一起電子式互感器缺陷引起的保護誤動分析

黃志華，唐明，董建強

（湖州電力局，浙江湖州313000）

一起電子式互感器缺陷引起的保護誤動分析

黃志華，唐明，董建強

（湖州電力局，浙江湖州313000）

針對一次偶發的主變差動保護跳閘的事故，結合智能變電站數據中心錄波文件，分析了有源電子式電流互感器對快速動作的差動保護帶來的影響，通過現場試驗和試驗室測試驗證了有源電子式電流互感器在設計和出廠試驗中存在的隱患，并提出了改進措施，以提高有源電子式電流互感器的可靠性。

智能變電站；繼電保護；電子式；電流互感器

隨著智能電網的飛速發展，電子式電流互感器以其優良的性能應運而生，作為繼電保護信號來源，特別是對于要求快速動作的差動保護，其可靠性問題顯得更加突出。

有源電子式電流互感器的一次轉換器（信號調理單元）一般有濾波信號調理、A/D轉換和數字信號處理等幾部分（見圖1），在應用中考慮絕緣問題和暫態特性較多，對可靠性考慮比較少。使用時發現信號調理單元所用的開關電源可靠性不高，在失電時內部電子電路元器件（如積分電路等）會出現一個暫態過程，使調理單元產生不正常輸出，引起保護誤動。

1 主變差動保護動作過程

某智能變電站主變壓器（簡稱主變）兩側采用的是有源電子式電流互感器，投產1年多運行情況正常。某日16:26:24.907，2號主變第2套差動保護動作跳開2號主變三側開關。

圖1 有源電子式互感器組成

查看現場2號主變第2套保護裝置故障報告，結合監控系統報文查看和分析，16:26:24.904，2號主變10 kV側分支1調理單元故障動作，2號主變第2套差動保護動作。16:26:24時，2號主變第2套保護裝置10 kV側分支1的Ia有效值達到7 032 A，達到差動動作值。2號主變第2套保護裝置差動保護動作燈亮、告警燈亮。故障報告見表1。

監控后臺報文顯示：

16:26:24.904，2號主變10 kV側分支1調理單元故障動作。

16:26:24.907，2號主變第2套差動保護出口跳閘。

16:26:27．916，2號主變10 kV側分支1調理單元故障復歸。

數據中心故障錄波波形（見圖2）顯示2號主變差動保護動作時，其10 kV側分支1調理單元電流最大有效值7 032 A。

表1 保護錄波記錄報告

根據表1保護錄波記錄報告，差流最大值為Ida=661．7 A，制動電流最大值為Ira=673．2 A，二次諧波電流最大值為Id2a=81．8 A，差動啟動定值Icd=105 A，比率制動系數Kid=0．5，二次諧波制動比例系數Kxb=0．15，查閱發現Ib=262 A，明顯有：

即滿足差動保護動作條件，二次諧波制動條件不滿足，差動保護動作跳閘，現場記錄和理論分析證明保護裝置動作正確。

2 故障查找

根據報文分析，異常電流出現時，伴隨著“調理單元故障”先發生。在調理單元內部，有1個失電告警繼電器，在掉電后繼電器返回發出失電告警信號，后臺監控報“調理單元故障”，就是接收到了調理單元發出的失電告警信號所致。“調理單元故障”現場為硬接點信號，最有可能的就是調理單元突然失電。

數據中心故障錄波波形顯示與保護動作時的故障錄波波形完全一樣。對現場電流回路及調理單元等二次接線進行檢查，發現電子式電流互感器的電源接線方式為：從端子排引出1對導線至A相調理單元，從A相調理單元電源接線端子并接至B相調理單元，然后再從B相調理單元電源接線端子并接至C相調理單元，這樣，A相、B相2個調理單元的每個電源接線端子上都接了2根單股硬線，而端子的接線孔較小，同時接入2根單股硬線時固定導線的螺釘無法擰緊，從而造成接觸不良，在相鄰開關柜進行分合閘操作時，震動又很大，極可能造成調理單元反復失電后又上電的情況。

現場對調理單元多次模擬掉電再上電過程，并進行了錄波測試（參見圖3）。

圖3 模擬調理單元失電后又上電時輸出電流波形

（1）t1時刻，為正常運行時刻，電流波形正常。

（2）t2時刻，為調理單元失電時刻，電流波形先發生畸變后呈衰減。

（3）t3時刻，為完全斷電時刻，電流輸出波形為0。

（4）t4時刻，為調理單元上電時刻，電流波形突變并不斷衰減。

（5）t5時刻，為正常運行時刻，電流波形正常。

對比跳閘時刻數據中心故障錄波波形（見圖2）發現波形趨勢完全一致，每次失電、上電過程都出現1個很大的干擾電流，最大持續時間70 ms左右，而主變差動保護動作時間一般20 ms左右，足已引起差動保護跳閘。

3 試驗室測試

根據現場情況，互感器生產廠家抽取了調理單元樣品在試驗室進行失電再上電過程的錄波測試，測試波形參見圖4。

圖4 顯示情況與現場吻合，證明調理單元在失電后到恢復正常供電之間，確實有1個干擾信號輸出。經檢測，輸出幅值大約為200～400 mV，如一次電流為4 000 A，確實會產生大約7 000 A左右電流指示。

經上述分析，由于2號主變10 kV側分支1調理單元開關電源失電故障，導致2號主變10 kV側分支1的Ia電流突變達到7 032 A，2號主變第2套差動保護動作跳開2號主變三側開關。

圖4 試驗室測試調理單元失電后又上電的電流波形

4 應對措施

結合本次事故和現場設計、施工情況，為防止因有源電子式電流互感器的信號調理單元異常輸出而導致保護裝置誤動作，特提出如下改進措施及建議：

（1）為確保開關電源的可靠性，每個調理單元的電源線單獨從端子排引線（不得并接或同一端子接1根以上導線），確保調理單元和合并單元（或者A/D轉換和數字信號處理器）經同一空氣開關供電，這樣可以保證調理單元在運行過程中供電的可靠性，避免因調理單元單獨失電而產生不正常輸出信號的可能性。

（2）在調理單元內部增加閉鎖回路，在調理單元異常或故障之前（例如開關電源的輸出穩定之前），閉鎖調理單元或數字轉換器的輸出。

（3）采用低功率的電子式電流互感器時，建議A/D轉換、數字信號處理等環節在互感器內實現，直接輸出數字信號給合并單元。

5 結語

通過對本次事故的分析和現場、試驗室測試的結果表明，繼電保護對有源電子式電流互感器輸出的可靠性要求非常高，必須確保不輸出異常干擾信號。目前發現各廠家調理單元供能電源和回路各異，有直流輸入，也有交流輸入，回路設計可靠性差，必須進行規范，確保有源電子式電流互感器在智能電網中運行的可靠性。

[1]DL/T 860.5-2006變電站通信網絡和系統[S].北京：中國電力出版社，2006.

[2]陳應林.OET700電子式互感器的結構與性能[J].變壓器，2006，43（6）:1-5.

[3]高翔.數字化變電站應用技術[M].北京：中國電力出版社，2008.

[4]付小鷗.有源電子式互感器高壓側電路功能方案的研究[J].中國科技信息，2009（5）:21-22.

（本文編輯：楊勇）

下期要目

●1 000 kV變壓器零起升壓試驗電源探討

●新能源調度自動化系統的設計

●電力電容器外殼耐受爆破能量試驗研究

●基于下垂控制的PCS并聯運行系統的建模與研究

●輕負荷時期高壓電纜充電功率對電網無功平衡的影響分析

●發電廠風機常見振動故障及處理

●凝結水節流調頻負荷特性的測試與評估

●廠級機組經濟分配系統的設計及應用

●9FA燃機余熱鍋爐高壓過熱器的技術改造與監督

●500 kV GIS開關更換技術研究

Analysis on Protection Misoperation Caused by Defect of Electronic Transformer

HUANG Zhi-hua，TANG Ming，DONG Jian-qiang
（Huzhou Electric Power Bureau，Huzhou Zhejiang 313000，China）

Aiming at an occasional main transformer differential protection tripping accidents，the paper，in combination with recorded file in smart substation data center，analyzes the impact of active electronic current transformer on differential protection of the fast action；through field test and laboratory testing，it proves that the hidden dangers of active electronic current transformer in design and factory test and proposes improvements so as to improve the reliability of the active electronic current transformer.

intelligent substation；relaying protection；electronic；current transformer

TM762.1+3

：B

：1007-1881（2013）01-0024-03

2012-08-31

黃志華（1979－），男，湖北蘄春人，工程師，從事電力系統繼電保護及自動化工作。