一起電流二次回路斷線引起的變壓器差動保護誤動分析

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（寧波電業局，浙江寧波315010）

一起電流二次回路斷線引起的變壓器差動保護誤動分析

王祎，鄭建梓

（寧波電業局，浙江寧波315010）

TA二次回路斷線對變壓器比率制動特性的差動保護動作行為影響較大，110 kV變壓器差動保護裝置TA斷線判別原理種類繁多，部分裝置判據存在原理上的缺陷。對一起TA斷線引起的差動保護誤動原因進行分析，就不同保護裝置的工作原理進行橫向對比，提出要避免TA二次回路一相斷線、且斷線相和另一相電流并聯這種特殊情況下比率差動誤動，裝置不應將存在零序電流作為TA斷線判別的唯一或必要判據。

變壓器；差動保護；電流回路

TA（電流互感器）斷線對比率差動動作特性影響較大，當負荷電流超過差動動作值時，如不采取措施，將造成比率差動誤動。相關行業標準、企業標準和技術規范中，均規定變壓器差動保護應配置TA斷線告警功能并閉鎖比率差動，但并未對TA斷線判別原理做出具體規定[1-3]。不同廠家變壓器差動保護裝置的TA斷線判據各不相同，部分裝置的判據存在原理上的缺陷，在特殊TA斷線情況下無法可靠告警并閉鎖比率差動。

以下對某110 kV變電站變壓器差動保護因TA斷線而誤動的原因進行分析。同時，對幾種典型的110 kV變壓器差動保護TA斷線判別原理進行了對比分析，指出了可能存在的問題。

1 某110 kV變電站變壓器差動保護誤動原因分析

1.1 保護動作情況簡述

某110 kV變電站為“三主變四分段”接線方式，如圖1所示。保護誤動前，1號主變壓器（以下簡稱主變）帶10 kVⅠ段母線，2號主變帶10 kVⅡ甲、Ⅱ乙段母線，3號主變帶10 kVⅢ段母線運行。10 kVⅠ與Ⅱ段母分和10 kVⅡ與Ⅲ段母分熱備用狀態。2號主變差動保護裝置型號為RET-316。

某日2號主變差動保護動作跳開2號主變三側斷路器，10 kVⅠ與Ⅱ段母分備自投和10 kVⅡ與Ⅲ段母分備自投動作，未造成負荷損失。裝置顯示動作相別為A與B兩相，差流均為0.41In。

現場初步檢查一次設備未發現明顯故障點，且系統側故障錄波器未錄得故障電流，初步判斷為差動保護誤動。經再次檢查后，發現2號主變10 kVⅡ甲開關差動保護電流回路配線燒損嚴重。更換被燒毀端子排，并將電纜纜及內部配線燒壞部分解除后重新接入，保護帶負荷試驗正常，三相電流平衡，主變恢復正常負荷后未發現異常。

1.2 保護電流采樣情況分析

從保護動作前記錄的負荷電流分析可知，2號主變Ⅱ甲側A相電流為0，C相電流正常，B相電流和C相數值相等相位相反。

結合開關柜二次回路檢查情況分析，認為Ⅱ甲側TA二次回路存在A相斷線，且A相TA側與B相并聯的特殊斷線故障，如圖2所示。

斷線后，保護中2號主變10 kVⅡ甲斷路器電流采樣如圖3所示（IA/IB/IC為TA實際二次電流，IA′/IB′/IC′為保護裝置測量到得二次電流），正常情況下三相電流應如向量IA，IB，IC所示，當AB相電流TA二次側短接后，形成新的電流如向量IB′所示，大小與原向量相等、相位與C相相反，與保護B相顯示電流一致，表示AB兩相和電流接入保護B相，A相開路顯示為0。

1.3 TA斷線未告警原因分析

RET-316保護TA斷線判據為任一支路存在零序電流且數值超過一定值即報斷線，10 s后閉鎖比率差動。

現場查看采樣記錄，發現差動保護動作前，保護裝置曾感受到三相不平衡電流產生的零序電流而報TA斷線并閉鎖比率差動，但當負荷電流減少，感受到的零序電流小于TA斷線門檻值后又復歸并解除閉鎖。經過多次反復，直到TA的A相完全開路，A相TA側與B相完全短接，此時保護裝置采樣值A相為0，B相實際上是A相和B相的和電流，裝置計算出的零序電流為：

雖然TA斷線卻不滿足TA斷線判據，保護無法發出TA斷線告警信號，也無法閉鎖比率差動。

1.4 比率差動動作情況分析

2號主變差動保護采用變壓器各側和電流作為動作量，啟動值為0.4In。保護以110 kV電流轉角來進行變壓器接線組別補償。正常運行時負荷電流向量見圖4，110 kV側轉角補償后電流以Ia，Ib，Ic表示，10 kV側Ⅱ甲電流以IA甲，IB甲，IC甲表示，10 kV側Ⅱ乙電流以IA乙，IB乙，IC乙表示[4]。各相差流計算如下：

當TA斷線后，輸入保護的IA甲=0，輸入保護的B相電流為“IB甲+IA甲”，各相差流計算如下：

即A與B相差流均等于Ⅱ甲斷路器A相負荷電流，Ⅱ甲斷路器A相負荷電流數值超過比率差動起動值時，因無TA斷線閉鎖，比率差動必然動作。

2 常見110 kV變壓器差動保護TA斷線判別原理對比

2.1 CSC-326G型變壓器差動保護

正常情況下，任一相或兩相無流且存在差流，即判為TA斷線。在有電流突變時，判據如下：

（1）發生突變后電流減小（而不是增大）；

（2）本側三相電流中有一相或兩相無流，且對側三相電流無變化。

滿足以上條件時判為TA斷線。無論按正常還是按有電流突變的情況考慮，均存在一相（A相）無電流但存在差流的情況，滿足TA斷線判據，裝置能夠可靠閉鎖比率差動。

2.2 RCS-9671型變壓器差動保護

分為TA斷線延時報警及TA斷線瞬時報警及閉鎖2種情況。

（1）TA斷線延時報警。在采樣程序中進行，當滿足以下任一條件：任一相差流大于Ibj整定值；

式中：di2為差流的負序電流；dimax為三相差流的最大值；α為固定門檻值；β為某一比例系數；

且時間超過10 s時報TA斷線，但不閉鎖比率差動。

（2）TA斷線瞬時報警。在故障測量程序中進行，只有在比率差動元件動作后，才進入瞬時TA斷線判別程序，這也防止了瞬時TA斷線的誤閉鎖。

某側電流同時滿足只有一相電流為零，其他二相電流與起動前電流相等時，認為是TA斷線。通過整定控制字選擇，瞬時TA斷線判別動作后發報警信號或閉鎖比率差動保護。

當比率差動元件動作后，瞬時TA斷線判別程序啟動。Ⅱ甲側一相（A相）電流為零，且其他兩相電流與啟動前電流相同，滿足TA斷線判據，只要投入瞬時TA斷線后閉鎖比率差動保護控制字，就能可靠閉鎖比率差動。

2.3 PST-1200系列變壓器差動保護

TA斷線判別元件動作判據為：

（1）|Δiφ|≥0.1In且|IH|＜|IQ|；

（2）相電流≤IWI且ID≥IWI；

（3）本側|Ia+Ib+Ic|≥IWI（僅對TA為Y形接線方式）；

（4）max（Ida，Idb，Idc）＞IWI；

（5）max（Ida，Idb，Idc）＞0.577Icd。

式中：Δiφ為相電流突變量；Ida，Idb，Idc為A，B，C三相差流值；Icd為差動保護電流定值；In為額定電流；IQ前一次測量電流；IH當前測量電流；ID無流相的差動電流；IWI無電流門檻值，取0.04倍的TA額定電流。

以上條件同時滿足（1），（2），（3），（4）判TA斷線；僅條件（5）滿足，判為差流越限。

其中判據（3）實質上就是在判斷是否存在零序電流，根據前述分析，對2號主變10 kVⅡ甲側，IA′+IB′+IC′=0+（IA+IB）+IC=IA+IB+IC=0，不滿足判據（3），裝置不能對TA斷線作出正確判斷，導致比率差動誤動。

2.4 ISA-387G變壓器差動保護

TA斷線以僅一側出現負序電流為主判據（負序電流門檻為0.12In），并要求其他側至少有一側有一定的負荷電流，且出現負序電流的那一側三相電流不平衡度大于0.7，即三相電流中最小值與最大值之比小于0.7。

Ⅱ甲側A相電流為0，B相電流為IB=-IC，C相電流為IC。按對稱分量法計算得知負序電流為：

且Imin/Imax=0＜0.7。

在差動起動定值不小于0.4In的前提下，能夠保證滿足TA斷線判據，并閉鎖比率差動。

2.5 NSR-691R變壓器差動保護

TA斷線判據分2種情況：

（1）任一支路出線零序電流且至少一相電流為0，經延時報TA斷線；

（2）任一支路出線零序電流且至少一相電流為0；同時無電流相從有流變無流，任一相差流超過動作值，且三相電流未增大，則不經延時報TA斷線。

兩種情況均將存在零序電流作為TA斷線的必要判據。相同情況下無法報TA斷線，無法避免比率差動誤動。

3 結論

3.1 TA斷線無法閉鎖比率差動的原因

某變電站2號主變差動保護動作的主要原因，是在2號主變10 kVⅡ甲側TA二次回路發生A相斷線且A相TA側并聯B相的特殊斷線情況下，由于REB-316裝置僅采用主變各支路是否存在零序電流作為TA斷線判據，存在原理性缺陷，無法在這種特殊斷線情況下發出TA斷線告警并閉鎖比率差動，從而造成保護誤動。

3.2 防范措施

經過6種變壓器差動保護TA斷線判據的對比，發現采用存在零序電流作為TA斷線的唯一或必要判據的保護，均無法避免特殊情況下比率差動的誤動。因此需要對這些保護的TA斷線判別原理進行調整，不能將是否存在零序電流作為TA斷線判別的唯一或必要判據。

TA斷線故障往往存在一個發展過程，在故障終態前，通常存在差動保護裝置發差流越限告警-復歸-再告警-再復歸的過程。運行人員應加強現場巡視，做好差動保護差流數值檢查、記錄工作，并高度重視差流越限告警信號，對三相負荷基本平衡卻存在較大差流甚至是反復出現差流越限告警的保護，應及時記錄并向專業主管部門匯報，必要時可由調度發令控制負荷電流至小于保護比率差動起動值，待查清原因后再恢復正常負荷。

[1]DL/T 769-2001電力系統微機繼電保護技術導則[S].

[2]Q/GDW 175-2008變壓器、高壓并聯電抗器和母線保護及輔助裝置標準化設計規范[S].

[3]Q/GDW-11-217-2009浙江電網變壓器保護標準化設計規范[S].

[4]崔家佩，孟慶炎，陳永芳，等.電力系統繼電保護與安全自動裝置整定計算[M].北京:中國電力出版社，1993.

[5]江蘇省電力公司.電力系統繼電保護原理與實用技術[M].北京:中國電力出版社，2007.

（本文編輯：楊勇）

Analysis on Maloperation of Transformer Differential Protection Caused by Disconnection of Current Transformer Secondary Circuit

WANG Yi，ZHENG Jian zi
（Ningbo Electric Power Bureau，Ningbo Zhejiang 315010，China）

Disconnection of current transformer secondary circuit has great impact on differential protection action of ratio-restrained characteristic.There are a variety of disconnection discriminating principles for TA used in transformer differential protection device,and some criteria of the device have defects in principle. The paper analyzes the cause for maloperation of differential protection caused by TA disconnection and conducts lateral analysis on work principles of different protection devices.The paper also proposes to avoid maloperation of ratio differential under circumstances of single-phase disconnection and parallel connection of the disconnection phase and another phase of current.The device should not take the existence of zero-sequence current as the unique or necessary criterion for TA disconnection.

transformer；differential protection；current circuit

TM406

：B

：1007-1881（2013）11-0053-04

2013-08-13

王祎（1980-），男，浙江寧波人，工程師，從事繼電保護整定計算工作。