關(guān)于昆明地鐵某主變電所主變壓器差動保護(hù)選擇性缺失的故障分析

袁偉　楊振宇

摘 要：昆明地鐵某主變電所自投產(chǎn)以來，在1月21日3點37分、4月25日15點27分兩次發(fā)生區(qū)外單相對地短路故障，穿越至主變電所引起主變壓器差動保護(hù)誤動作跳閘，嚴(yán)重影響地鐵供電系統(tǒng)的正常運行。通過對保護(hù)配置及各次誤動作時錄波數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后認(rèn)為，主變壓器一次接線及保護(hù)配置之間存在的設(shè)計缺陷、繼電保護(hù)選擇性缺失是導(dǎo)致出現(xiàn)誤動作的直接原因。

關(guān)鍵詞：電力；地鐵；差動保護(hù)

由于地鐵主變電所承擔(dān)著整個供電區(qū)域的供電任務(wù)，一旦發(fā)生故障將對地鐵運營秩序造成大面積的影響，因此對主變電所的可靠性要求非常高，一旦故障停運將影響本線路供電及車站，后果不堪設(shè)想。

該線路主變電所于1月21日凌晨3點37分發(fā)生區(qū)外環(huán)網(wǎng)電纜盜割造成單相接地短路，1號110kv主變壓器差動保護(hù)跳閘。環(huán)網(wǎng)電纜單相接地短路屬于主變電所外部故障，主變壓器差動保護(hù)不應(yīng)動作，現(xiàn)就主變差動誤動作原因進(jìn)行分析。

1 設(shè)備基本情況

該主變電所兩臺110kv主變壓器，單臺容量25MVA，YnD11聯(lián)接，短路阻抗10.5%（分接頭位于中間檔），正常運行時110kv側(cè)中性點不接地，35kv側(cè)通過T接接地變壓器經(jīng)小電阻（20Ω）接地。兩臺主變分列運行，互為備用。35kv采用單母線分段接線方式，兩段母線間通過母聯(lián)斷路器互聯(lián)。每段母線設(shè)置兩回出線，為車站（區(qū)間）變電所供電。

110kv主變壓器差動保護(hù)采用南自PST1261A微機保護(hù)裝置，該裝置對主變高壓側(cè)電流和低壓側(cè)電流進(jìn)行采樣，其中高壓側(cè)差動CT位于110kv GIS內(nèi)，變比600/1，保護(hù)級5P40；低壓側(cè)差動CT位于35kv GIS柜內(nèi)（301一號主變進(jìn)線柜），變比800/1，保護(hù)級5P40，差動保護(hù)CT接線均采用星型接法，極性均指向母線側(cè)，由差動保護(hù)裝置進(jìn)行星/三角校正。

2 故障分析

為分析系統(tǒng)發(fā)生單相接地短路時系統(tǒng)電流電壓分布情況，采用對稱分量法進(jìn)行簡化計算。計算前對系統(tǒng)進(jìn)行如下簡化：

2.1 由于事發(fā)當(dāng)時系統(tǒng)負(fù)荷較小，暫不考慮母線上其他負(fù)荷對各序網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的影響。

2.2 主變壓器、接地變壓器阻抗僅考慮感性電抗，不考慮電阻。

2.3 不考慮短路點的接地阻抗，且由于短路計算中主變漏抗及接地變接地阻抗較大，因此忽略電纜對地分布導(dǎo)納及電纜阻抗。

采用對稱分量法建立計算模型，得下圖所示電路：

設(shè)系統(tǒng)為A短路，則短路點A相三序合成電壓為零，B、C相短路點合成三序電流為零，得下用三序?qū)ΨQ分量表示的短路邊界條件，其中a為復(fù)數(shù)算子，a=ej120，a2+a+1=0。

根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備相應(yīng)參數(shù)，由上述各式計算可得零序電流234A。因為計算未考慮阻抗網(wǎng)絡(luò)中的電阻、變電所接地網(wǎng)接地電阻值、110kv電源容量，該計算值應(yīng)略大于實際發(fā)生單相短路的零序電流值。

由于變壓器高壓側(cè)星接，低壓側(cè)三角接，南自PST1261A微機保護(hù)裝置內(nèi)采用軟件算法對相位進(jìn)行修正，差動電流的計算公式如下：

其中：Idiffa、Idiffb、Idiffc為A、B、C相差流；

Iah、Ibh、Ich為高壓側(cè)A、B、C采樣電流；

Ial、Ibl、Icl為低壓側(cè)A、B、C采樣電流；

0.577是高壓側(cè)的平衡系數(shù)，0.4242是低壓側(cè)平衡系數(shù)。

由于35kv側(cè)接地變壓器與主變低壓側(cè)采用T型接法，因此主變低壓側(cè)A、B、C三相采樣到的電流和實際低壓側(cè)電流之間的關(guān)系為：

其中變壓器在無內(nèi)部故障的情況下，若忽略電流互感器的不平衡電流，上式中有：

上式表明，在變壓器無內(nèi)部故障的情況下，通過接地變壓器的零序電流微機保護(hù)裝置計算后會被錯認(rèn)為變壓器的差動電流分量。

變壓器的差動保護(hù)中比例制動特性如下圖所示，其中Icd為差動電流定值，Izd為制動電流定值（軟件默認(rèn)為高壓側(cè)額定電流）。

3 結(jié)束語

該主變電所由于在主變壓器低壓側(cè)T接接地變壓器，正常時由于接地變壓器電流很小，不會對保護(hù)裝置造成干擾。但當(dāng)系統(tǒng)中零序分量增大時，該零序電流流經(jīng)接地變壓器經(jīng)小電阻入地，主變差動保護(hù)裝置計算差動電流時會出現(xiàn)零序分量，當(dāng)該分量達(dá)到一定量值時，即使主變壓器無故障，差動保護(hù)裝置也將動作。由于主變差動速斷保護(hù)無延時，一旦差流超過整定值將立刻出口，無法通過時限配合來實現(xiàn)保護(hù)的選擇性。因此當(dāng)區(qū)外發(fā)生單相接地故障時，采用接地變T接主變壓器低壓側(cè)方式存在差動保護(hù)誤動作跳閘的可能性。endprint

摘 要：昆明地鐵某主變電所自投產(chǎn)以來，在1月21日3點37分、4月25日15點27分兩次發(fā)生區(qū)外單相對地短路故障，穿越至主變電所引起主變壓器差動保護(hù)誤動作跳閘，嚴(yán)重影響地鐵供電系統(tǒng)的正常運行。通過對保護(hù)配置及各次誤動作時錄波數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后認(rèn)為，主變壓器一次接線及保護(hù)配置之間存在的設(shè)計缺陷、繼電保護(hù)選擇性缺失是導(dǎo)致出現(xiàn)誤動作的直接原因。

關(guān)鍵詞：電力；地鐵；差動保護(hù)

由于地鐵主變電所承擔(dān)著整個供電區(qū)域的供電任務(wù)，一旦發(fā)生故障將對地鐵運營秩序造成大面積的影響，因此對主變電所的可靠性要求非常高，一旦故障停運將影響本線路供電及車站，后果不堪設(shè)想。

該線路主變電所于1月21日凌晨3點37分發(fā)生區(qū)外環(huán)網(wǎng)電纜盜割造成單相接地短路，1號110kv主變壓器差動保護(hù)跳閘。環(huán)網(wǎng)電纜單相接地短路屬于主變電所外部故障，主變壓器差動保護(hù)不應(yīng)動作，現(xiàn)就主變差動誤動作原因進(jìn)行分析。

1 設(shè)備基本情況

該主變電所兩臺110kv主變壓器，單臺容量25MVA，YnD11聯(lián)接，短路阻抗10.5%（分接頭位于中間檔），正常運行時110kv側(cè)中性點不接地，35kv側(cè)通過T接接地變壓器經(jīng)小電阻（20Ω）接地。兩臺主變分列運行，互為備用。35kv采用單母線分段接線方式，兩段母線間通過母聯(lián)斷路器互聯(lián)。每段母線設(shè)置兩回出線，為車站（區(qū)間）變電所供電。

110kv主變壓器差動保護(hù)采用南自PST1261A微機保護(hù)裝置，該裝置對主變高壓側(cè)電流和低壓側(cè)電流進(jìn)行采樣，其中高壓側(cè)差動CT位于110kv GIS內(nèi)，變比600/1，保護(hù)級5P40；低壓側(cè)差動CT位于35kv GIS柜內(nèi)（301一號主變進(jìn)線柜），變比800/1，保護(hù)級5P40，差動保護(hù)CT接線均采用星型接法，極性均指向母線側(cè)，由差動保護(hù)裝置進(jìn)行星/三角校正。

2 故障分析

為分析系統(tǒng)發(fā)生單相接地短路時系統(tǒng)電流電壓分布情況，采用對稱分量法進(jìn)行簡化計算。計算前對系統(tǒng)進(jìn)行如下簡化：

2.1 由于事發(fā)當(dāng)時系統(tǒng)負(fù)荷較小，暫不考慮母線上其他負(fù)荷對各序網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的影響。

2.2 主變壓器、接地變壓器阻抗僅考慮感性電抗，不考慮電阻。

2.3 不考慮短路點的接地阻抗，且由于短路計算中主變漏抗及接地變接地阻抗較大，因此忽略電纜對地分布導(dǎo)納及電纜阻抗。

采用對稱分量法建立計算模型，得下圖所示電路：

設(shè)系統(tǒng)為A短路，則短路點A相三序合成電壓為零，B、C相短路點合成三序電流為零，得下用三序?qū)ΨQ分量表示的短路邊界條件，其中a為復(fù)數(shù)算子，a=ej120，a2+a+1=0。

根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備相應(yīng)參數(shù)，由上述各式計算可得零序電流234A。因為計算未考慮阻抗網(wǎng)絡(luò)中的電阻、變電所接地網(wǎng)接地電阻值、110kv電源容量，該計算值應(yīng)略大于實際發(fā)生單相短路的零序電流值。

由于變壓器高壓側(cè)星接，低壓側(cè)三角接，南自PST1261A微機保護(hù)裝置內(nèi)采用軟件算法對相位進(jìn)行修正，差動電流的計算公式如下：

其中：Idiffa、Idiffb、Idiffc為A、B、C相差流；

Iah、Ibh、Ich為高壓側(cè)A、B、C采樣電流；

Ial、Ibl、Icl為低壓側(cè)A、B、C采樣電流；

0.577是高壓側(cè)的平衡系數(shù)，0.4242是低壓側(cè)平衡系數(shù)。

由于35kv側(cè)接地變壓器與主變低壓側(cè)采用T型接法，因此主變低壓側(cè)A、B、C三相采樣到的電流和實際低壓側(cè)電流之間的關(guān)系為：

其中變壓器在無內(nèi)部故障的情況下，若忽略電流互感器的不平衡電流，上式中有：

上式表明，在變壓器無內(nèi)部故障的情況下，通過接地變壓器的零序電流微機保護(hù)裝置計算后會被錯認(rèn)為變壓器的差動電流分量。

變壓器的差動保護(hù)中比例制動特性如下圖所示，其中Icd為差動電流定值，Izd為制動電流定值（軟件默認(rèn)為高壓側(cè)額定電流）。

3 結(jié)束語

該主變電所由于在主變壓器低壓側(cè)T接接地變壓器，正常時由于接地變壓器電流很小，不會對保護(hù)裝置造成干擾。但當(dāng)系統(tǒng)中零序分量增大時，該零序電流流經(jīng)接地變壓器經(jīng)小電阻入地，主變差動保護(hù)裝置計算差動電流時會出現(xiàn)零序分量，當(dāng)該分量達(dá)到一定量值時，即使主變壓器無故障，差動保護(hù)裝置也將動作。由于主變差動速斷保護(hù)無延時，一旦差流超過整定值將立刻出口，無法通過時限配合來實現(xiàn)保護(hù)的選擇性。因此當(dāng)區(qū)外發(fā)生單相接地故障時，采用接地變T接主變壓器低壓側(cè)方式存在差動保護(hù)誤動作跳閘的可能性。endprint

摘 要：昆明地鐵某主變電所自投產(chǎn)以來，在1月21日3點37分、4月25日15點27分兩次發(fā)生區(qū)外單相對地短路故障，穿越至主變電所引起主變壓器差動保護(hù)誤動作跳閘，嚴(yán)重影響地鐵供電系統(tǒng)的正常運行。通過對保護(hù)配置及各次誤動作時錄波數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后認(rèn)為，主變壓器一次接線及保護(hù)配置之間存在的設(shè)計缺陷、繼電保護(hù)選擇性缺失是導(dǎo)致出現(xiàn)誤動作的直接原因。

關(guān)鍵詞：電力；地鐵；差動保護(hù)

由于地鐵主變電所承擔(dān)著整個供電區(qū)域的供電任務(wù)，一旦發(fā)生故障將對地鐵運營秩序造成大面積的影響，因此對主變電所的可靠性要求非常高，一旦故障停運將影響本線路供電及車站，后果不堪設(shè)想。

該線路主變電所于1月21日凌晨3點37分發(fā)生區(qū)外環(huán)網(wǎng)電纜盜割造成單相接地短路，1號110kv主變壓器差動保護(hù)跳閘。環(huán)網(wǎng)電纜單相接地短路屬于主變電所外部故障，主變壓器差動保護(hù)不應(yīng)動作，現(xiàn)就主變差動誤動作原因進(jìn)行分析。

1 設(shè)備基本情況

該主變電所兩臺110kv主變壓器，單臺容量25MVA，YnD11聯(lián)接，短路阻抗10.5%（分接頭位于中間檔），正常運行時110kv側(cè)中性點不接地，35kv側(cè)通過T接接地變壓器經(jīng)小電阻（20Ω）接地。兩臺主變分列運行，互為備用。35kv采用單母線分段接線方式，兩段母線間通過母聯(lián)斷路器互聯(lián)。每段母線設(shè)置兩回出線，為車站（區(qū)間）變電所供電。

110kv主變壓器差動保護(hù)采用南自PST1261A微機保護(hù)裝置，該裝置對主變高壓側(cè)電流和低壓側(cè)電流進(jìn)行采樣，其中高壓側(cè)差動CT位于110kv GIS內(nèi)，變比600/1，保護(hù)級5P40；低壓側(cè)差動CT位于35kv GIS柜內(nèi)（301一號主變進(jìn)線柜），變比800/1，保護(hù)級5P40，差動保護(hù)CT接線均采用星型接法，極性均指向母線側(cè)，由差動保護(hù)裝置進(jìn)行星/三角校正。

2 故障分析

為分析系統(tǒng)發(fā)生單相接地短路時系統(tǒng)電流電壓分布情況，采用對稱分量法進(jìn)行簡化計算。計算前對系統(tǒng)進(jìn)行如下簡化：

2.1 由于事發(fā)當(dāng)時系統(tǒng)負(fù)荷較小，暫不考慮母線上其他負(fù)荷對各序網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的影響。

2.2 主變壓器、接地變壓器阻抗僅考慮感性電抗，不考慮電阻。

2.3 不考慮短路點的接地阻抗，且由于短路計算中主變漏抗及接地變接地阻抗較大，因此忽略電纜對地分布導(dǎo)納及電纜阻抗。

采用對稱分量法建立計算模型，得下圖所示電路：

設(shè)系統(tǒng)為A短路，則短路點A相三序合成電壓為零，B、C相短路點合成三序電流為零，得下用三序?qū)ΨQ分量表示的短路邊界條件，其中a為復(fù)數(shù)算子，a=ej120，a2+a+1=0。

根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備相應(yīng)參數(shù)，由上述各式計算可得零序電流234A。因為計算未考慮阻抗網(wǎng)絡(luò)中的電阻、變電所接地網(wǎng)接地電阻值、110kv電源容量，該計算值應(yīng)略大于實際發(fā)生單相短路的零序電流值。

由于變壓器高壓側(cè)星接，低壓側(cè)三角接，南自PST1261A微機保護(hù)裝置內(nèi)采用軟件算法對相位進(jìn)行修正，差動電流的計算公式如下：

其中：Idiffa、Idiffb、Idiffc為A、B、C相差流；

Iah、Ibh、Ich為高壓側(cè)A、B、C采樣電流；

Ial、Ibl、Icl為低壓側(cè)A、B、C采樣電流；

0.577是高壓側(cè)的平衡系數(shù)，0.4242是低壓側(cè)平衡系數(shù)。

由于35kv側(cè)接地變壓器與主變低壓側(cè)采用T型接法，因此主變低壓側(cè)A、B、C三相采樣到的電流和實際低壓側(cè)電流之間的關(guān)系為：

其中變壓器在無內(nèi)部故障的情況下，若忽略電流互感器的不平衡電流，上式中有：

上式表明，在變壓器無內(nèi)部故障的情況下，通過接地變壓器的零序電流微機保護(hù)裝置計算后會被錯認(rèn)為變壓器的差動電流分量。

變壓器的差動保護(hù)中比例制動特性如下圖所示，其中Icd為差動電流定值，Izd為制動電流定值（軟件默認(rèn)為高壓側(cè)額定電流）。

3 結(jié)束語

該主變電所由于在主變壓器低壓側(cè)T接接地變壓器，正常時由于接地變壓器電流很小，不會對保護(hù)裝置造成干擾。但當(dāng)系統(tǒng)中零序分量增大時，該零序電流流經(jīng)接地變壓器經(jīng)小電阻入地，主變差動保護(hù)裝置計算差動電流時會出現(xiàn)零序分量，當(dāng)該分量達(dá)到一定量值時，即使主變壓器無故障，差動保護(hù)裝置也將動作。由于主變差動速斷保護(hù)無延時，一旦差流超過整定值將立刻出口，無法通過時限配合來實現(xiàn)保護(hù)的選擇性。因此當(dāng)區(qū)外發(fā)生單相接地故障時，采用接地變T接主變壓器低壓側(cè)方式存在差動保護(hù)誤動作跳閘的可能性。endprint