魯西換流站10 kV#6站用電差動保護(hù)動作分析與處理措施研究

劉思遠(yuǎn)

（中國南方電網(wǎng)超高壓輸電公司天生橋局，貴州黔西南562400）

1 故障簡述及分析

2016-05-13，魯西換流站常規(guī)直流單元380/220 V站用電系統(tǒng)10 kV#5站用變帶405M運(yùn)行，10 kV#6站用變帶406M運(yùn)行，456DL母聯(lián)開關(guān)分位。

16：04，魯西換流站10 kV#6站用電保護(hù)動作，跳開023DL、46DL開關(guān)；405M、406M備自投動作，合上456DL母聯(lián)開關(guān)，10 kV#5站用變帶405M、406M運(yùn)行，相關(guān)負(fù)荷支路恢復(fù)正常供電。

2016-05-13T16：04：08.560，魯西換流站10 kV#6站用電保護(hù)動作，380 V 406M負(fù)荷轉(zhuǎn)由10 kV#5站用電供電。

故障前，魯西換流站10 kV#5站用變帶405運(yùn)行，10 kV#6站用變帶406M運(yùn)行，運(yùn)行功率約為230 kW。

故障后，對站內(nèi)10 kV#6站用變本體及站用電保護(hù)、測量相關(guān)一/二次設(shè)備進(jìn)行檢查，未發(fā)現(xiàn)一、二次設(shè)備存在異常。

2 變壓器縱差保護(hù)的重要性

變壓器主要用來升高或降低電壓，是電力系統(tǒng)中是不可或缺的十分重要的電氣設(shè)備。因此，變壓器故障將會對供電可靠性甚至電力系統(tǒng)的安全帶來極其嚴(yán)重的影響。

變壓器故障一般分為油箱外故障和油箱內(nèi)故障，油箱內(nèi)故障主要包括繞組相間短路、接地短路和匝間短路等，油箱外故障主要是套管和引出線發(fā)生的相間短路和接地短路。而變壓器縱差保護(hù)能在變壓器內(nèi)部故障時正確動作。

3 魯西站用電差動保護(hù)動作分析

3.1 比率差動動作原因分析

根據(jù)表1中PCS-9679D變壓器比率差動保護(hù)動作原理可得，當(dāng)Id＞0.2Ie、Id＞0.5（Ir-0.5Ig）+0.2（Ie是最小動作電流，Ig是拐點(diǎn)電流）時，差動電流Id、制動電流Ir在動作區(qū)域，比率差動保護(hù)動作，其動作曲線如圖1所示。

從保護(hù)動作波形分析，16：04：08.486時，Idc=0.201Ie，差動保護(hù)整組啟動；延時74 ms后，Idc增大至0.384Ie，C相比率差動正確動作。

3.2 A相比率差動未動作原因分析

在16：04：08.486時，Ida=0.173Ie，小于0.2Ie，在延時9.1 ms后達(dá)到0.202Ie，A相保護(hù)啟動，延時未達(dá)到動作時間，C相已經(jīng)動作，切除了故障電流，所以A相啟動而沒有動作。

表1 PCS-9679D變壓器比率差動動作原理

圖1 比率差動動作曲線

3.3 C相比率差動動作原因分析

（1）對C相電流的波形畸變進(jìn)行分析。

從保護(hù)啟動前C相電流波形及諧波分析可以看出，保護(hù)啟動前C相電流正常；在16：04：08.486保護(hù)啟動時刻，C相電流直流分量由-0.054 A增大至0.112 A，其含有率為23.16%，啟動后直流分量不斷增大，最大時為0.24 A，含有率為57.2%。正弦波形疊加直流分量的變化與故障波形的變化一致，均是往正半波偏移。

因此可以得出：由于負(fù)荷變化導(dǎo)致直流分量的產(chǎn)生，致使電流波形偏移，最終導(dǎo)致產(chǎn)生差流，比率差動保護(hù)動作。

（2）根據(jù)向量圖分析。

分別對三次側(cè)電流啟動前、啟動時和啟動后的向量圖進(jìn)行分析，可以得出：在保護(hù)啟動前，三次側(cè)電流向量是對稱分布的；保護(hù)啟動時，三次側(cè)電流C相逆時針方向偏移；啟動后，三次側(cè)C相電流與一次側(cè)A相電流同相位，致使差動電流增大。

根據(jù)以上對C相比率差動動作原因的分析，得出比率差動保護(hù)動作的直接原因是負(fù)荷的突然變化。

10 kV#6站用變低壓側(cè)主要負(fù)荷分布為：常規(guī)閥廳空調(diào)（150 kW）、常規(guī)閥冷系統(tǒng)機(jī)組（200 kW）；經(jīng)現(xiàn)場排查發(fā)現(xiàn)，故障跳閘時常規(guī)閥廳空調(diào)為穩(wěn)定運(yùn)行，常規(guī)閥冷系統(tǒng)機(jī)組正好處于主循環(huán)泵的啟動過程。

主循環(huán)泵的啟動過程有軟啟動和工頻啟動兩種方式。主循環(huán)泵的啟動電流最大值為1 746 A，其電流1 946 A（1 746+200）與故障前基波電流1 932 A（0.483×4 000）相差不多。

故障過程中，基波電流也逐漸降低，與主循環(huán)泵啟動過程電流衰減趨勢一致。主循環(huán)泵主回路中含有變頻器，由變頻器工作原理可知，變頻器交流輸出極大可能含有直流分量，如果負(fù)載為半波整流或可控硅整流等造成正、負(fù)半周不對稱，就一定會有直流分量的存在。

4 故障處理措施

通過上述故障分析得知，常規(guī)閥冷系統(tǒng)主循環(huán)泵啟動時會產(chǎn)生直流電流，致使電流波形偏移，比率差動保護(hù)動作。為此，制定了以下故障處理措施：

（1）重新核查和調(diào)整變頻器參數(shù)。對主循環(huán)泵的主電源回路進(jìn)行檢查，在廠家指導(dǎo)下，對變頻器參數(shù)進(jìn)行核查和設(shè)置，并增設(shè)直流偏置抑制措施。

（2）變壓器保護(hù)差動啟動電流定值調(diào)整至0.5Ie，防止變頻器直流偏置帶來的變壓器差動保護(hù)誤動。

（3）對10 kV#6變壓器進(jìn)行預(yù)防性試驗(yàn)，確保其運(yùn)行可靠性。對其直流電阻、短路阻抗、絕緣電阻、吸收比和變比進(jìn)行測量，并將測量結(jié)果和往年試驗(yàn)結(jié)果比較，同時，進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)，確定變壓器絕緣能力等是否被破壞。

5 結(jié)論

（1）根據(jù)故障時各相波形分析，當(dāng)C相差流出現(xiàn)時，變壓器高低壓側(cè)電壓波形平穩(wěn)，未發(fā)生突變現(xiàn)象，可以排除區(qū)內(nèi)故障的可能。故障后對變壓器進(jìn)行的相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，變壓器本體正常。由以上分析可得，C相比率差動動作原因是由于常規(guī)閥冷系統(tǒng)主循環(huán)泵的啟動，導(dǎo)致負(fù)荷突然增加的主循環(huán)泵中的變頻器產(chǎn)生直流分量，造成電流波形偏移，最終出現(xiàn)差流，比率差動動作。

（2）引起站用變差動保護(hù)動作的原因是低壓側(cè)負(fù)荷的突然增加，雖然沒有引起變壓器主變差動保護(hù)和瓦斯保護(hù)等變壓器內(nèi)部故障的主保護(hù)，其保護(hù)也正常動作，但僅因?yàn)橹餮h(huán)泵的啟動而導(dǎo)致C相比率差動動作，問題雖不嚴(yán)重卻值得重視。對變壓器相關(guān)保護(hù)定值需進(jìn)行修改，以免此類故障再次發(fā)生。

（3）在日常工作中，值班人員大多不會對異常和故障情況進(jìn)行預(yù)測，等故障發(fā)生了，才開始慢慢找故障原因、解決辦法和處理措施，以至于每次故障發(fā)生后分析時間都較長。專業(yè)人員應(yīng)對故障發(fā)生的各種情況進(jìn)行模擬演示，找出原因，分析結(jié)果，并得出相應(yīng)處理措施，提前做好預(yù)防工作。更重要的是，對主要設(shè)備容易出現(xiàn)的各種故障類型進(jìn)行重點(diǎn)分析，可以利用相關(guān)算法得出結(jié)論與處理方法，使其自動化程度加強(qiáng)。

[1]朱聲石.高壓電網(wǎng)繼電保護(hù)原理與技術(shù)[M].2版.北京：中國電力出版社，1995.

[2]張保會，尹項(xiàng)根.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)[M].2版.北京：中國電力出版社，2010.