一起高壓廠變差動速斷區外故障誤動分析

梁紅牛

(山西興能發電有限公司，山西 太原 030206)

1 故障情況

山西興能發電有限公司2號300 MW發電機組采用單元接線，高壓廠用電系統采用6 kV中性點不接地運行方式。電流互感器只裝在A、C兩相，見圖1. B相電流采用A、C兩相電流矢量之和。高壓廠用變壓器差動速斷整定值為7IN(IN為額定電流)。2017年9月23日高壓廠用變壓器A分支發生三相短路故障，用變壓器差動速斷保護出口動作。

圖1 廠用電電流互感器接線示意圖

2 高壓廠用變壓器各參數

高壓廠用變壓器各側差動電流值(各波形幅值為保護啟動后1～2個周期內的有效值)見表1.

高壓廠用變壓器各側差動電流波形見圖2.

高壓廠用變壓器各相電流波形見圖3.

3 故障情況分析

表1 高壓廠用變壓器各側差動電流值表

由圖2可以得出，三相短路故障發生時三相均出現較大的差動電流，且故障發生后第1個周期內的差動電流均為最大。表1中的數據為保護啟動后第1～2個周期內的有效值，其中A相差動電流為3.18IN、B相差動電流為5.26IN，C相差動電流為2.09IN. 故障后第1個周期，按比例值每格為13.55IN，A相差動電流峰值為2×13.55IN=27.1IN，B相差動電流峰值為2.36×13.55IN=31.98IN，差動電流最大相的有效值為0.84×13.55=11.38IN，遠遠超過了整定值7IN，超過差動速斷保護整定值，導致差動速斷保護誤動作。

電流標度I(瞬時值)：13.55IN/格 時間標度T：19.98 ms/格圖2 高壓廠用變壓器各側差動電流波形圖

電流標度I(瞬時值)：35.98 A/格 電壓標度U(瞬時值)：72.78 V/格 時間標度T：19.98 ms/格圖3 高壓廠用變壓器各相電流波形圖

表1中的計算值取第1～2個周期內的數據，主要是考慮電流互感器磁通飽和出現差動電流，一般在區外故障后的第一個周期后才出現，而該次區外三相短路故障后，電流互感器很快就磁通飽和。由圖2可以得出：高壓廠用變壓器高壓側A相的電流互感器在三相短路故障后10 ms時，出現磁通飽和；B相的電流互感器在三相短路故障后基本未出現磁通飽和；C相的電流互感器在三相短路故障后第1個周期內就出現了深度磁通飽和，之后飽和消失。因此，差動電流在第1個周期內就達到最大值，差動電流的出現僅比高壓廠用變壓器高壓側故障電流出現晚3 ms左右。

由圖3可以得出，發生三相短路故障時高壓廠用變壓器A分支三相線電壓降為0，結合發生故障后的現場檢查情況，可以認定高壓廠用變壓器A分支發生了三相短路故障。

由于差動電流中含有很大的二次諧波分量，比率差動保護被閉鎖，未動作。

4 電流互感器磁通飽和分析

發生三相短路故障時，高壓廠用變壓器高壓側電流互感器A、B兩相在故障發生后10 ms時開始出現磁通飽和，C相則較早。從圖3發現，A、B兩相的電流互感器屬于較常見的由于短路電流直流分量引起的暫態磁通飽和，而C相極可能是由于剩磁和短路電流直流分量疊加引起的深度磁通飽和。高壓廠用變壓器低壓側A分支由于電壓等級較低，三相短路電流數值較大，電流互感器在三相短路故障發生后3 ms即出現了磁通飽和，而進入了穩態飽和區。這種情況在高壓廠用電系統中經常發生。

5 防止差動速斷誤動的措施

1) 更換二次回路電纜。繼電保護用電流互感器二次回路電纜截面應保證電流互感器誤差不超過規定值。可采用較大截面積的二次回路電纜，由于二次回路電纜較長，推薦采用6 mm2的電纜。但是增加二次回路電纜截面只能減輕二次負載，降低電流互感器的飽和程度。

2) 更換高壓廠用變壓器低壓側電流互感器變比。在高壓廠用變壓器低壓側電流互感器的選擇和設計上，務必要注意低壓側電流互感器暫態飽和的問題。根據保護特性綜合考慮，暫態特性應滿足繼電保護要求，保證電流互感器在特定飽和條件下不致影響保護性能。對電流互感器的基本要求是保證在穩態短路電流下的誤差不超過規定值。對短路電流非周期分量和電流互感器剩磁引起的暫態飽和影響，可采用伏安特性較好、飽和電壓較高、有較大負載能力的電流互感器。但是目前中壓系統的電流互感器一般都裝在配電柜真空斷路器間隔內，容量較大的電流互感器可能會無法安裝。

3) 更換CT型號。同時也要考慮高壓廠用變壓器差動保護的保護區外發生故障時，高壓側電流互感器暫態飽和的問題。為了減輕可能發生的暫態飽和影響選取適當的暫態系數，可更換為PR類電流互感器，限制剩磁影響。

保護裝置目前利用差動電流和制動電流的變化量是否同步出現來判斷是發生區內故障還是區外故障，同步時間差<5 ms則認定為發生區內故障，>5 ms則認定為發生區外故障。但是，對于這種直流分量的電流互感器剩磁同向疊加且電流互感器二次負載較小的情況下的區外故障的判別，5 ms時間過長。

此外，保護裝置采取減輕暫態飽和影響的措施，保證電流互感器在特定的飽和條件下不影響保護性能，對降低電流互感器造價及提高保護動作的可靠性具有重要意義。

參 考 文 獻

[1] 焦彥軍.電力系統繼電保護原理[M].北京：中國電力出版社,2015：13-18.