關于昆明地鐵某主變電所主變壓器差動保護選擇性缺失的故障分析

袁偉　楊振宇

摘 要：昆明地鐵某主變電所自投產以來，在1月21日3點37分、4月25日15點27分兩次發生區外單相對地短路故障，穿越至主變電所引起主變壓器差動保護誤動作跳閘，嚴重影響地鐵供電系統的正常運行。通過對保護配置及各次誤動作時錄波數據進行分析后認為，主變壓器一次接線及保護配置之間存在的設計缺陷、繼電保護選擇性缺失是導致出現誤動作的直接原因。

關鍵詞：電力；地鐵；差動保護

由于地鐵主變電所承擔著整個供電區域的供電任務，一旦發生故障將對地鐵運營秩序造成大面積的影響，因此對主變電所的可靠性要求非常高，一旦故障停運將影響本線路供電及車站，后果不堪設想。

該線路主變電所于1月21日凌晨3點37分發生區外環網電纜盜割造成單相接地短路，1號110kv主變壓器差動保護跳閘。環網電纜單相接地短路屬于主變電所外部故障，主變壓器差動保護不應動作，現就主變差動誤動作原因進行分析。

1 設備基本情況

該主變電所兩臺110kv主變壓器，單臺容量25MVA，YnD11聯接，短路阻抗10.5%（分接頭位于中間檔），正常運行時110kv側中性點不接地，35kv側通過T接接地變壓器經小電阻（20Ω）接地。兩臺主變分列運行，互為備用。35kv采用單母線分段接線方式，兩段母線間通過母聯斷路器互聯。每段母線設置兩回出線，為車站（區間）變電所供電。

110kv主變壓器差動保護采用南自PST1261A微機保護裝置，該裝置對主變高壓側電流和低壓側電流進行采樣，其中高壓側差動CT位于110kv GIS內，變比600/1，保護級5P40；低壓側差動CT位于35kv GIS柜內（301一號主變進線柜），變比800/1，保護級5P40，差動保護CT接線均采用星型接法，極性均指向母線側，由差動保護裝置進行星/三角校正。

2 故障分析

為分析系統發生單相接地短路時系統電流電壓分布情況，采用對稱分量法進行簡化計算。計算前對系統進行如下簡化：

2.1 由于事發當時系統負荷較小，暫不考慮母線上其他負荷對各序網絡參數的影響。

2.2 主變壓器、接地變壓器阻抗僅考慮感性電抗，不考慮電阻。

2.3 不考慮短路點的接地阻抗，且由于短路計算中主變漏抗及接地變接地阻抗較大，因此忽略電纜對地分布導納及電纜阻抗。

采用對稱分量法建立計算模型，得下圖所示電路：

設系統為A短路，則短路點A相三序合成電壓為零，B、C相短路點合成三序電流為零，得下用三序對稱分量表示的短路邊界條件，其中a為復數算子，a=ej120，a2+a+1=0。

根據現場設備相應參數，由上述各式計算可得零序電流234A。因為計算未考慮阻抗網絡中的電阻、變電所接地網接地電阻值、110kv電源容量，該計算值應略大于實際發生單相短路的零序電流值。

由于變壓器高壓側星接，低壓側三角接，南自PST1261A微機保護裝置內采用軟件算法對相位進行修正，差動電流的計算公式如下：

其中：Idiffa、Idiffb、Idiffc為A、B、C相差流；

Iah、Ibh、Ich為高壓側A、B、C采樣電流；

Ial、Ibl、Icl為低壓側A、B、C采樣電流；

0.577是高壓側的平衡系數，0.4242是低壓側平衡系數。

由于35kv側接地變壓器與主變低壓側采用T型接法，因此主變低壓側A、B、C三相采樣到的電流和實際低壓側電流之間的關系為：

其中變壓器在無內部故障的情況下，若忽略電流互感器的不平衡電流，上式中有：

上式表明，在變壓器無內部故障的情況下，通過接地變壓器的零序電流微機保護裝置計算后會被錯認為變壓器的差動電流分量。

變壓器的差動保護中比例制動特性如下圖所示，其中Icd為差動電流定值，Izd為制動電流定值（軟件默認為高壓側額定電流）。

3 結束語

該主變電所由于在主變壓器低壓側T接接地變壓器，正常時由于接地變壓器電流很小，不會對保護裝置造成干擾。但當系統中零序分量增大時，該零序電流流經接地變壓器經小電阻入地，主變差動保護裝置計算差動電流時會出現零序分量，當該分量達到一定量值時，即使主變壓器無故障，差動保護裝置也將動作。由于主變差動速斷保護無延時，一旦差流超過整定值將立刻出口，無法通過時限配合來實現保護的選擇性。因此當區外發生單相接地故障時，采用接地變T接主變壓器低壓側方式存在差動保護誤動作跳閘的可能性。endprint

摘 要：昆明地鐵某主變電所自投產以來，在1月21日3點37分、4月25日15點27分兩次發生區外單相對地短路故障，穿越至主變電所引起主變壓器差動保護誤動作跳閘，嚴重影響地鐵供電系統的正常運行。通過對保護配置及各次誤動作時錄波數據進行分析后認為，主變壓器一次接線及保護配置之間存在的設計缺陷、繼電保護選擇性缺失是導致出現誤動作的直接原因。

關鍵詞：電力；地鐵；差動保護

由于地鐵主變電所承擔著整個供電區域的供電任務，一旦發生故障將對地鐵運營秩序造成大面積的影響，因此對主變電所的可靠性要求非常高，一旦故障停運將影響本線路供電及車站，后果不堪設想。

該線路主變電所于1月21日凌晨3點37分發生區外環網電纜盜割造成單相接地短路，1號110kv主變壓器差動保護跳閘。環網電纜單相接地短路屬于主變電所外部故障，主變壓器差動保護不應動作，現就主變差動誤動作原因進行分析。

1 設備基本情況

該主變電所兩臺110kv主變壓器，單臺容量25MVA，YnD11聯接，短路阻抗10.5%（分接頭位于中間檔），正常運行時110kv側中性點不接地，35kv側通過T接接地變壓器經小電阻（20Ω）接地。兩臺主變分列運行，互為備用。35kv采用單母線分段接線方式，兩段母線間通過母聯斷路器互聯。每段母線設置兩回出線，為車站（區間）變電所供電。

110kv主變壓器差動保護采用南自PST1261A微機保護裝置，該裝置對主變高壓側電流和低壓側電流進行采樣，其中高壓側差動CT位于110kv GIS內，變比600/1，保護級5P40；低壓側差動CT位于35kv GIS柜內（301一號主變進線柜），變比800/1，保護級5P40，差動保護CT接線均采用星型接法，極性均指向母線側，由差動保護裝置進行星/三角校正。

2 故障分析

為分析系統發生單相接地短路時系統電流電壓分布情況，采用對稱分量法進行簡化計算。計算前對系統進行如下簡化：

2.1 由于事發當時系統負荷較小，暫不考慮母線上其他負荷對各序網絡參數的影響。

2.2 主變壓器、接地變壓器阻抗僅考慮感性電抗，不考慮電阻。

2.3 不考慮短路點的接地阻抗，且由于短路計算中主變漏抗及接地變接地阻抗較大，因此忽略電纜對地分布導納及電纜阻抗。

采用對稱分量法建立計算模型，得下圖所示電路：

設系統為A短路，則短路點A相三序合成電壓為零，B、C相短路點合成三序電流為零，得下用三序對稱分量表示的短路邊界條件，其中a為復數算子，a=ej120，a2+a+1=0。

根據現場設備相應參數，由上述各式計算可得零序電流234A。因為計算未考慮阻抗網絡中的電阻、變電所接地網接地電阻值、110kv電源容量，該計算值應略大于實際發生單相短路的零序電流值。

由于變壓器高壓側星接，低壓側三角接，南自PST1261A微機保護裝置內采用軟件算法對相位進行修正，差動電流的計算公式如下：

其中：Idiffa、Idiffb、Idiffc為A、B、C相差流；

Iah、Ibh、Ich為高壓側A、B、C采樣電流；

Ial、Ibl、Icl為低壓側A、B、C采樣電流；

0.577是高壓側的平衡系數，0.4242是低壓側平衡系數。

由于35kv側接地變壓器與主變低壓側采用T型接法，因此主變低壓側A、B、C三相采樣到的電流和實際低壓側電流之間的關系為：

其中變壓器在無內部故障的情況下，若忽略電流互感器的不平衡電流，上式中有：

上式表明，在變壓器無內部故障的情況下，通過接地變壓器的零序電流微機保護裝置計算后會被錯認為變壓器的差動電流分量。

變壓器的差動保護中比例制動特性如下圖所示，其中Icd為差動電流定值，Izd為制動電流定值（軟件默認為高壓側額定電流）。

3 結束語

該主變電所由于在主變壓器低壓側T接接地變壓器，正常時由于接地變壓器電流很小，不會對保護裝置造成干擾。但當系統中零序分量增大時，該零序電流流經接地變壓器經小電阻入地，主變差動保護裝置計算差動電流時會出現零序分量，當該分量達到一定量值時，即使主變壓器無故障，差動保護裝置也將動作。由于主變差動速斷保護無延時，一旦差流超過整定值將立刻出口，無法通過時限配合來實現保護的選擇性。因此當區外發生單相接地故障時，采用接地變T接主變壓器低壓側方式存在差動保護誤動作跳閘的可能性。endprint

摘 要：昆明地鐵某主變電所自投產以來，在1月21日3點37分、4月25日15點27分兩次發生區外單相對地短路故障，穿越至主變電所引起主變壓器差動保護誤動作跳閘，嚴重影響地鐵供電系統的正常運行。通過對保護配置及各次誤動作時錄波數據進行分析后認為，主變壓器一次接線及保護配置之間存在的設計缺陷、繼電保護選擇性缺失是導致出現誤動作的直接原因。

關鍵詞：電力；地鐵；差動保護

由于地鐵主變電所承擔著整個供電區域的供電任務，一旦發生故障將對地鐵運營秩序造成大面積的影響，因此對主變電所的可靠性要求非常高，一旦故障停運將影響本線路供電及車站，后果不堪設想。

該線路主變電所于1月21日凌晨3點37分發生區外環網電纜盜割造成單相接地短路，1號110kv主變壓器差動保護跳閘。環網電纜單相接地短路屬于主變電所外部故障，主變壓器差動保護不應動作，現就主變差動誤動作原因進行分析。

1 設備基本情況

該主變電所兩臺110kv主變壓器，單臺容量25MVA，YnD11聯接，短路阻抗10.5%（分接頭位于中間檔），正常運行時110kv側中性點不接地，35kv側通過T接接地變壓器經小電阻（20Ω）接地。兩臺主變分列運行，互為備用。35kv采用單母線分段接線方式，兩段母線間通過母聯斷路器互聯。每段母線設置兩回出線，為車站（區間）變電所供電。

110kv主變壓器差動保護采用南自PST1261A微機保護裝置，該裝置對主變高壓側電流和低壓側電流進行采樣，其中高壓側差動CT位于110kv GIS內，變比600/1，保護級5P40；低壓側差動CT位于35kv GIS柜內（301一號主變進線柜），變比800/1，保護級5P40，差動保護CT接線均采用星型接法，極性均指向母線側，由差動保護裝置進行星/三角校正。

2 故障分析

為分析系統發生單相接地短路時系統電流電壓分布情況，采用對稱分量法進行簡化計算。計算前對系統進行如下簡化：

2.1 由于事發當時系統負荷較小，暫不考慮母線上其他負荷對各序網絡參數的影響。

2.2 主變壓器、接地變壓器阻抗僅考慮感性電抗，不考慮電阻。

2.3 不考慮短路點的接地阻抗，且由于短路計算中主變漏抗及接地變接地阻抗較大，因此忽略電纜對地分布導納及電纜阻抗。

采用對稱分量法建立計算模型，得下圖所示電路：

設系統為A短路，則短路點A相三序合成電壓為零，B、C相短路點合成三序電流為零，得下用三序對稱分量表示的短路邊界條件，其中a為復數算子，a=ej120，a2+a+1=0。

根據現場設備相應參數，由上述各式計算可得零序電流234A。因為計算未考慮阻抗網絡中的電阻、變電所接地網接地電阻值、110kv電源容量，該計算值應略大于實際發生單相短路的零序電流值。

由于變壓器高壓側星接，低壓側三角接，南自PST1261A微機保護裝置內采用軟件算法對相位進行修正，差動電流的計算公式如下：

其中：Idiffa、Idiffb、Idiffc為A、B、C相差流；

Iah、Ibh、Ich為高壓側A、B、C采樣電流；

Ial、Ibl、Icl為低壓側A、B、C采樣電流；

0.577是高壓側的平衡系數，0.4242是低壓側平衡系數。

由于35kv側接地變壓器與主變低壓側采用T型接法，因此主變低壓側A、B、C三相采樣到的電流和實際低壓側電流之間的關系為：

其中變壓器在無內部故障的情況下，若忽略電流互感器的不平衡電流，上式中有：

上式表明，在變壓器無內部故障的情況下，通過接地變壓器的零序電流微機保護裝置計算后會被錯認為變壓器的差動電流分量。

變壓器的差動保護中比例制動特性如下圖所示，其中Icd為差動電流定值，Izd為制動電流定值（軟件默認為高壓側額定電流）。

3 結束語

該主變電所由于在主變壓器低壓側T接接地變壓器，正常時由于接地變壓器電流很小，不會對保護裝置造成干擾。但當系統中零序分量增大時，該零序電流流經接地變壓器經小電阻入地，主變差動保護裝置計算差動電流時會出現零序分量，當該分量達到一定量值時，即使主變壓器無故障，差動保護裝置也將動作。由于主變差動速斷保護無延時，一旦差流超過整定值將立刻出口，無法通過時限配合來實現保護的選擇性。因此當區外發生單相接地故障時，采用接地變T接主變壓器低壓側方式存在差動保護誤動作跳閘的可能性。endprint