110kV主變比率差動保護誤動原因分析及處理

易吉林

（貴州省水利投資（集團）有限責任公司,貴州 貴陽 550000）

隨著我國電力事業的不斷向前發展,在日常供電工作過程中,變壓器差動保護以變壓器各側電流工作的大小和方向作為主要的判斷工作依據,實現對反應變壓器內外部故障的快速防護,充分保證變壓器運行的安全性,保證變電站的供電工作正常進行。但是就目前供電管理工作,尤其是部分水電站的日常供電管理工作而言,并沒有對變壓器的差動保護引起足夠重視,在一定程度上影響了供電工作的穩定性和協調性,需要對其進行有效解決,以保證變壓器的高效、穩定運行,提高供電效率。

1 事前運行方式

事前某水電站中的1#、2#、5#機組實現并網發電運行和工作,帶負荷142.5 MW。1#機組經過1#主變、5#機組經過4#主變升壓之后并聯直接輸送到110 kVⅠ回線路當中,2#機組經過2#主變升壓直接輸送到110 kVⅡ回線路[1],110 kV母線分段工作（母聯110 斷路器處于分閘工作位置）。

2 事件主設備情況

該電站#1主變保護使用北京四方繼保自動化股份有限公司生產的CSC-316 M型數字式變壓器防護裝置,事件主設備見表1、比率差動保護定值見表2。

表1 事件主設備情況

表2 比率差動保護定值

3 主變比率差動保護動作簡述

2020年8月8日下午5∶00整,值班工作人員在工作過程中發現電站出現主變比率差動保護誤動,值班人員隨即根據操作規章制度和技術要求對電站各供電設備進行了排查,在排查中發現,電站出現主變比率差動保護動作,跳開110 kVI回線線路101 斷路器,同時斷開1#發電機組出口021 的斷路器,1#機組從系統當中解列停機,5#機組報失磁保護動作,5#機組從系統當中解列停機,隨后值班人員按照規章制度上報問題。

4 檢查情況

在本次事件產生后值班工作人員,現場檢查1#主變保護工作裝置,發現：A、B、C三項比率差動保護動作,動作時間分別為106 ms、112 ms以及118 ms。

5 動作情況分析

通過圖2圖像分析可以看出,在19時04分01秒628 ms,從110 kVI段母線的零序電壓上可以看到系統出現一個小型的擾動情況,并且從110 kVI回線線路的電流可以看出,B相的電流量有所降低,并且此擾動造成1#主變差動保護啟動,觀察1#、2#發電機組電流均不存在明顯的變化情況。

從電流電壓量變化來看,保護啟動90 ms后,從110 kVI回線路三相電流量明顯上升,有效值從故障之前的0.3 A大小上升到了0.47 A,而110 kV母線電壓從產生故障之前的62 V,下降到了54 V左右；從電流和電壓的對應關系來看,在故障產生之前I回線路當中的電壓和電流相位角基本同相,線路送純有功（此次三臺機組無功很小,功率因素趨近于1）,而保護跳閘時該電流的超前電壓相角在45°左右,該電站110 kVI回線路針對系統處于進相工作狀態,說明有機組失磁進相運行；5#機組為工程發生設計變更實施以機代閥泄放生態流量增設,設計未考慮未將5#機組110 kV高壓側電流引入到1#主變壓器的CSC-316 M差動保護裝置當中,因此5#機組110 kV高壓側電流突變,極可能引起1#主變比率差動保護動作,另外5#機組失磁保護動作延時時間為0.5 s,大于主變保護比率差動保護動作時間,結合5#機組報失磁保護動作停機的情況,懷疑5#機組失磁導致1# 主變比率差動保護誤動。

6 推論演算

6.1 計算有功功率

由于故障前110 kV梭寨I回線的電流和電壓同相,線路送純有功,設該電流對應的電磁功率就是平寨電站1#機和5#機的有功功率之和。根據當時的電壓和電流值可計算有功功率為：

這與1#機68 MW和5#機6.4 MW的功率總和74.4 MW是接近的。

6.2 計算視在功率

根據故障時110 kVI母線電壓以及110 kV梭寨I回線路的電流,可計算出當時線路的視在功率為：

6.3 計算進相無功

由此可計算#5機失磁時的進相無功為：

6.4 計算線路功率因數及電流電壓相角差

此功率對應110 kV輸出I回線路潮流的功率因數為：

對應電流電壓相角差為φ= arccos0.733=42.86°。

6.5 計算#1主變的差流

該進相無功基本上對應1#主變的差流,其電流值為：

演算結論和現場實際相符,該起保護誤動由5#機組失磁導致。正常運行情況下,由于5#機功率不大,額定工況下在主變差動回路產生差流僅為30 mA,不會引起差動保護異常。而此次事件中,當5#機組失磁之后,無功電流使1#主變的差動電流超過差動保護門檻0.14 A,致使保護誤動。由于5#機組失磁保護動作延時時間為0.5 s,因此造成主變比率差動保護動作后,5# 機組才報失磁保護動作停機現象,上述判斷經過調度中心及電科院專家現場調查復核。

7 暴露的問題

在整個供電系統中,5#機組并非項目施工原有機組,而是在工程開展過程中,為了滿足工程建設以及后期整個供電系統的運行需求,臨時通過專家會審和設計變更而增設的機組,該機組實施以機代閥泄放生態流量,與年初才正式投入運行。5#機組裝機6400 kW,在設計變更中,由于機組的設計單位并沒有將4#主變高壓側103 斷路器設備電流引入到1#主變壓器的CSC-316 M保護裝置中,也沒有考慮將1#主變保護器和103 斷路器回路之間進行銜接,最終導致整個機組安裝完成之后出現了保護誤動,存在設計隱患。

8 整改措施

為有效解決該設計缺陷問題,解決機組主變比率差動保護誤動,確保整個供電系統的高效、穩定運行,提高供電效率,業主單位在通過檢修排查發現問題后,第一時間聯系了機組的設計單位,并要求設計單位派遣專家技術人員到現場進行復核,充分明確問題所在,然后根據之前的設計圖紙和變更圖紙,針對保護誤動問題進行了深化設計。在深化設計中,將4#主變高壓側103 斷路器TA電流接入1#主變壓器CSC-316 M差動保護裝置,引入1#主變保護動作聯跳4#主變高壓側103 斷路器跳閘回路,并對其他相應細節進行了細化,杜絕問題的二次發生。

9 整改效果

1#主變與4#主變銜接部分未引入TA電流和跳閘回路按照設計圖紙完成整改工作后,開展試驗驗證如下。

1）對差動保護裝置各側TA回路進行加量,裝置各側TA回路采樣正確；

2）驗證平衡系數,高壓側平衡系數是1,在高壓側加三相1A電流,差流為1 A,高壓3 側平衡系數是0.833,在高壓3側加三相0.833 A電流,差流為0.833 A,低壓1側平衡系數是0.473,在低壓1 側加三相1 A電流,差流為0.473 A,各側平衡系數正確。

3）投入差動保護投退硬壓板,合上4#主變高壓則103斷路器,110 kV梭寨I回101 斷路器,分別在高壓側、高壓3側、低壓1 側加單側電流,使之差動保護動作,投入跳主開關硬壓板,110 kV梭寨I回101 斷路器跳閘,投入聯跳4#主變高壓側硬壓板,4#主變高壓側103斷路器跳閘,用相同的方法驗證高后備保護動作后能可靠跳開110 kV梭寨I回101、4#主變高壓側103 斷路器,保護跳閘出口邏輯正確。

10 結語

電站供電的穩定性和安全性關系到千家萬戶,因此,在電站的日常供電管理工作中,必須要對各類供電問題進行檢查,確保繼電保護的正確性,避免保護誤動是廣大繼電保護工作者的職責和使命。而在整個供電系統中,繼電保護誤動作的情況千差萬別,是多種因素的結合和巧合,這就需要工作人員保持認真嚴謹的工作態度,只有在工作中善于分析,不斷地總結和提高,嚴格執行各種規范,不折不扣落實反措的要求,才能把繼電保護的誤動作降到最低。