一起主變零序CT開路引發(fā)的公用變比率差動保護誤動分析

張學(xué)峰

(華能銅川照金電廠，陜西 銅川 727100)

0 引言

零序電流互感器(CT)在電氣一次系統(tǒng)正常運行或?qū)ΨQ故障時，僅有可以與保護裝置零點漂移相近的二次電流，與端子接觸不良等原因?qū)е麓嬖跀帱c的情況難以明顯區(qū)分，若在日常巡檢、檢修維護中未能及時發(fā)現(xiàn)開路點，一旦發(fā)生不對稱故障，極小的一次電流即可使鐵芯的磁通密度由數(shù)十mT劇增到1.0 T以上，產(chǎn)生高達數(shù)千伏的高電壓，從而對保護裝置采樣產(chǎn)生不利影響，給保護動作分析造成困難。本文分析一起因主變壓器(以下簡稱主變)零序CT開路導(dǎo)致公用變壓器(以下簡稱公用變)比率差動保護誤動的事故，并提出針對性防范措施。

1 事件簡述

某電廠#1發(fā)電機變壓器組(以下簡稱發(fā)變組)系統(tǒng)采用單元接線，接入330 kV I母線，母線采用雙母線接線方式，主變中性點直接接地運行，發(fā)電機機端引接設(shè)置1臺廠用高壓變壓器(以下簡稱廠高變)，1臺高壓公用變壓器(以下簡稱高公變)(聯(lián)結(jié)組標號 D,yn1)，廠高變、高公變低壓分支中性點經(jīng)40 Ω電阻接地，其中發(fā)變組保護單元配置2套微機型保護裝置RCS-985B，每套保護系統(tǒng)有獨立的輸入CT、電壓互感器(PT)和跳閘繼電器，實現(xiàn)了保護配置的雙重化。

2017-11-25 T 13:44，某電廠330 kV出線對側(cè)變電站某II線線路A相瞬時接地故障，重合成功。電廠側(cè)發(fā)變組保護B柜保護裝置RCS-985B公用變比率差動保護動作出口，#1機組跳閘。發(fā)變組保護A柜保護裝置RCS-985B無任何保護啟動。

2 保護動作分析

2.1 保護裝置動作邏輯分析

跳閘后調(diào)取了保護B柜RCS-985裝置動作報告及波形記錄，發(fā)現(xiàn)保護啟動30 ms后，高公變比率差動保護動作出口，跳閘時高公變高壓側(cè)電流A相、B相、C相分別是0.68，0.66，0.30 A,低壓側(cè)電流A相、B相、C相分別為0.59，0.95，4.69 A，A相、B相、C相差流分別為0Ie,0.64Ie,0.65Ie(Ie為額定電流)。

高公變差動保護采用變斜率比率差動特性[1]如圖1所示，動作方程為

Kb1=Kb11+Kb1r(Ir/Ie) ,

Kb1r=(Kb12-Kb11)/(2n) ,

b=(Kb11+Kb1rn)nIe,

根據(jù)上述動作方程計算，跳閘時B相、C相制動電流和對應(yīng)的計算動作電流的標幺值分別為

圖1 變斜率比率差動保護的動作特性(n=6)

/2=0.20 ，

Id(b)=Kb1Ir+0.5=0.11×

0.2+0.5=0.522 ，

Id(c)=Kb1Ir+0.5=0.12×

0.43+0.5=0.552 ，

而實際B相、C相差流分別達到0.68Ie，0.65Ie，均達到動作值，比率差動保護動作出口。

2.2 保護動作后檢查過程

從保護裝置故障波形看，保護跳閘時高公變低壓側(cè)分支C相二次電流異常增大到4.69 A，折算到一次側(cè)，電流高達3 752 A，不符合此種運行方式下單相接地的電氣特征。事故后從機組錄波器錄波圖可知，跳閘時C相二次電流實際值為0.53 A，初步判斷為保護裝置采樣異常。為查找具體原因，對外部二次電纜進行了絕緣測試，對地、相間電阻均大于50 MΩ,未發(fā)現(xiàn)異常，保護裝置采樣及功能校驗也均正常，這就給進一步分析帶來了困難。

但從機組故障錄波圖可以看出，當(dāng)區(qū)外A相瞬時接地故障時，主變中性點零序二次電壓最高達17.5 V,而主變中性點零序二次電流卻一直為0 A，與主變中性點直接接地運行方式特征不匹配，懷疑存在CT開路的可能。經(jīng)進一步檢查確認，發(fā)現(xiàn)開路點在故障錄波器柜的電流端子上，經(jīng)折算，區(qū)外接地故障時，主變零序二次電流最高為1.42 A，不考慮磁通飽和的情況下，近似計算二次開路電壓最高達2 300 V以上(實測二次電流在0.50 A，對應(yīng)的開路電壓在800 V左右)，在交流高壓下絕緣最薄弱的插頭底座處，發(fā)生了擊穿、閃絡(luò)(如圖2所示)，造成零序高壓竄入相鄰的公用變低壓側(cè)CT電流回路，干擾了保護裝置的采樣，造成公用變比率差動保護誤動。將主變中性點零序電流合成波形與公用變低壓側(cè)C相電流波形圖進行對比(如圖3所示，高公變分支C相電流用An985故障錄波分析軟件導(dǎo)出；合成波形用相關(guān)軟件合成，時間軸相差30 ms左右)，可見變化趨勢幾乎一樣，進一步驗證了推斷。

圖2 毗鄰的兩組CT發(fā)生擊穿、閃絡(luò)

從以上分析可知，當(dāng)外部電纜或相鄰二次回路竄入交流高壓導(dǎo)致的采樣異常，有著明顯的正弦波形特征，與保護裝置內(nèi)部中央處理單元(CPU)邏輯錯誤或元件老化導(dǎo)致的采樣異常有明顯區(qū)別，這也給此類不明原因的故障查找提供了方向。

圖3 高公變低壓側(cè)分支C相電流與主變中性點零序電流波形對比

3 防范措施及建議

(1)微機保護裝置交流插件底座CT，PT端子絕緣防護套應(yīng)將接線鼻子完全包含，盡量減少導(dǎo)體裸露，提高相鄰端子擊穿閃絡(luò)電壓，并建議采取高絕緣防護套。

(2)交流回路中試驗接線端子的結(jié)構(gòu)和質(zhì)量存在隱患，在運行中有可能發(fā)生螺桿與銅板螺孔接觸不良而導(dǎo)致開路[2]，因此，建議日常巡檢、機組首次啟動后或定期用電流表對CT，PT中性線上的電流進行測試比對，若發(fā)現(xiàn)其大于50 mA，可能存在多點接地的情況，若發(fā)現(xiàn)其小于10 mA，應(yīng)結(jié)合經(jīng)驗判斷出是零漂還是回路存在斷點，確認回路的完整性，防止運行中保護拒動或誤動。

(3)運行環(huán)境較惡劣的室外端子箱、就地控制柜等，應(yīng)定期檢查測試安裝在內(nèi)的CT，PT端子的直阻，發(fā)現(xiàn)電阻過大或存在斷裂、氧化、腐蝕等現(xiàn)象應(yīng)立即處理，防止因接線盒受潮、端子螺絲和墊片腐蝕嚴重導(dǎo)致接觸不可靠而發(fā)生開路或短路現(xiàn)象。

(4)一旦運行中發(fā)生CT開路，處理時要盡量轉(zhuǎn)移或減少一次負荷電流，盡可能降低二次回路的感應(yīng)電壓，然后盡快在就近的試驗端子上用良好的短接線按圖紙將CT二次短路。若短接時發(fā)現(xiàn)有火花，那么短接應(yīng)該是有效的，故障點應(yīng)該就在短接點以下的回路中；若短接時沒有火花，則可能短接無效，故障點可能在短接點以前的回路中，可逐點向前變換短接點，縮小范圍檢查。