牽引變電所饋線雷擊引起主變差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)分析

李普前

（蘇州軌道交通有限公司，江蘇 蘇州 215101）

牽引供電系統(tǒng)中接觸網(wǎng)設(shè)備由于露天架設(shè)在室外，運(yùn)行環(huán)境惡劣，特別是在雷雨季節(jié)，接觸網(wǎng)極易遭受雷擊造成牽引變電所饋線保護(hù)動(dòng)作，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)鹱冸娝髯儾顒?dòng)保護(hù)誤動(dòng).本文針對(duì)2010年夏天，JH線某段因接觸網(wǎng)設(shè)備遭雷擊先后引發(fā)的A、B兩牽引變電所主變差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)，運(yùn)用保護(hù)理論，對(duì)兩起保護(hù)誤動(dòng)情況進(jìn)行分析，提出了預(yù)防此類故障的具體措施.

1 故障概況

2010年06月02日22時(shí)29分33秒603毫秒，A變電所1#主變跳閘，差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，自投成功.故障數(shù)據(jù)：高壓側(cè)Ubc=76.26 V，高壓側(cè)Ic=2.48 A，低壓側(cè)Iβ=2.48 A.

同時(shí)，214饋線斷路器跳閘，電流速斷保護(hù)動(dòng)作，重合閘成功.故障測(cè)距0.87 km，母線電壓2.06 kV，故障電流5208 A，阻抗1.1 Ω∠6.4°.

2010年06月23日07時(shí)25分13秒129毫秒，B變電所2#主變跳閘，差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，自投成功.故障數(shù)據(jù)：高壓側(cè)Ubc=86.68 V，高壓側(cè)Ic=2.78 A，低壓側(cè)Iβ=2.35 A.

同時(shí)，214饋線斷路器跳閘，電流速斷保護(hù)動(dòng)作，重合閘成功.故障測(cè)距2.25 km，母線電壓4.18 kV，故障電流4040 A，阻抗3.43 Ω∠66.9°.

跳閘時(shí)，上述A、B兩變電所區(qū)域均為雷雨天氣.

2 故障數(shù)據(jù)分析

2.1 主變保護(hù)原理簡(jiǎn)介

A、B兩站主變保護(hù)采用許繼集團(tuán)TA21型保護(hù)，保護(hù)原理與國(guó)內(nèi)主流廠家基本一致，采用平衡系數(shù)的方法補(bǔ)償各側(cè)二次電流，計(jì)算差動(dòng)電流和制動(dòng)電流來判斷故障.

TA21型主變保護(hù)裝置通過采集主變高壓側(cè)（Ic）和低壓側(cè)（Iβ）電流，利用平衡系數(shù)補(bǔ)償兩側(cè)二次電流的差異（平衡系數(shù)Kph=（高壓側(cè)CT變比×高壓側(cè)額定電壓）/（低壓側(cè)CT變比×低壓側(cè)額定電壓）），計(jì)算差動(dòng)電流和制動(dòng)電流（其中差動(dòng)電流Icd=Ic-Iβ/Kph，制動(dòng)電流Izd=Ic+Iβ/Kph），用來判斷主變是否存在短路故障.

主變正常運(yùn)行時(shí)，差動(dòng)電流幾乎為零，保護(hù)不動(dòng)作；主變內(nèi)部故障時(shí)，差動(dòng)電流很大，保護(hù)動(dòng)作.設(shè)置制動(dòng)電流是考慮到區(qū)外故障CT飽和現(xiàn)象的存在，保證區(qū)外故障時(shí)保護(hù)不會(huì)誤動(dòng).

由于主變受到?jīng)_擊時(shí)會(huì)產(chǎn)生很大的勵(lì)磁涌流，電流大小一般都會(huì)大于差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作值，考慮到涌流中包含了高次諧波分量，主變保護(hù)中都設(shè)有諧波制動(dòng)系數(shù)這個(gè)定值，一旦保護(hù)裝置檢測(cè)到差動(dòng)電流中諧波含量高于這個(gè)定值就閉鎖差動(dòng)保護(hù)，保證在主變送電時(shí)不會(huì)因?yàn)閯?lì)磁涌流的存在導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng).

2.2 主變數(shù)據(jù)

A變電所：主變型號(hào)S6-QY-20000+20000/110，高壓側(cè)CT變比300/1，低壓側(cè)CT變比1250/1，饋線CT變比800/1.

B變電所：主變型號(hào)S6-QY-20000+16000/110，高壓側(cè)CT變比400/1，低壓側(cè)CT變比1250/1，饋線CT變比1000/1.

2.3 保護(hù)定值

A變電所1#變：差動(dòng)電流整定值Idz=0.3 A，平衡系數(shù)Kph=0.96，二次諧波制動(dòng)系數(shù)15%.B變電所2#變：差動(dòng)電流整定值Idz=0.25 A，平衡系數(shù)Kph=1.28，二次諧波制動(dòng)系數(shù)15%.

根據(jù)主變參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，得到A變電所1#主變平衡系數(shù)為300×110 kV/（1250×27.5 kV）=0.96，B變電所2#主變平衡系數(shù)為400×110 kV/（1250×27.5 kV）=1.28，由此可知，A、B兩變電所跳閘的兩臺(tái)主變保護(hù)定值整定正確，不存在因保護(hù)定值整定錯(cuò)誤導(dǎo)致保護(hù)動(dòng)作的可能性.

2.4 故障數(shù)據(jù)分析

根據(jù)故障數(shù)據(jù)計(jì)算A變電所1#主變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作時(shí)的差動(dòng)電流為：

Icd=Ic-Iβ/Kph＝2.48-2.48/0.96=0.10 A.

計(jì)算結(jié)果表明差動(dòng)電流沒有達(dá)到1#主變差動(dòng)保護(hù)起動(dòng)值，差動(dòng)保護(hù)不應(yīng)該動(dòng)作.

根據(jù)故障數(shù)據(jù)計(jì)算B變電所2#主變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作時(shí)的差動(dòng)電流和制動(dòng)電流為：Icd=Ic-Iβ/Kph＝2.78-2.35/1.28=0.95 A，Izd=（2.78+2.35/1.28）/2=2.31 A.經(jīng)過分析，未到達(dá)比率差動(dòng)的動(dòng)作區(qū)，差動(dòng)保護(hù)不滿足動(dòng)作條件.

A、B兩變電所214饋線斷路器故障電流均超過電流速斷保護(hù)定值，饋線保護(hù)正確動(dòng)作.

3 故障錄波分析

使用波形分析軟件對(duì)A、B兩變電所主變差動(dòng)保護(hù)故障波形進(jìn)行分析，結(jié)果如圖1、圖2所示.

圖1 A所1#主變故障波形

圖2 B所2#主變故障波形

由故障波形可知：

（1）兩所高壓側(cè)電壓波形基本相似，均為正常的正弦波形，中間相Ubc電壓略有下降，沒有發(fā)生明顯的突變和畸變現(xiàn)象.（2）A變電所高壓側(cè)電流Ic、低壓側(cè)電流Iβ波形均發(fā)生了嚴(yán)重的畸變，故障電流中含有大量的高次諧波和直流分量.

（3）B變電所高壓側(cè)電流Ic為正常的正弦波形，低壓側(cè)電流Iβ波形則發(fā)生了較嚴(yán)重的畸變，且故障電流中含有較高的高次諧波和直流分量.

（4）兩所高壓側(cè)電流Ic中二次諧波含量較小，不足10%；低壓側(cè)電流Iβ中二次諧波含量較高，超過40%.

（5）通過保護(hù)廠家提供的軟件工具進(jìn)行分析，得知兩變電所主變保護(hù)動(dòng)作過程中，差動(dòng)電流由高壓側(cè)電流Ic和低壓側(cè)電流Iβ產(chǎn)生.

4 跳閘原因分析

（1）跳閘瞬間，兩所值班人員均聽到室外伴隨有強(qiáng)烈的雷電聲，且跳閘供電臂沒有電力機(jī)車運(yùn)行，可以確定雷擊接觸網(wǎng)是造成兩變電所饋線跳閘的直接原因.

（2）由于兩變電所饋線跳閘均為近端短路，短路電流非常大，且在雷電作用下，短路電流中產(chǎn)生了較大的直流分量，可能造成主變高低壓側(cè)CT飽和，差動(dòng)保護(hù)裝置中的電流采集系統(tǒng)也可能出現(xiàn)飽和現(xiàn)象.以上環(huán)節(jié)導(dǎo)致保護(hù)采集到的故障電流波形發(fā)生畸變.因高、低壓側(cè)電流波形畸變特性不同，主變差動(dòng)保護(hù)裝置通過計(jì)算得到較大的差流，造成主變差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng).

（3）兩變電所保護(hù)用電流互感器準(zhǔn)確度等級(jí)均為5P20級(jí)，上述饋線短路產(chǎn)生的故障電流不會(huì)造成CT飽和.在主變差動(dòng)保護(hù)裝置試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)流入交流插件的電流中含有較大的直流分量時(shí)，插件中的電流變換器會(huì)出現(xiàn)飽和現(xiàn)象，電流波形會(huì)發(fā)生畸變.

（4）由于跳閘報(bào)告上的數(shù)值均為有效值，在電流波形發(fā)生畸變的情況下，采用有效值計(jì)算得出的差流值，未考慮相位及其他影響，與保護(hù)裝置計(jì)算出來的差流值存在較大的誤差.這就是A、B兩變電所根據(jù)跳閘數(shù)據(jù)進(jìn)行人工分析，沒有達(dá)到差動(dòng)動(dòng)作條件的原因.

（5）由于故障時(shí)主變主保護(hù)裝置中高壓側(cè)電流二次諧波含量較小，不足10%，故比率差動(dòng)保護(hù)二次諧波閉鎖未啟動(dòng).通過離散分析，發(fā)現(xiàn)故障時(shí)主變低壓側(cè)差電流的二次諧波含量仍較大，超過了二次諧波閉鎖整定值.

5 改進(jìn)措施

（1）更換主變保護(hù)裝置交流采集模塊，增強(qiáng)電流變換器的抗飽和能力，消除區(qū)外故障時(shí)因直流分量引起的波形畸變.

（2）要求保護(hù)廠家更改保護(hù)邏輯，改進(jìn)主變保護(hù)比率差動(dòng)二次諧波閉鎖判據(jù)，由高壓側(cè)二次諧波閉鎖改為高低壓側(cè)差流二次諧波閉鎖，增強(qiáng)外部故障時(shí)比率差動(dòng)保護(hù)的二次諧波閉鎖能力，提高保護(hù)裝置動(dòng)作的可靠性.

采用上述改進(jìn)措施后，各牽引變電所饋線因雷擊發(fā)生短路故障后，主變比率差動(dòng)保護(hù)均未出現(xiàn)誤動(dòng)作現(xiàn)象，收到較好的效果.

6 結(jié)束語(yǔ)

隨著牽引供電系統(tǒng)的發(fā)展，微機(jī)保護(hù)裝置得到廣泛應(yīng)用，保護(hù)裝置的硬件水平不斷提高，多種保護(hù)原理綜合運(yùn)用，保護(hù)裝置的可靠性、靈敏性和精確性明顯提高.但在實(shí)際運(yùn)行中，牽引所變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)現(xiàn)象仍時(shí)有發(fā)生，因此，要不斷完善系統(tǒng)功能，提高裝置采樣精度，積極采取措施預(yù)防區(qū)外故障引起的保護(hù)誤動(dòng)，提高保護(hù)裝置動(dòng)作的可靠性.

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