主變壓器差動保護誤動故障實例分析

譚雨珍，程本良，孫世磊，李曉

（1．華能煙臺發(fā)電有限公司，山東煙臺264000；2.國網(wǎng)山東省電力公司煙臺市福山區(qū)供電公司，山東煙臺264000）

主變壓器差動保護誤動故障實例分析

譚雨珍1，程本良2，孫世磊1，李曉1

（1．華能煙臺發(fā)電有限公司，山東煙臺264000；2.國網(wǎng)山東省電力公司煙臺市福山區(qū)供電公司，山東煙臺264000）

某110 kV變電站上線路6發(fā)生故障，導致該母線上所連接的4號主變壓器差動保護誤動。結合故障實例，對電流互感器（TA）飽和引發(fā)的主變差動保護誤動進行詳細分析，并制定出相應的整改方案及預防措施，以避免類似事故再次發(fā)生。

變壓器差動保護；TA飽和；保護誤動

0 引言

目前，隨著電網(wǎng)供電容量的不斷擴大，系統(tǒng)故障時出現(xiàn)的短路電流急劇增加，這對電力系統(tǒng)中所選用的電流互感器（TA）抗飽和能力提出了更高的要求。TA作為電流源是繼電保護和監(jiān)控系統(tǒng)判別系統(tǒng)運行狀態(tài)的重要組件，因此在設備安裝設計初期，要根據(jù)保護安裝處可能出現(xiàn)的最大短路電流與TA的飽和倍數(shù)合理選擇TA和保護裝置［1-2］。同時，電流互感器的選擇除了應該滿足一次回路的額定電壓、額定電流、最大負荷電流及短路電流的動熱穩(wěn)定性外，還應滿足二次回路的測量儀表、自動裝置和保護裝置的準確度等級要求［3-4］。

結合故障事故報文，對4號主變差動保護誤動的原因進行分析，對所使用的TA進行現(xiàn)場檢查和詳細測試，并提出了相應的整改方案與預控措施。

1 故障經過

2015-04-21某110 kV變電站上線路6發(fā)生供電線路故障，1126開關跳閘，重合不成功。線路6發(fā)生區(qū)內故障的同時，與線路6同一母線上連接的4號主變差動保護動作，變壓器各側開關跳閘，變壓器停運，由于4號發(fā)電機恰處于檢修狀態(tài)，未造成發(fā)電機停機故障（4號主變高壓側連接220 kV系統(tǒng)，因此4號發(fā)電機停機檢修，4號主變作為聯(lián)絡變壓器依然運行）。一次系統(tǒng)接線如圖1所示。

圖1 一次系統(tǒng)接線

2 檢查測試

2.1 保護裝置檢查

工作人員立即檢查線路6保護裝置的A柜和B柜及4號發(fā)變組保護裝置A柜和B柜。故障錄波曲線如圖2所示。

圖2 故障錄波曲線

線路6的保護裝置故障報文顯示距離I段保護動作，動作相對時間26 ms（保護定值為0 s），故障測距5.4 km，故障相別為C相，故障相電流二次值為43.04 A，由于TA變比為600／5，折算到一次值為5 164.8 A，故障零序電流二次值為37.73 A。

4號發(fā)變組保護裝置A柜運行正常，無故障信息；4號發(fā)變組保護裝置B柜發(fā)出跳閘信號指示，故障報文顯示主變差動保護動作，動作相對時間32 ms（保護定值為0 s），主變差動電流（經Y/△校正）B相和C相（如圖2（a）中IDB、IDC）分別達到1.59Ie或1.60Ie，超過差動動作電流定值，引起差動保護動作；同時，從4號發(fā)變組保護裝置B柜故障錄波圖（圖2（a））中可以看出，故障瞬間4號主變中壓側（110 kV側）B、C相電流發(fā)生嚴重畸變，高壓側（220 kV側）B、C相電流有明顯突變，但是波形沒有畸變，導致4號主變高壓側中壓側產生差動電流，引起保護動作。

由于4號主變110 kV側的B、C相電流的波形嚴重畸變，保護裝置采集到的二次電流不再是對稱的工頻正弦波，TA波形呈現(xiàn)飽和特性，初步懷疑TA損壞或者TA飽和，立即對4號主變110 kV側各相TA進行檢查。

2.2 TA現(xiàn)場檢查與測試

現(xiàn)場檢查，4號發(fā)變組保護裝置所用的110 kV側各相TA是套管電流互感器，該TA有6個繞組，7組抽頭，從外觀檢查，沒有發(fā)現(xiàn)異常。現(xiàn)場檢查各相TA接線組別和極性，發(fā)現(xiàn)4號發(fā)變組保護裝置A柜保護所用的三相TA接線繞組為1S1-1S2，該繞組準確級別為5P20，可以作為保護裝置專用繞組；4號發(fā)變組保護裝置B柜保護所用的A相TA接線繞組為1S1-1S2，該繞組準確級別為5P20，保護所用的B、C相TA接線繞組均為5S1-5S2，該繞組準確級別為0.5，此繞組為計量專用繞組，原則上，保護裝置與測量儀表宜接到電流互感器不同的二次繞組［5］，4號發(fā)變組B、C相使用的二次繞組與A相不同，懷疑故障瞬間，較大的穿越性電流使得測量繞組飽和，采樣數(shù)值出現(xiàn)偏差。

現(xiàn)場工作人員對B、C相TA進行伏安特性曲線和10%誤差曲線等數(shù)據(jù)的測量，TA的各項試驗指標均合格［6］，由于B、C相TA是合格的，說明將4號發(fā)變組保護裝置B柜B、C相保護所用的TA二次繞組改接為保護回路專用繞組后，可以投入使用。

對B相TA進行試驗，試驗報告主要內容如下：

1）名牌數(shù)據(jù)。型號：LCWB6—110W3；額定電壓：110 kV。

2）外部檢查：正常。

3）試驗數(shù)據(jù)。一次繞組對二次繞組及地絕緣電阻、二次繞組間及地絕緣電阻、地屏端子對地絕緣電阻為1×104MΩ。

變比、極性測量如表1所示，額定短時工頻耐壓試驗結果如表2所示，伏安特性測量結果如表3所示，誤差試驗結果如表4所示。

表1 變比、極性測量結果

表2 額定短時工頻耐壓試驗結果

表3 伏安特性測量結果

表4 誤差試驗結果

結論：符合國家電網(wǎng)電力設備交接和預防性試驗規(guī)程標準試驗，合格。

3 原因分析

從現(xiàn)場所做的TA試驗數(shù)據(jù)，得到保護繞組和測量繞組的伏安特性曲線，如圖3所示。

圖3 TA伏安特性曲線

由于TA鐵芯的鐵磁材料具有飽和特性，當TA所施加的一次電流較小時，TA一次繞組上的電壓也較小，并且電流幅值在一定范圍之內，電流與電壓近似地呈現(xiàn)直線關系；當一次電流驟增后，一次繞組上的電壓也急劇增加，鐵芯磁通達到飽和后，TA不再工作于線性區(qū)域，伏安特性曲線出現(xiàn)拐點，即便一次電流增加很多，TA一次繞組上的電壓近似不變，電流幾乎全部損耗在鐵芯發(fā)熱上，TA呈現(xiàn)飽和特性，此時，TA的二次電流不能正確反應一次電流，采樣出現(xiàn)偏差。另外，從圖3中也可以看出，對于同一TA，當一次電流逐漸增大時，測量繞組比保護繞組提前進入飽和區(qū)域。假如對TA一次繞組施加0.316 A電流，測量繞組幾近飽和，但保護繞組仍處于線性區(qū)域，此時，可以充分保證保護裝置采樣的正確率，從而提高保護動作的可靠性。

差動保護作為變壓器的主保護，為了滿足在變壓器內部發(fā)生嚴重故障時能夠快速可靠動作以切除故障，保護通常沒有閉鎖條件，只要差流大于保護定值就會動作跳閘［7］。對4號主變，其中壓側母線上發(fā)生線路故障時，有較大穿越性短路電流通過4號主變的各側TA。由于4號發(fā)變組保護裝置A柜所用TA保護繞組的接線組別均正確，保護裝置采樣正確，雖然保護裝置采集的各側電流均有變化，但差流沒有達到保護定值，裝置正常運行；4號發(fā)變組保護裝置B柜110 kV側保護所用的B、C相TA使用的是測量繞組，此繞組抗飽和能力差，當一次回路的穿越性故障電流較大時，TA的測量繞組已經飽和，TA所反應的二次電流發(fā)生畸變，保護裝置采集到的電流不能夠正確反應一次系統(tǒng)的故障電流，從而導致4號發(fā)變組保護裝置B柜B、C相出現(xiàn)差流，并且其數(shù)值超過差動保護動作電流定值，導致4號主變差動保護動作，變壓器各側開關跳閘，變壓器停運。

4 整改方案與預控措施

針對此次保護裝置誤動情況，現(xiàn)場工作人員對4號主變差動保護使用的110 kV側TA進行伏安特性曲線和10%誤差曲線的測量，經檢測合格后（見表1），將4號主變保護使用的110 kV側B、C相TA二次繞組改接為5P20級的1S1-1S2保護回路專用繞組，與A相TA二次繞組接線組別一致，充分保證保護裝置采樣的準確性。

吸取此次故障的經驗教訓，利用設備檢修契機，對所有設備保護用的所有的TA容量、接線組別、二次負載、伏安特性曲線及10%誤差曲線進行詳細試驗和檢查，防止再次發(fā)生由于TA帶載能力不夠、TA飽和等原因導致的保護裝置不正確動作的情況出現(xiàn)。

同時，對于新安裝設備保護裝置的TA，應選擇成熟高質量的產品。在設備移交時，進行繞組絕緣電阻的測量、介質損耗因數(shù)的測量、極性檢查、交流耐壓試驗、各分接頭的變比檢查、局部放電等詳細試驗，確保設備在日后的運行中安全可靠［8］。設備檢修時，要仔細檢查二次回路接線、直流電阻和絕緣，防止發(fā)送內外部短路、接觸不良或者短路，還要檢查TA是否有開裂現(xiàn)象，檢查TA一次接地是否按照規(guī)程要求可靠接地。設備運行中要加強TA溫度的檢測，發(fā)現(xiàn)問題及時處理。

5 結語

通過4號發(fā)變組保護裝置B柜故障報文信息，結合對現(xiàn)場保護所用TA的詳細檢查，現(xiàn)場工作人員發(fā)現(xiàn)由于對TA準確等級的使用錯誤，造成了TA飽和引起主變差動保護誤動。為了避免類似問題的再次發(fā)生，提出了相應的整改方案及預防措施，保證保護裝置正確可靠的運行。

［1］陳建玉，孟憲民，張振旗，等.電流互感器飽和對繼電保護影響的分析及對策［J］.電力系統(tǒng)自動化，2000，24（6）：54-56.

［2］陳國清.淺析電流互感器飽和對繼電保護的影響及對策［J］.自動化技術與應用，2007，26（10）：115-116.

［3］POWELL LJ.Current transformer burden and saturation［J］.IEEE Transactions on Industry Applications，1979（15）：294-303.

［4］DL／T 5136—2012火力發(fā)電廠、變電站二次接線設計技術規(guī)程［S］.

［5］DL／T 866—2015電流互感器和電壓互感器選擇和計算導則［S］.

［6］DL／T 596—2005電力設備預防性試驗規(guī)程［S］.

［7］鄧茂軍.變壓器區(qū)外故障CT飽和對主變保護的影響分析［J］.電力系統(tǒng)保護與控制，2012，40（4）：129-133.

［8］GB 50150—2006電氣裝置安裝工程電氣設備交接試驗標準［S］.

Malfunction Analysis of Differential Protection for Main Transformers

TAN Yuzhen1，CHENG Benliang2，SUN Shilei1，LI Xiao1
（1.Huaneng Yantai Power Generation Co.，Ltd.，Yantai 264000，China；2.State Grid Fushan Power Supply Company，Yantai 264000，China）

A line fault in an 110 kV substation caused the protection mal-operation of No.4 main transformer which connected with the same bus.The transformer differential protection mal-operation caused by current transformer saturation was analyzed in detail combined with fault report.Improvement programs and precautionary measures were proposed to prevent similar incidents from happening again.

transformer differential protection；current transformer saturation；protection mal-operation

TM774

B

1007－9904（2016）12－0042－04

2016-06-07

譚雨珍（1984），女，工程師，從事繼電保護檢修工作；

程本良（1983），男，工程師，從事電力系統(tǒng)設計工作；

孫世磊（1976），男，工程師，從事繼電保護檢修工作；

李曉（1972），男，工程師，從事繼電保護檢修工作。