一起短路容量增大引起變壓器差動保護動作的分析

摘要：通過對變壓器差動保護動作的故障分析和處理步驟，總結出系統短路容量的增大和完全依賴于設備的銘牌參數，對變壓器差動保護誤動起作一定的內因作用，并提出了相應的防范措施。

　　電力變壓器是電力系統中最關鍵的主設備之一，它承擔著電壓變換，電能分配和傳輸，并提供電力服務。因此，變壓器的正常運行是對電力系統安全、可 靠、優質、經濟運行的重要保證。微機型縱聯差動保護作為變壓器的主保護，能反映變壓器內部相間短路故障，高壓側單相接地短路及匝間層間短路故障，它較常規 保護具有靈敏度高，選擇性強，接線簡單等優點，因此得到廣泛應用。為提高差動保護正確動作率，除選好保護設備外，還需做好設計施工、整定計算、現場安裝調 試等一系列技術和管理工作，要統籌考慮系統的發展，短路容量的增大，如果這些工作稍有疏忽，就可能造成差動保護誤動或拒動，嚴重影響變電站安全運行。

1、事故慨況
　　2010年7月18日19：20分左右，35kV智華變電站10kV華匯線速斷保護動作跳開本線路開關，同時主變比例差動保護動作，跳開主變兩側開關，造成全站失壓。

2、網絡運行情況
　　35kV 智華變電站于2002年農網改造時建設，由于是地方縣級電網，智華站經過3個35kV等級的變電站與110kV站相連，以多級串供的形勢供電。該變電站為 簡易的終端變電站，35kV為單母線接線，只有一條35kV進線，主變1臺，Y/Δ-11接線，主變容量3.15MVA，10kV為單母線接線，主供農村負荷。
　　在2010年5月到8月，由于10kV華匯線或華金線線路故障速斷保護動作跳閘引起主變比例差動保護動作了兩次。下面以7月18日主變比例差動動作及查找原因進行分析。

3、故障現象
     3.1值班員記錄
2010年7月18日19：20分，35kV智華變電站微機顯示器上彈出“#1主變比例差動保護動 作”信號，事故音響喇叭響起，#1主變兩側#301和#501開關在分閘位置，同時顯示器上彈出“10kV華匯#514速斷保護動作”信號, #514開關在分閘位置，全站10kV系統失電。

     3.2 保護動作報告
在7月18日19:20:37時，10kV華匯線#514速斷保護動作，開關動作跳閘。
故障時保護裝置記錄：IA:72.5A  IC:1.5A 
在7月18日19:20:37時主變差動保護動作，跳開主變兩側開關。
故障時保護裝置記錄：
高壓側電流：IA:12.1A  IB:11.9A  IC:0.3A 
低壓側電流：IA:26.8A  IB:26.2A  IC:1.3A 
差動電流： IA:17.7A  IB:16.0A  IC:1.1A
制流電流： IA:37.6A  IB:36.8A  IC:1.4A

      3.3電流互感器配置情況
　　主變高壓側#301開關為LW16-40.5型戶外六氟化硫開關，該開關內附電流互感器LRGB-35LW供 測量和保護用，電流互感器為抽頭式，有75/5和100/5兩檔，實際接線選為75/5，1.0級1K1—1K2作為測量用（接A421、B421、 C421），D級3K1—3K2作為差動保護用（接A411、B411、C411）。
　　主變低壓側#501開關為ZN28A-10型戶內真空開關，電流互感器為LZZQB6-10 型單獨式 ，變比為200/5，0.5級作為測量用，10P10級作為差動保護和低后備保護用。

　　10kV華匯#514線電流互感器為LZZQB6-10 型，變比為75/5 ，0.5級作為測量用，10P10級作為保護用。

       3.4 保護定值整定情況
　　10kV華匯#514線路保護整定為三段式電流保護，速斷定值為55A，0秒。主變保護設有比例差動和差動速斷保護，差動速斷定值為26A ，0秒，比例差動保護定值為：差動啟動值為2.2A，平衡系數為0.72(以低壓側為基準)。

       3.5 保護裝置配置
　   主變保護裝置為重慶新世紀廠生產的EDCS-6120型差動保護，10kV線路為EDCS-6110型線路保護裝置。

　　EDCS-6120型單元的差動保護TA接線采用全Y形接法，主變原、付邊電流相角差采用軟件補償。

差動電流的計算公式為：
式中：為高壓側參與差動計算的電流相量，其計算方法與變壓器聯接組別有關。 為低壓側參與差動計算的電流相量，Kp為差動平衡系數，ΦS為相角補償，用于特殊聯接的變壓器。

　　差動平衡系數Kp的計算：差動平衡系數是微機差動保護中計算差動電流時，用以補償高、低壓側電流互感器變比不配合而產生的差動電流的一個系數。

以低壓側二次電流為基準，高壓側平衡系數KpG =35*15/1.732*10.5*40=0.724 

4、保護動作分析
　　通過事故現象，在#1主變差動保護動作跳閘的同時，10 kV華匯線路因速斷保護動作而跳閘，其跳閘時間與#1主變差動保護動作時間完全一致，故障相別為A、B相，該線路二次故障電流折算后與差動保護中10 kV側故障電流值非常接近，都約為1080A左右。事故后對10kV華匯線路巡線發現在約3km處有AB相短路故障。所以，認為主變比例差保護動作是由 10kV線路故障引起的。

      4.1事故后檢驗
　　由于可斷定是由10kV線路故障引起的差動保護，屬于變壓器區外故障，因此重點對差動保護裝置進行了全面的檢查分析。但防止大電流對變壓器的損傷，還是對變壓器進行絕緣和直阻的測試。查找具體方案：

　　A、檢查差動保護整定值，與定值通知單的數據相符。校核了平衡系數，在裝置內平衡系數定值設定為0.72時，兩側由電流互感器引起的不平衡正好補償。

　　B、對差動保護裝置按定值單進行了校驗，測試了動作值和動作時間，檢驗合格。

　　C、測量電流互感器的變比，在35kV側電流互感器一次側按相加電流45A，測得變比值為15，在10kV側電流互感器一次側按相加電流40A, 測得變比值為40。檢測結果，變比符合通知單要求。

　　D、測試電流回路二次側負載。高壓側二次電流回路每相負載為1.0歐，低壓側二次電流回路每相負載為0.2歐，三相負載均平衡，電流回路接觸良好。

　　E、檢查差動保護二次回路接線，按差動保護接線要求，高低壓兩側均接成星型接法，極性都由母線指向變壓器，接線正確，二次回路絕緣符合規程要求。

　　F、做差動保護傳動試驗，差動繼電器動作正確，微機發信號正確，保護出口繼電器跳兩側開關動作正確，保護裝置無誤動或拒動現象。

　　G、投入主變后帶負荷測試兩側電流及相位均正常，經過平衡后測試差流約為8mA，符合要求。

　　H、對主變壓器進行絕緣和直阻的測試，無異常。
　   以上各項目檢查全部合格，說明差動保護裝置及二次回路接線良好，主變壓器完好，未見有故障。

      4.2故障數據的分析
　　從10kV華匯線故障數據得出10kV線路AB兩相短路電流為Id=72.5*75/5=1087.5A，在差動 保護裝置中主變低壓側A相電流為Ia=26.8*200/5=1072A，高壓側A相電流為IA=12.1*75/5=181.5A，由此看出10kV線 路故障電流與低壓側電流約相等，拆算到高壓側電流應為IA高=1072*10.5/35=321.6A，拆算到二次側應為21.4A，很明顯高壓側電流沒 有正常傳變到二次側。

      4.3系統短路容量分析
　　根據以上常規的故障查找方法，均未查出明顯的問題。既然差動保護裝置各項檢查都合格，并且該主變從2002年投運到2009年，主變差動保護從未動作。為何從2010年開始在10kV線路故障引起動作了兩次？

　　通過對電網結構的分析，在2009年12月,隨我縣首座220kV站投運，系統的短路容量增大，是否與短路電流增大有關？通過短路電流的計算， 在2010年前35kV智華站10kV母線短路時流過主變高壓側電流約為370A；而隨網絡結構發生改變后，智華站10kV母線短路時流過主變高壓側電流 達到560A，短路電流明顯增大。是否由短路容量增大對電流互感器的影響？但從這兩次故障性質進行分析，都是因為10kV線路速斷動作引起的誤動，這可能 與電流互感器的飽和有關。

     4.4電流互感器接線檢查
　　因此，我們又查閱了關于電流互感器的10%誤差不滿足要求時可采用的的反事故措施：A、增大差動保護用電流互 感器二次回路電纜芯線截面,以減小電流互感器二次回路負載電阻。B、改善互感器特性，使用差動繼電器專用（D級）電流互感器。C、要適度增大主變電流互感 器變比，以減小電流互感器通過大電流時的飽和度。D、串接備用電流互感器使允許負載增加1倍。

　　根據這一反措原則，首先認為是高壓側二次負載1.0歐過大，因此更換了高壓側電流回路二次電纜線，由原2.5 mm2變為4.0 mm2，二次負載減為0.6歐。再是詳細檢查高壓側電流互感器，由于無測試儀器無法校驗10%誤差曲線，只有把內附電流互感器的六氟化硫開關面板拆開詳細 檢查（之前從未拆開檢查，不清楚理面還有是流互感器二次接線端子），發現廠家所接引出線有問題，從內置電流互感器的接線端子引出到開關內電流端子排的二次 線接線錯誤，把作為差動的D級繞組3K1-3K2接線端子誤接到電流互感器的1.0級繞組接線柱上，而端子排上已標明3K1-3K2作為差動保護用，這與 開關上銘牌標示完全一致。作為調試人員只是核對銘牌標示繞組3K1-3K2是否作為差動保護，并校核電流互感器的等級。而同樣的方法檢查10kV電流互感 器，由于電流互感器是是外露式，二次側及接線清楚，把10P10級作為差動保護，二次線較短，負載較小，沒有進行電纜更換。

      4.5電流互感器的飽和分析
　　在2010年之前, 電網系統短路容量較小，該站10kV線路較少，10kV線路近端短路幾率較少，短路電流不很大時，短路電流倍數相應較小。經計算，同樣是10kV線路 3KM處三相短路，流過高壓側電流互感器故障電流約250A，短路電流倍數為3.3倍，作為1.0級的電流互感器在負載為1.0歐時還能滿足10%誤差要 求，而低壓側短路電流倍數為5.8倍，負載僅0.2歐，主變差動保護就不會誤動。當系統短路容量增大后，假若同樣在10kV線路3KM處三相短路，流過高 壓側電流互感器故障電流約410A，短路電流倍數為5.5倍，作為1.0級的電流互感器在負載為1.0歐時極易進入飽和狀態，不能正常傳變電流，而低壓側 短路電流倍數為6.8倍，負載僅0.2歐，CT能正常傳變電流不致于飽和，因此產生較大的不平衡電流，造成差動保護動作。

      4.6電流互感器接線的處理
　　問題分析確認后，我們將開關內電流互感器把差動保護用的3K1-3K2接線端子改接在D級上，按銘牌進行改接后，端子排二次接線沒發生變化，這樣差動保護就改為真實的D級繞組。

      4.7防范措施
　　用于差動保護的電流互感器，應保證在變壓器正常負荷和差動保護范圍以外發生短路時，電流互感器變比誤差、角誤差都要符合 要求，要按最大短路電流校核10%誤差，使流進保護的差電流近似為零。但實際上甚至選用相同型號的電流互感器，其特性曲線也總是存在某種程度的差異。這是 由于鋼導磁體特性不同及裝配的情況不同所致。因此，使導磁體的磁阻改變，并使勵磁電流改變，這就出現了電流互感器的電流比誤差和角誤差。選用不同型號不同 容量的電流互感器，在二次負載和磁飽和程度不同時，對電流互感器誤差影響更大。

　　差動保護應選用電流互感器的準確等級為D級（具有較大的鐵芯截面），其變比要按最大短路電流校核，二次負載要按電流互感器10%誤差曲線選擇， 若變比較小，可將兩只串聯使用。串聯時，變比不變，每個線圈通過全部二次電流，可以增大電流互感器的輸出容量。電流互感器在投入運行前，應作極性和伏安特 性變比試驗，變比誤差不超過10%，角誤差不超過7度，并嚴格按10%誤差特性條件進行校驗。

　　結合網絡短路容量增大，對網絡所有差動保護電流互感器進行了全面校核，發現有三個站的差動電流互感器短路倍數增大較大，雖然差動保護接D級沒有 接線錯誤，還沒有導致誤動，但為了減小差動保護穩態和暫態的不平衡電流，還是更換了截面較大的二次電纜，減小了二次負載。經過近一年的運行，35kV智華 站同樣是10kV線路故障，并且速斷保護動作跳閘，再未發生主變差動保護誤動作。

5  故障結論
　　智華站主變差動保護裝置誤動，是由于系統網絡發生變化，短路容量增大較多，35kV側差動保護所用的六氟化硫斷路器內附 電流互感器的精度等級由廠家接線錯誤，等級選擇不當，當外部故障短路電流較大時，高壓側電流互感器已不滿足10%誤差曲線，不能正常傳變一次電流，出現不 平衡電流，引起差動保護誤動作。在故障查找中,不要輕易相信廠家的銘牌數據，要眼見為實，以實驗方法得出正確接線，相信廠家也有接線錯誤的可能。在出現故 障后要盡量收集設備參數的變化，要多留意網絡發生的變化，系統的短路容量變化后對保護的影響。當網絡短路容量發生變化后, 要高度重視校核電流互感器的10%誤差工作，防止因電流互感器飽和導致差動保護誤動作。