數(shù)字式變壓器差動保護誤動分析及防范措施

鄧子偉

（南寧化工股份有限公司，廣西 南寧 530031）

數(shù)字式變壓器差動保護誤動分析及防范措施

鄧子偉

（南寧化工股份有限公司，廣西 南寧 530031）

通過對一起主變差動保護誤動原因的分析，介紹了HN-2042型數(shù)字式變壓器差動保護電流相位校正和幅值平衡補償?shù)幕驹?，對誤動原因進行了定性分析和定量計算，從技術(shù)和管理方面提出了防范措施。

數(shù)字式變壓器；差動保護；相位校正；幅值平衡；平衡系數(shù)

差動保護是電力變壓器的主保護，對保證變壓器安全運行具有極其重要的作用。為提高差動保護正確動作率，除選好保護設(shè)備外，還需做好施工設(shè)計、整定計算、現(xiàn)場安裝調(diào)試等一系列技術(shù)和管理工作，如果這些工作稍有疏忽，就可能造成差動保護誤動或拒動。

1 裝置概況

某所堿廠變電站采用2臺35kV三相雙繞組有載調(diào)壓油浸式降壓電力變壓器，額定容量為6300kVA，額定電壓為（36.5±3）×2.5%kV/10.5 kV，接線組別為Y，d11，變壓器額定電流為 99.7 A/346.4 A。1#、2# 主變的有關(guān)技術(shù)參數(shù)及計算數(shù)據(jù)見表1。

主變主保護采用HN-2042型數(shù)字式變壓器差動保護裝置，保護功能的主要配置有：差動速斷與比例差動保護；CT斷線檢測與諧波制動功能：故障錄波功能；可設(shè)置高、低壓側(cè)電流的額定值與變壓器接線方式， 支持變壓器 Y/△-11、Y/△-01、Y/Y-12 型接線方式。變壓器的接線組別和與之相對應(yīng)的接線方式設(shè)置值見表2。

HN-2042型主變差動保護裝置保護定值表見表3。

2 事故過程及初步調(diào)查

該35 kV變電站于2010年10月建成，安裝調(diào)試完畢后，在空載及輕載運行過程中，2臺主變均運行正常，運行方式為1#主變運行、2#主變備用。在工廠動力系統(tǒng)調(diào)試過程中，動力負荷容量逐步增加，大于一定容量時，1#主變壓器發(fā)生差動保護動作故障，兩側(cè)開關(guān)跳閘。在退出1#主變后，投入2#主變運行，2#主變也發(fā)生同樣的故障。經(jīng)調(diào)出1#、2#主變差動保護故障采樣報告，發(fā)現(xiàn)差動電流值均為0.13 A，超過差動保護整定最小動作電流0.1A的定值。通過對現(xiàn)場運行人員了解，在1#、2#主變差動保護動作跳閘的時段，廠內(nèi)下級各變電所均無異常。根據(jù)現(xiàn)場檢查情況和對故障采樣報告的數(shù)值分析，考慮到1#、2#主變是新投運的變壓器，初步判斷變壓器本身應(yīng)沒有問題，1#、2#主變差動保護可能是繼電保護裝置誤動作。

表2 變壓器接線組別和接線方式設(shè)置值對應(yīng)表

表3 主變差動保護裝置保護定值表

3 事故診斷

故障發(fā)生后，對1#、2#主變本體及保護裝置進行如下檢查。

（1）在瓦斯繼電器內(nèi)未發(fā)現(xiàn)明顯氣體。

（2）取主變本體油樣，進行色譜分析，并與投運前油樣相比較，無明顯變化。

（3）檢查油溫及冷卻器溫度，前后無明顯變化。

（4）進行預(yù)試，絕緣電阻、吸收比、介質(zhì)損失因數(shù)、泄漏電流等均符合規(guī)程要求，同投運驗收數(shù)據(jù)相比較，無大的變化。

（5）對差動保護用電流互感器做伏安特性試驗，其10%誤差曲線滿足要求。

（6）差動回路接線檢查，其差動二次回路無斷線，開路，端子緊固，說明其接線完好，二次回路接線符合設(shè)計及繼電保護裝置的接線要求。

（7）復(fù)核繼電保護裝置保護定值，符合要求。

根據(jù)以上檢查分析，排除了變壓器本體故障引起主變差動保護動作，或主變差動保護裝置二次回路接線錯誤引起繼電保護裝置誤動作的可能。

（8）對運行數(shù)據(jù)進行監(jiān)控時，發(fā)現(xiàn)高低壓側(cè)差電流在正常運行情況下不能平衡，且差動電流隨著變壓器負荷的增加而增大，當(dāng)變壓器高壓側(cè)一次電流為24 A時，二次電流為0.08 A，低壓側(cè)一次電流為83A時，二次電流為0.138A，此時差電流達0.04A。進一步調(diào)查后發(fā)現(xiàn)，因10 kV開關(guān)母線相序排列的影響，施工單位在施工中，將變壓器的低壓側(cè)出線a接10kV開關(guān)的c相，變壓器的低壓側(cè)出線c接10kV開關(guān)的a相，同時，將對主變高壓側(cè)進線進行調(diào)相，將A、C相對調(diào)，由此分析可能是因為一次接線相序的變化，導(dǎo)致差動保護裝置進行相位校正有誤，從而導(dǎo)致主變差動保護誤動作。

4 HN-2042型數(shù)字式變壓器差動保護電流相位校正和幅值平衡補償原理

HN-2042型數(shù)字式變壓器差動保護裝置根據(jù)配置的參數(shù)能自動適應(yīng)電流值的顯示以及調(diào)整CT斷線的判斷公式。裝置根據(jù)高、低壓側(cè)電流的額定值的比值與變壓器的接線方式，自動調(diào)整低壓側(cè)電流的相位，將差電流與制動電流全部折算成與高壓側(cè)電流同一等級，折算系數(shù)K=高壓側(cè)額定值/低壓側(cè)額定值 （INh/INl），差電流 Icd=|Ih+K×Il∠?|，制動電流Ires=|Ih-K×Il∠?|/2。

式中，INh、INl分別為變壓器高壓側(cè)、低壓側(cè)二次額定電流；Ih、Il分別為變壓器高壓側(cè)、低壓側(cè)二次電流；∠?代表將低壓側(cè)電流相位調(diào)整成與高壓側(cè)電流相差 180°。

若某一模擬量的測量結(jié)果與期望值有偏差時可使用 “系數(shù)微調(diào)”功能進行細微調(diào)整以達到精度要求，調(diào)整后結(jié)果=調(diào)整前結(jié)果×K （0.9≤K≤1.1），調(diào)整時，差電流與制動電流同時變化。

在HN-2042型數(shù)字式變壓器差動保護中，各側(cè)二次電流幅值的平衡補償也由軟件完成，保護裝置根據(jù)變壓器高、低壓側(cè)額定電流的二次電流值與變壓器的接線方式自動進行平衡系數(shù)的計算，通過軟件進行Y/△轉(zhuǎn)換及電流幅值平衡系數(shù)調(diào)整。低壓側(cè)平衡系數(shù)的計算均以高壓側(cè)二次電流為基準(zhǔn)。

在進行電流幅值平衡補償時，分別將高、低壓側(cè)二次相電流與相應(yīng)的平衡系數(shù)相乘。差動電流的有關(guān)運算都是在電流相位校正和幅值平衡補償后的基礎(chǔ)上進行的。

由式K=INh/INl和主變技術(shù)參數(shù)，可以求得：

K=（99.7/300）/（346.4/600）=0.576

若變壓器各側(cè)電流互感器均按照星形接線，K值由軟件自動計算，就可以實現(xiàn)差動保護電流回路相位校正和幅值平衡補償?shù)墓δ?。差動保護其他定值可以按保護裝置的使用說明書進行計算和現(xiàn)場整定。

5 事故分析

對保護裝置現(xiàn)場安裝和定值整定計算情況進行調(diào)查。從現(xiàn)場了解到，施工圖是按照差動保護裝置的接線要求把變壓器高、低壓側(cè)電流互感器二次均采用星形接線，二次電流直接接入保護裝置，高、低壓電流互感器極性都以指向變壓器為同極性端。整定計算按廠家使用說明書要求和主變Y/△-11的接線組別，選定KMD值為“11”進行整定設(shè)置。但因現(xiàn)場的一次部分施工中，由于變壓器和10 kV開關(guān)柜的布置方式導(dǎo)致變壓器低壓側(cè)出線與10 kV進線柜間的硬母線按正序連接困難，在實際施工中，已將變壓器的低壓側(cè)出線a接10 kV開關(guān)的c相，變壓器的低壓側(cè)出線c接10 kV開關(guān)的a相，同時，為保證高低壓相序一致，將對主變高壓側(cè)進線進行調(diào)相，將A、C相對調(diào)，一次系統(tǒng)接線方式見圖1。

按圖1的接線方式，與正常的接線方式已有差異，電壓、電流的對稱分量在經(jīng)過變壓器后，可能會發(fā)生相位移動。

對于Y/△-11接線組別的變壓器，當(dāng)在Y側(cè)施加正序電流時，△側(cè)的線電流超前Y側(cè)的線電流30°，兩側(cè)電流正序分量的相位關(guān)系見圖2。

對于常見的接線組別為Y，d11的變壓器，按表1的規(guī)定，接線方式應(yīng)選為“11”，其實質(zhì)是利用軟件對變壓器△側(cè)二次相電流進行如下相位補償運算。

設(shè)三角形側(cè)二次相電流為 ia2、ib2、ic2，相位校正后的電流為 iar、ibr、icr，則三角形相位校正關(guān)系式為：

從式（1）可以看出，接線方式KMD值取為“11”所起的作用就是將△側(cè)（10kV側(cè)）各相二次電流相位向滯后方向移30°，而幅值保持不變。這樣做的目的是使移相后的△側(cè)二次電流同Y側(cè)二次電流相位相反，起到相位校正的作用。

根據(jù)圖3的電流分量相位關(guān)系，保護裝置軟件按式（1）進行相位校正，可以計算出差電流：

對于Y/△-11接線組別的變壓器，當(dāng)按圖2方式接線后，由于變壓器一次側(cè)接線的調(diào)相原因，實際上是在變壓器的Y側(cè)施加負序電流，電流分量經(jīng)過Y/△-11接線組別的變壓器后，相位發(fā)生變換，△側(cè)的線電流滯后Y側(cè)的線電流30°，變壓器兩側(cè)電流的分量相位關(guān)系郵圖3。

現(xiàn)場進行定值整定時，僅考慮到變壓器高低壓電流互感器的二次接線方式和變壓器的連接組別銘牌參數(shù)為Y/△-11，按差動保護裝置的使用說明要求，將接線方式值整定為“11”。因△側(cè)的線電流本來就滯后Y側(cè)的線電流30°，當(dāng)利用裝置軟件的自動校正功能，仍按式（1）進行相位調(diào)整，將△側(cè)（10kV側(cè)）各相二次電流相位向滯后方向移30°后，雖幅值保持不變，但移相后的△側(cè)二次電流實際滯后Y側(cè)二次電流相位60°，達不到相位校正的作用。保護裝置軟件依整定值要求可以計算出差電流：

由上述的計算結(jié)果可以看出，差電流Icd達到高壓側(cè)二次電流Ih的一半，并隨負荷的增加而增大，軟件起不到相位校正和幅值平衡補償?shù)淖饔?，致使高低壓?cè)差電流在正常運行情況下就不能平衡，當(dāng)差電流超過差動保護動作整定值時（Icd>Iop），使保護出口動作，主變兩側(cè)開關(guān)跳閘，從而造成差動保護誤動作。

根據(jù)差動保護動作條件Icd=0.5Ih>Iop可知，當(dāng)Ih>2Iop=2×0.1=0.2 A時，差動保護裝置將動作，即變壓器的負荷率β>In/INh=0.2/0.33=0.61=61%時，差動保護裝置就會動作，使主變兩側(cè)開關(guān)跳閘，主變根本無法達到滿負荷運行。

根據(jù)圖4的電流分量相位關(guān)系，可以看出該變壓器的接線方式已變成Y/△-1接線組別。設(shè)△側(cè)二次相電流為 ia2、ib2、ic2，相位校正后的電流為 iar、ibr、icr，則三角形相位校正關(guān)系式為：

從式（2）可以看出，相位校正的作用應(yīng)將△側(cè)（10 kV側(cè)）各相二次電流相位向超前方向移30°，而幅值保持不變，使移相后的△側(cè)二次電流同Y側(cè)二次電流相位相反，起到相位校正的作用。

根據(jù)圖4的電流分量相位關(guān)系，當(dāng)保護裝置按變壓器的接線方式為Y/△-1接線組別設(shè)定時，裝置軟件按式（2）進行相位校正，計算差電流：

6 事故分析結(jié)論

電壓、電流對稱分量經(jīng)過變壓器后，可能會發(fā)生相位移動，相位移動的方向、大小取決于變壓器繞組的連接組別，并且正序分量和負序分量的相位移動還可能不同。由圖3中電流分量的相位關(guān)系可以看出，△側(cè)電流相位滯后Y側(cè)二次電流相位30°，對于Y/△-11接線組別的變壓器，實際上是在變壓器的Y側(cè)A、C相對調(diào)后，向變壓器施加了負序電流，變壓器的接線組別實際上變成了Y/△-1，相應(yīng)的保護整定中的接線方式值應(yīng)整定為“01”，利用裝置軟件的自動校正功能，將△側(cè)（10 kV側(cè)）各相二次電流相位向超前方向移30°，而幅值保持不變，使移相后的△側(cè)二次電流同Y側(cè)二次電流相位相反，起到相位校正和幅值平衡補償?shù)淖饔谩?/p>

7 防止主變差動保護誤動作的措施

（1）對于新建變電站和改造變電站會造成主變保護誤動的情況，應(yīng)嚴格按照國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、文件或者廠家說明書執(zhí)行，每一個流程均需要嚴格把關(guān)，特別是主變初次投運，一定要帶負荷查看差電流，根據(jù)現(xiàn)場負荷情況再適當(dāng)調(diào)整定值。

（2）繼電保護施工設(shè)計人員應(yīng)仔細閱讀保護裝置的技術(shù)說明書，熟悉裝置對二次接線的基本要求，在此基礎(chǔ)上正確地設(shè)計出二次回路接線原理圖，不能憑經(jīng)驗，套圖紙。

（3）現(xiàn)場施工人員，應(yīng)當(dāng)在施工前先熟悉保護裝置的基本原理，再核對施工圖是否與裝置的接線要求一致。若不滿足要求，要向設(shè)計人員詢問或向技術(shù)管理部門匯報，以保證接線正確。當(dāng)現(xiàn)場改變保護定值時，要經(jīng)過嚴格的計算、校核和審批程序，決不能隨意變更。

（4）在數(shù)字式變壓器差動保護定值選取和計算時，要特別注意變壓器一次接線的相序關(guān)系、各側(cè)電流互感器二次接線方式，只有在變壓器一次接線按正相序連接、各側(cè)電流互感器均為星形接線且都以指向變壓器為同極性端的情況下，才能根據(jù)變壓器的接線組別選取KMD值和計算平衡系數(shù)，當(dāng)其中某個條件改變后，這些整定值要做相應(yīng)的調(diào)整。

（5）保護裝置生產(chǎn)廠家在編寫技術(shù)（使用）說明書時，應(yīng)當(dāng)把裝置對二次回路接線要求，變壓器接線型式KMD取值方法，平衡系數(shù)、相位校正等計算公式之間的相互關(guān)系敘述得更為詳細些。

Analysis of misoperation of digital differential protection for transformer and countermeasure

DENG Zi-wei
(Nanning Chemical Co.,Ltd.,Nanning 530031,China)

According to the analysis of reasons of misoperation of differential protection,the basic principles of HN-2042 digital differential protection for transformer current phase correction and balance makeup of amplitude were introduced.Reasons of misoperation was analysed and calculated.The countermeasures were put forward from technology and management.

digital transfomer;differential protection;phase correction;amplitude balance;balance coefficient

TM461

B

1009－1785(2011)10-0024-04

2011-08-26