主變負相序引起差流越限故障分析及處理

王龍，任思敏，黎月泰，秦川

(國網寧夏電力有限公司吳忠供電公司，寧夏 吳忠 751100)

變壓器是電力系統不可缺少的重要電氣設備，它產生的故障將對供電可靠性和系統安全運行帶來嚴重的影響[1],因此，根據變壓器容量等級和重要程度，在變壓器主保護裝設差動保護，用來反應變壓器繞組、引出線及套管上的各種短路故障[2]。在變壓器差動保護中，為了監視差動啟動電流，保護裝置都會引入“差流越限”告警功能。在微機變壓器差動保護報“差流越限”告警時，應立即采取措施，及時進行處理，以避免差流值繼續上升至保護差動啟動值，發生保護誤動的嚴重后果[3]。

1 問題的提出

某110 kV變電站2005年建站時，一次系統站內母線標定相別與線路相別不一致，導致站內一次系統出現負相序，二次系統為糾正一次系統錯誤，在二次電壓電流接線時將A相和C相交換；因此，該變電站一次系統負相序，二次系統正相序。

2019年7月12日，在二次系統綜自改造工程送電后，該變電站2號主變報“差流越限”告警。二次檢修人員根據2號主變異常數據進行分析試驗后，將保護裝置內“低壓側接線方式鐘點數”控制字由“11”改為“1”后，差流減小，“差流越限”告警消失[4]。

2 故障原因分析

該變電站共有2臺容量均為63 MVA的主變壓器(以下簡稱主變)，一次聯結組別均為Yyd11接線，變比為110 kV/35 kV/10 kV，保護裝置型號為PCS-978。為了更好地找出2號主變“差流越限”告警原因，分析影響因素有以下幾點：

(1)保護裝置插件是否損壞，裝置誤報。現場查看裝置內差流值0.23Ie大于差流越限固定值0.1Ie，同時利用二次電流鉗形表測量各側電流值，與裝置顯示基本相近，因此裝置采樣正常，沒有誤報。

(2)主變調檔是否異常。由于南瑞PCS-978保護裝置差流是以各側額定電流為基準值的標幺值進行求和，改變變壓器調壓分接頭會引起不平衡電流[5]，本站只是進行二次繼電保護綜自改造，并未對一次主變進行調檔操作，且定值單與實際電壓相符，因此，主變三側檔位正常，電壓正常。

(3)主變本體是否發生異常。檢修人員現場對2號主變進行檢查，未發現異常現象，主變運行正常。

(4)電流二次回路是否異常。為了檢查電流回路的完整性，送電前，進行電流互感器一次升流試驗，試驗結果正確。

(5)實際電流互感器變比和計算變比不同引起的不平衡電流[6]。將定值單、設備銘牌與保護裝置設備參數核對檢查，變比均相同。

(6)變壓器三側電流互感器極性是否一致。主變高、中、低三側均是以各側母線為極性端進行安裝，送電前，對三側電流互感器進行了極性測試，測試正確。

(7)該變電站一次負相序系統是否對差流有影響。查看2號主變送電后的向量測試數據，測試結果如表1所示：1號主變與2號主變并列運行，負荷較小，高、中、低三側電流向量均為正相序，幅值大小相近，未產生較大零序電流，但主變高壓側電流向量超前低壓側電流向量210°，并非150°[7]，即以低壓側電流方向為基準逆時針旋轉210°得到高壓側電流方向。2號主變一次聯結組別為Yyd11接線，保護裝置整定值同為Yyd11，按照11點接線向量分析，當主變只有高低兩側正常運行時，以逆時針為正，高壓Y側電流向量超前低壓Δ側電流150°[8]，因此，需要對2號主變三側向量再次進行分析。

表1 2號主變三側電流向量測試 A

該站主變一次系統負相序，二次回路A相與C相互換，即A相電流二次值通入保護裝置C相通道，C相電流二次值通入保護裝置A相通道。圖1為2號主變高、低壓兩側差動保護電流回路，高、中壓側均為Y型接線，低壓側為Δ型11點接線，為了便于分析，圖1只顯示高低兩側電流回路。其中，IA1、IB1、IC1為高壓側一次電流，IA、IB、IC為高壓側二次電流，Ia1、Ib1、Ic1為低壓側一次繞組電流，Ia1Δ、Ib1Δ、Ic1Δ為低壓側一次線電流，IaΔ、IbΔ、IcΔ為低壓側二次電流，圖中箭頭為各向量正方向。

圖1 2號主變高、低壓側差動保護電流回路

對于變壓器Yd11接線，各側電流關系如圖2所示，高壓側一次電流IA1、IB1、IC1為負序向量，低壓側一次線電流Ia1Δ、Ib1Δ、Ic1Δ同為負序向量。在二次側A和C相電流變換后，同一相電流通入保護裝置的相位已發生變化，高壓側二次電流超前低壓側二次電流210°，即IA超前IaΔ角度為210°。因此，保護裝置整定值變壓器聯結組別也將發生變化，由“11”變為“1”接線。

圖2 2號主變高、低壓側電流向量

綜上所述，該2號主變差流越限報警原因為保護裝置變壓器聯結組別定值整定錯誤。變電站一次系統負相序、二次接線改接為正相序，使通入裝置的電流改變了變壓器一次Yyd11聯結組別，而作業人員在整定計算時未查別此類變化，仍按照低壓側11點接線方式整定，導致2號主變在送電后，出現差流增大，且差流越限告警的不正常運行狀態。

3 故障解決措施

主變保護差流越限是差動電流越限，并未閉鎖保護，表明差動電流回路存在問題或裝置定值整定有問題。不論告警是否存在自動復歸現象，應申請解除主變壓器差動保護，檢查保護電流回路的完整性，實時觀察差流值是否達到差動動作值，同時，向調度部門申請，限制主變負荷，不能使負載進一步提高[9]。

因此，為消除此次故障，根據故障原因分析和繼電保護裝置異常處理原則，對保護裝置做了如下處理：

(1)申請退出2號主變差動保護。 運行人員向調控中心申請退出2號主變差動保護，待批準后，將保護裝置內差動軟壓板、差動保護功能控制字和裝置外部差動硬壓板退出運行。

(2)計算實時電流在Yyd1接線組別下的差流值。為了驗證主變一次負相序二次正相序，主變聯結組別確由“11”變為“1”，在改變主變保護裝置聯結組別控制字前，必須進行理論分析。

變壓器各側電流互感器均采用星型接線，極性以母線側為正極性端，二次電流通入保護裝置相位由軟件校正[10]。PCS-978保護裝置采用Δ型側電流轉變為Y型調整差流平衡。

①對于11點接線，校正方法如下：

②對于1點接線，校正方法如下：

式中：Ia、Ib、Ic—Δ側CT二次電流；

從上述公式可以得出:11點接線方式下，Δ側電流校正后實則順時針旋轉了30°；1點接線方式下，Δ側電流校正后實則逆時針旋轉了30°，如圖3所示，Iah、Iam、Ial分別為通入保護裝置的高、中、低三側的實際電流，Ial(11)為裝置整定11接線校正后的電流，Ial(1)為裝置整定1接線校正后的電流。

圖3 2號主變三側A相電流向量

因1號主變處于檢修狀態，2號主變單臺運行，負荷增大，2號主變三側實際電流向量測試結果如表2所示。

表2 2號主變三側實際電流向量測試 A

將三側實際電流值以各側額定值為基準值換算成標幺值后，高中低三側電流標幺值分別為0.45Ie、0.349Ie、0.236Ie。將上述標幺值分別代入11點和1點接線方式下的差流計算公式中，方可計算出主變差流值。

① Yyd11接線方式下計算公式。

Ix=0.45cos 25.5°-│0.349cos 232°│-

│0.236cos(188°+30°)│=0.005 3Ie

Iy=0.45sin 25.5°-│0.349sin 232°│-

│0.236sin(188°+30°)│=-0.226 6Ie

② Yyd1接線方式下計算公式。

Ix=0.45cos 25.5°-│0.349cos 232°│-

│0.236cos(188°-30°)│=-0.027 6Ie

Iy=0.45sin 25.5°-│0.349sin 232°│+

│0.236sin(188°-30°)│=0.007Ie

式中:Ix、Iy—主變差動電流橫縱坐標軸分量;

Id—差動計算值。

計算結果顯示：在Yyd11接線時，理論差流計算值0.226 6Ie與裝置實際差流顯示值0.234Ie基本接近；在Yyd1 接線情況下，理論差流計算值0.028 4Ie，差流已接近平衡狀態。

(3)經過理論分析、驗算，運行人員將2號主變差動保護裝置“低壓側接線方式鐘點數”整定控制字由“11”改為“1”，差流顯示0.034Ie，與理論差流計算值接近。

(4)申請投入2號主變差動保護。運行人員向調控中心申請投入2號主變差動保護，待批準后，將保護裝置內差動軟壓板、差動保護功能控制字和裝置外部差動硬壓板投入運行，差流越限告警消失，2號主變正常運行。

4 效果評價

(1)通過更改2號主變聯結組別定值后，2號主變差流越限告警消失，三側電流恢復平衡狀態，消除了差動動作隱患，保證了主變安全可靠運行。

(2)為了驗證2號主變差動保護裝置在Yyd11定值下差動保護動作值，在1號主變檢修時，將1號主變聯結組別設定為11接線，同時在1號主變高低側加入如表3所示的試驗電流，差動動作，算出差動值0.691Ie。表中，高壓側電流超前低壓側電流210°，用于模擬電流相位實際情況。

表3 1號主變三側電流試驗電流 A

當1號主變聯結組別設定為1接線時，同樣加入表3電流值數據，算出的差流值為0.002Ie，差動保護不動作。因此，當低壓側負荷電流增大到3.8 A時，保護裝置在Yyd11定值下，裝置會誤動作;同時，當主變低壓側區外故障時，高低壓側電流會突變增大，也會導致主變越級差動動作，給主變帶來重大的安全隱患。

5 結 論

在負序系統中，主變保護裝置內聯結組別整定值整定不當可引起110 kV變電站主變壓器差流越限報警，通過改變保護裝置內聯結組別定值，可使差流越限告警消失，主變恢復正常運行。對變壓器負相序差流越限告警的原因分析及處理措施可為其它變電站出現同類問題提供參考。