110kV主變差動保護誤動作分析

深圳供電局有限公司 付 威

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110kV主變差動保護誤動作分析

深圳供電局有限公司 付 威

【摘要】本文針對一起110kV變電站主變差動保護誤動作波形分析，討論主變差動保護動作時異常波形的分析步驟，通過矢量分析、異常波形檢查及事故現場輔助資源分析排查故障點、消除故障點。并提出類似故障波形的分析方法及故障點查找方式，為加快消除電力系統異常故障、及時恢復送電提供保障。

【關鍵詞】差動保護；矢量分析；異常波形檢查；排查故障點

0 引言

變壓器是電力系統中大量使用的電力設備，如主變內部發生故障而保護不能及時動作，極有可能造成設備嚴重損壞導致重大經濟損失，甚至影響系統運行，因此當系統內變壓器發生內部故障時保證故障主變迅速切除尤為重要。變壓器縱聯差動保護作為主變繞組（相間及接地短路）故障時變壓器的主保護能夠選擇性地快速切除故障主變。考慮到保護配置的交叉性，差動保護的動作區為構成差動保護各側CT之間的區域，具體包括主變本體、CT與變壓器之間的引出線，能夠保證區內故障時可靠動作而區外故障時閉鎖不動作。但針對一些特殊條件下發生的系統故障，依據主變差動保護動作邏輯保護將發生誤動作，以下通過一起110kV變電站#1主變差動保護誤動作分析，結合矢量圖、故障波形探討導致區外故障時主變差動保護誤動作的各項因素。

1 主變事故跳閘經過

主變的保護配置情況其中RCS-9671C差動保護配置為差動速斷保護（保護啟動后25ms內動作）、經二次諧波制動的比率差動保護（保護啟動后35ms內動作）、中低壓側過電流保護，并且具備CT斷線判別功能。

系統故障前110kV系統及三臺主變10kV系統部分均為分裂運行狀態，10kV分段開關521為熱備用狀態。23時24分38秒328毫秒系統故障，檢測到低壓側c相故障電流為4.245kA，#1主變比率差動保護動作，跳開#1主變變高1101開關、變低501開關，此時10kV 1M失壓且501開關CT無流，滿足10kV備自投裝置動作條件，因此10kV備自投裝置動作合上10kV分段521開關。

2 主變事故跳閘分析

站端故障錄波器所錄故障波形如圖1所示，從波形分析可以明顯得出：主變高壓側A相電流為B、C相電流的兩倍，且與B、C相電流相位相反。主變高壓側電流波形所展示的故障特性相當于低壓側ac相間短路故障，如圖2所示。

圖1 #1主變差動保護動作故障錄播圖

圖2 YN/d-11聯接組別變壓器d側ac相短路電流分布

圖3 YN/d-11聯接組別變壓器d側ac相短路高低壓側電流矢量關系

通過故障邊界條件，以#1主變高壓側電流的幅值和相位特征關系進行矢量分析，僅需考慮正、負序分量無零序分量，正序分量中高壓側滯后低壓側30度，負序分量中高壓側超前低壓側30度，據此反推低壓側的電流幅值、相位關系如圖3所示。與實際錄波圖進行比較發現：波形圖中低壓側僅c相有電流，與所繪向量圖不符，因此主變低壓側故障相別的判定仍需其他相關輔助信息支持。

由于#1主變高低壓側的電流矢量分析出現了矛盾，為了防止錄波通道的某一路通道發生故障（如低壓側a相電流），依據其他波形輔助判據，可以通過檢查主變高低壓側的差電流情況進行復核（如圖4所示）。由于#1主變的差動保護為南瑞繼保RCS-9671C型，高壓側電流在差動保護軟件內部已進行Y-Δ折算（即為全星型接線方式），因此通過相位調整后的高壓側電流標幺值為：

圖4 #1主變高低壓側差電流波形

從圖4中波形可以得出：高壓側通過電流相位折算后IA’、IC’大小相等相位相反，高壓側電流折算后與低壓側電流進行差流計算僅A相有差流，而B、C相電流疊加后矢量和為零。

結合高低壓側的電流矢量分析及差電流分析得出波形正確與錄波器差流計算值吻合，但低壓側僅顯示c相有故障電流，而差電流僅A相有電流。

針對這一反常現象，試想是否有區外故障造成穿越性電流導致上述現象產生。為此，檢查10kV 1M相關保護間隔，發現10kV饋線F01有保護啟動報告（如圖5所示），報告顯示該條線路C相有瞬時故障電流流過，而故障電流大小約為4.328kA，反觀主變差動保護動作錄波圖，主變低壓側a相流過故障電流同樣在4.3kA附近。由此分析可知，產生以上異常波形的原因可能是由于10kV F01故障時C故障電流回流至主變變低a相，即主變低壓側a相存在接地。

圖5 10kV F01保護啟動報告

通過以上故障電流流向分析，檢查主變變低a相的故障點。變低跳閘后經現場檢查發現，#1主變10kV母線橋上a相避雷器發生短路故障已燒壞。在小電流接地系統中，當10kV F01發生C相瞬時接地故障時，正常相別的相電壓升高（如金屬性接地將使得正常相電壓升高為線電壓），高電壓使得主變低壓側a相避雷器發生擊穿，故障電流通過大地流向#1主變變低10kV母線橋a相避雷器（如圖6所示），由此造成類似于主變低壓側ac相間短路的故障。

圖6 系統故障時故障電流的流向

通過具體的保護動作情況分析，主要涉及兩類保護的保護動作范圍（如圖7所示）及動作元件，分別為#1主變差動保護RCS-9671C及10kV F01饋線保護RCS-9611C。

圖7 #1主變、F01線路保護動作范圍

當10kV饋線F01發生瞬時接地故障時,故障電流為4.328kA（二次值為4.328A），10kV饋線F01保護整組起動（如圖5），過流1段、過流2段保護定值滿足動作值而時間不滿足動作條件因此未動作。反觀10kV F01 C相瞬時接地后，非故障相相電壓升高導致#1主變變低10kV母線橋a相避雷器發生擊穿，兩個接地點通過大地形成通路，致使#1主變A相差流為1.5A（2.2），大于保護起動值滿足差動保護的起動條件15ms起動，而此時制動電流較小，滿足比率差動保護動作條件35ms #1主變比率差動保護動作跳開兩側開關。

3 主變不對稱故障波形特點

以上討論的YN/d-11主變壓器低壓側發生相間不對稱故障時相關電氣量的變化。然而在系統實際運行中存在多種主變高、低壓側的不對稱故障（包括高、低壓側的單向接地、相間故障），相關的電氣量將發生規律性的變化。

主變高壓側發生單相接地故障時，主變低壓側各相電流的分布情況與高壓側的故障相別有關，主變低壓側相對應于高壓側故障相的滯后相的電流為零，而主變低壓側另外兩相電流的大小相等（/）、相位相反。而低壓側電

流為零的相別電壓最大，低壓側另外兩相電壓相同。

主變高壓側發生相間短路故障時，低壓側三相均有電流，其中主變低壓側對應于高壓側故障相別中的超前相電流值最大（2/），低壓側另外兩相的電流值為其1/2且相位與之相反。低壓側電流最大的相別在不考慮主變內部電抗的壓降的情況下可將電壓視為零，另外兩相電壓數值相等、相位相反。

主變低壓側發生相間短路故障時（本次故障），高壓側三相均有電流，其中主變高壓側對應于低壓側故障相別中的滯后相電流值最大（2/），高壓側另外兩相電流值為其1/2且相位與其相反。高壓側電流最大相別如不考慮主變內部電抗的壓降的情況下可將電壓視為零，另外兩相電壓數值相等、相位相反。

4 小結

作為繼電保護運維人員，對常見電力系統故障波形的分析已然非常熟練，能夠嫻熟地處理常規的事故跳閘。但對于異常事故跳閘報告的波形分析能力較為欠缺，對于該類故障的分析應該要有局部、區域電力網絡的全局觀，繼電保護裝置運維人員應該具備處理該類事故事件問題的技術技能，并且能夠深入了解區域電力系統在各種運行方式下發生各種類型故障時所涉及的相關電氣量的變化規律及特點，為電力系統安全穩定運行提供技術保障。

參考文獻

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