù)（CDBXB2A，CDB－XB2B，CDB－XB2C）。

圖3 1＃主變A屏差動動作波形圖

由以上分析可知，本次差動保護(hù)（二次諧波制動原理）動作原因是由于CT飽和，從而使差動保護(hù)感受到差流并落入保護(hù)動作區(qū)。并且二次諧波含量都小于定值，所以二次諧波保護(hù)也沒有可靠制動。

2.3.2 波形對稱原理差動保護(hù)（B屏）

圖4 1＃主變B屏差動不動作波形圖

如圖4所示為1＃主變B屏差動不動作波形圖。B屏故障錄波圖和A屏完全一致，其A、C相比率制動差動保護(hù)動作行為與圖4相同。但不同的是，差動保護(hù)能否動作取決于故障電流波形對稱度判別結(jié)果。如前所述，由于CT飽和，二次電流發(fā)生嚴(yán)重畸變（A、C）相，不符合波形對稱的判據(jù)，此時保護(hù)裝置判定此電流是空投變壓器時的勵磁涌流，因此閉鎖了本套差動保護(hù)。

圖5 1＃主變B屏差動啟動波形圖

如圖5所示為1＃主變B屏差動啟動波形圖。從以上錄波波形圖也可看出，A，C發(fā)生畸變，也可從保護(hù)開關(guān)量CDB－XB2A，CDB－XB2C看出波形不對稱（虛線為不對稱），B相CT無飽和現(xiàn)象，故區(qū)外故障時差流為0。波形對稱原理差動保護(hù)是通過判別電流波形的對稱度，從而區(qū)分該電流是故障電流還是勵磁涌流。本次故障中，由于CT飽和造成二次電流發(fā)生嚴(yán)重畸變，電流波形明顯不對稱，保護(hù)裝置判定為勵磁涌流，因此閉鎖該套差動保護(hù)，故未動作。

由以上分析可知，由于兩套保護(hù)差動原理不同，導(dǎo)致保護(hù)A屏動作，B屏不動作，而波形對稱原理的差動保護(hù)防飽和能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于二次諧波原理的保護(hù)。對于差動保護(hù)來說，主要靠比例制動元件和二次諧波制動元件來區(qū)分區(qū)外故障還是區(qū)內(nèi)故障，但是，二次保護(hù)的可靠性還需要一次CT的傳變電流的準(zhǔn)確性來保障。如果故障時CT深度飽和，將會造成很大的傳變電流誤差，導(dǎo)致故障電流無法正常傳變給保護(hù)裝置，從而導(dǎo)致保護(hù)裝置誤動。

3 事故防范及改進(jìn)措施

本次故障造成主變差動保護(hù)動作的根本原因在于CT飽和后產(chǎn)生很大的差流。差動保護(hù)對防止CT飽和的能力是有限的，雖然微機(jī)差動保護(hù)中比率制動可以在一定程度上防止CT飽和造成的保護(hù)誤動，但本次故障中由于低壓側(cè)故障電流太大，CT飽和后形成的很大差流已經(jīng)超越了比率制動保護(hù)的制動能力。

根據(jù)以上錄波及現(xiàn)場情況的分析，針對保護(hù)來說，區(qū)外故障時，差動應(yīng)該不會動作。由于低壓側(cè)CT的A、C相飽和，反應(yīng)到保護(hù)的二次電流失真，出現(xiàn)很大的差流，造成比例制動元件無法閉鎖。A屏差動保護(hù)選用二次諧波原理的差動，故障時二次諧波含量也均小于定值開放保護(hù)，造成A屏保護(hù)動作。而B屏保護(hù)為波形對稱原理差動，比例制動元件也是無法閉鎖，但故障時波形不對稱，保護(hù)判為涌流現(xiàn)象，故閉鎖保護(hù)。這樣就出現(xiàn)了現(xiàn)場主變保護(hù)區(qū)A屏動作，B屏不動作的現(xiàn)象。保護(hù)區(qū)外故障時差動保護(hù)主要靠比例制動元件進(jìn)行制動，而不是靠二次諧波原理進(jìn)行制動。

通過以上分析，主要考慮采取以下防范措施。

（1）考慮主變35kV側(cè)選用P級或抗飽和能力更強(qiáng)的電流互感器。

現(xiàn)場低壓側(cè)所選用的CT為B級互感器，B級互感器的抗飽和能力較差，現(xiàn)在一般變電所早已不使用B級互感器，而選用抗飽和能力更強(qiáng)的P級互感器。因此建議變壓器低壓側(cè)選用P級或抗飽和能力更強(qiáng)的電流互感器。

圖6 CT飽和特性圖

（2）改進(jìn)差動保護(hù)程序，提高保護(hù)抗CT飽和能力，如圖6所示為CT飽和特性圖。發(fā)生故障后，電流互感器需要經(jīng)過一定時間才飽和，在互感器線性工作期間，外部故障保護(hù)裝置感受到的差流是很低的。互感器飽和后，差流可能顯著增加。區(qū)外故障時，互感器周期性處于線性工作區(qū)時沒有差流，處于飽和區(qū)時有差流。而區(qū)內(nèi)故障時，不管互感器在線性區(qū)還是處于飽和區(qū)，始終都有差流。利用這個特點(diǎn)，即可以判別互感器是否飽和。建議保護(hù)廠家根據(jù)這個特點(diǎn)，改進(jìn)差動保護(hù)抗CT飽和能力。

（3）調(diào)整保護(hù)定值項里的二次諧波定值為15%。更改此定值項也不會影響保護(hù)區(qū)內(nèi)故障時保護(hù)動作的靈敏性，因為區(qū)內(nèi)故障時保護(hù)的差流要大得多，二次諧波含量所占的百分比就比較小，不會降低保護(hù)的靈敏度。但是區(qū)外故障其制動能力將會增強(qiáng)，能很好地防止變壓器區(qū)外故障誤動。

4 結(jié)束語

經(jīng)過實(shí)際運(yùn)行證明，通過上述改進(jìn)措施，對于防止變壓器區(qū)外故障差動保護(hù)誤動方面起到了積極的作用。

［1］繼電保護(hù)和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程［S］.（GB／T14285－2006）.

［2］繼電保護(hù)和安全自動裝置檢驗規(guī)程［S］.（DL／T995－2006）.

［3］電力系統(tǒng)繼電保護(hù)規(guī)定匯編［M］.北京：中國電力出版社，1997.