區(qū)外故障引起500 kV主變縱差保護(hù)誤動(dòng)的分析

蔣　琛，嚴(yán)鵬志，喻　建，葉淵靈（江蘇方天電力技術(shù)有限公司，江蘇南京211102）

故障診斷與檢修策略

區(qū)外故障引起500 kV主變縱差保護(hù)誤動(dòng)的分析

蔣琛，嚴(yán)鵬志，喻建，葉淵靈
（江蘇方天電力技術(shù)有限公司，江蘇南京211102）

介紹一起因區(qū)外單相故障引發(fā)的500 kV自耦變壓器縱差保護(hù)誤動(dòng)事故，從此類型國外縱差保護(hù)原理入手，分析了誤動(dòng)原因，并對(duì)同類型的主變縱差保護(hù)在電網(wǎng)中的應(yīng)用提出建議。

自耦變壓器；縱差保護(hù)；誤動(dòng)；極性；電流互感器

在超高壓電力系統(tǒng)中，自耦變壓器與同容量的普通變壓器相比，具有材料省、造價(jià)低、損耗小、重量輕及便于運(yùn)輸?shù)葍?yōu)點(diǎn)，因而得到了廣泛的應(yīng)用［1］。對(duì)于工程運(yùn)用中最為廣泛的Y/△-11接線方式變壓器而言，如Y側(cè)采用中性點(diǎn)接地方式時(shí)，當(dāng)Y側(cè)發(fā)生區(qū)外接地故障時(shí)，Y側(cè)差動(dòng)電流互感器將感受到零序電流，而d側(cè)差動(dòng)電流互感器不會(huì)感受到零序電流。當(dāng)流入保護(hù)裝置各側(cè)電流互感器采用Y型接線時(shí)，如果不采取零流補(bǔ)償措施，區(qū)外接地故障時(shí)將易造成變壓器縱差保護(hù)誤動(dòng)等現(xiàn)象［2］。國產(chǎn)變壓器保護(hù)一般采用自產(chǎn)零序的方式通過算法對(duì)零序電流進(jìn)行消零補(bǔ)償。而某火電廠變壓器采用國外西門子變壓器保護(hù)（保護(hù)型號(hào)為7UT635），按雙重化配置原則配置了2套主變保護(hù)裝置，采用外接零序TA的方式對(duì)零序電流進(jìn)行消零補(bǔ)償。在一次區(qū)外故障中主變縱差保護(hù)動(dòng)作，跳開變壓器各側(cè)斷路器，造成機(jī)組停機(jī)。結(jié)合國外縱差保護(hù)裝置原理，分析事故中縱差保護(hù)誤動(dòng)原因，并對(duì)此類型縱差保護(hù)的在電力系統(tǒng)中得應(yīng)用提出改進(jìn)建議。

1　事故經(jīng)過

某電廠一次電氣接線如圖1所示。事故前，廠內(nèi)4臺(tái)機(jī)組帶負(fù)荷正常運(yùn)行，500 kV開關(guān)站及4條500 kV線路正常運(yùn)行。2013年7月20日中午12點(diǎn)30分，送出線III因線路上遭受雷擊發(fā)生A相瞬時(shí)接地故障，線路保護(hù)正確動(dòng)作，但同一時(shí)刻造成不同串G1機(jī)組主變2套主變差動(dòng)保護(hù)均動(dòng)作出口，造成機(jī)組跳閘，機(jī)組甩負(fù)荷保護(hù)動(dòng)作。

2　動(dòng)作行為檢查

調(diào)取西門子發(fā)變組保護(hù)管理機(jī)故障信息，由主變差動(dòng)保護(hù)裝置動(dòng)作報(bào)告可知，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，主變差動(dòng)保護(hù)顯示A、B、C三相差流均為3.56IN左右，查主變銘牌參數(shù)得知額定電流IN為830 A，所以故障時(shí)刻差動(dòng)電流一次值為2955 A。

圖1　事故時(shí)某電廠系統(tǒng)接線方式

調(diào)取主變差動(dòng)保護(hù)裝置錄波圖如圖2所示，其中M1為5013開關(guān)電流，M2為5012開關(guān)電流，IX4為外接主變中性點(diǎn)零序電流。

圖2　保護(hù)裝置內(nèi)部故障波形

由于該次故障為區(qū)外故障，在出現(xiàn)大電流及不平衡電流的情況下，差動(dòng)保護(hù)不應(yīng)該動(dòng)作?？紤]到是區(qū)外單相接地引起的主變差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)，故重點(diǎn)懷疑主變差動(dòng)保護(hù)消除零序功能是否正確。

3　保護(hù)原理以及動(dòng)作原因分析

西門子變壓器差動(dòng)保護(hù)配置了零序電流補(bǔ)償功能，共有兩種零序補(bǔ)償原理。

第一種方式是采用內(nèi)部補(bǔ)償方法（如圖3所示），即不采用其他措施僅采用矩陣計(jì)算來消除零序電流。

圖3　第一種方法接線

主變差動(dòng)電流計(jì)算按如下公式計(jì)算［3］：

第二種方式是采用外部補(bǔ)償方式（如圖4所示）。

圖4　第二種方法接線

采用將附加的中性點(diǎn)電流互感器上的電流引入矩陣的措施來處理零序電流，適應(yīng)于差動(dòng)保護(hù)范圍內(nèi)變壓器中性點(diǎn)接地的情況，但差動(dòng)保護(hù)范圍內(nèi)的中性點(diǎn)接地點(diǎn)上必須裝有電流互感器才有此功能。該方法既可以在區(qū)外接地故障時(shí)消除零序電流，又可保證在區(qū)內(nèi)接地故障時(shí)差動(dòng)保護(hù)靈敏度不降低。

采用外接零序電流補(bǔ)償方式時(shí)，主變差動(dòng)電流按如下公式計(jì)算：

式中：I˙SP為主變中性點(diǎn)外接零序電流。當(dāng)區(qū)外發(fā)生接地短路時(shí)，Y側(cè)電流中的正、負(fù)序分量與d側(cè)校正電流中的正、負(fù)序分量平衡，Y側(cè)電流中的零序分量與中性點(diǎn)零序電流I˙SP/3大小相等，極性相反，兩者抵消，零序電流的影響被消去，提高了差動(dòng)保護(hù)的可靠性。

當(dāng)區(qū)內(nèi)發(fā)生接地短路時(shí)，Y側(cè)電流中的零序分量與中性點(diǎn)零序電流Isp/3的和即為接地短路點(diǎn)零序電流的1/3，從而增大了差動(dòng)電流，提高了差動(dòng)保護(hù)反應(yīng)區(qū)內(nèi)接地短路的靈敏度。

但采用外部零序電流補(bǔ)償方式時(shí)，必須保證零序TA的極性和實(shí)際接線一致，否則，當(dāng)區(qū)外發(fā)生單相接地故障的時(shí)候，保護(hù)裝置將會(huì)誤動(dòng)作［4］。

在保護(hù)設(shè)定正確的情況下，保護(hù)裝置高壓側(cè)測(cè)量到的3I0和中性點(diǎn)零序電流應(yīng)該是同相位的。如果零序TA電流輸入IX4極性與實(shí)際接線相反的話，該零序電流將會(huì)疊加到保護(hù)裝置計(jì)算得到的差動(dòng)電流上，從而引起差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作。

現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)裝置相關(guān)設(shè)定如表1所示，M1、M2和IX4的極性均指向變壓器，即當(dāng)區(qū)外發(fā)生接地的時(shí)候，M1+ M2的二次電流3I0和IX4的二次電流應(yīng)該是反向的。

表1　現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)裝置相關(guān)設(shè)定

對(duì)圖2進(jìn)行分析，M1和M2側(cè)3I0為一次電流的相位，和二次電流3I0比較是為反相的（由于0511和0521設(shè)定為YES）。因而，錄波文件中的IX4波形和M1及M2側(cè)的3I0波形應(yīng)該為同相位。

從保護(hù)裝置錄波文件可以看到，M1和M2的零序電流3I0和IX4電流相位是相反的，因而可以判定保護(hù)裝置IX4的極性與現(xiàn)場(chǎng)TA接線是相反的。即主變高壓側(cè)自產(chǎn)零序電流與中性點(diǎn)外接零序電流相差180°。

IX4的有效值顯示約6 kA，而根據(jù)錄波圖中的差流波形顯示，差動(dòng)電流約等于3.55 In（2955 A）。根據(jù)零序電流補(bǔ)償?shù)挠?jì)算公式，如果是由于零序電流極性反相而引起的差動(dòng)電流，計(jì)算得到的差動(dòng)電流應(yīng)該為2× 1/3 IX4（4000 A）。由此可見，錄波圖中的IX4有效值和差動(dòng)電流計(jì)算得到的零序電流有一定誤差。

如圖5所示，對(duì)IX4波形進(jìn)行諧波分量分析，直流分量電流約為2.5 kA，工頻分量電流約為2.8 kA，二次諧波分量約為1.5 kA，可見里面含有較大的直流分量。

圖5　中性點(diǎn)外接零序電流諧波分量分析

從圖2可以看出，IX4的第一個(gè)峰值和第一個(gè)谷值的絕對(duì)值相加約為10.4 kA，假定交流分量并未衰減，則此時(shí)的IX4交流分量有效值約為3.53 kA，這個(gè)值與差動(dòng)電流計(jì)算得到的零序電流值大致相等。因而可以得出，保護(hù)裝置在差動(dòng)電流計(jì)算值時(shí)先將直流分量濾波后再進(jìn)行差動(dòng)電流計(jì)算。

由上述分析可知，此次主變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作原因是外接零序電流I˙sp的極性與裝置所需的零序TA電流輸入極性相反。當(dāng)外接零序電流的極性取反情況下，零序電流不但不能補(bǔ)償差動(dòng)電流，反而會(huì)疊加到保護(hù)裝置計(jì)算得到的差動(dòng)電流上，這樣在區(qū)外故障時(shí)將會(huì)有2/3 I˙sp的差動(dòng)電流，從而會(huì)引起差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作。

4　結(jié)束語

基于西門子主變差動(dòng)保護(hù)零序補(bǔ)償原理，通過對(duì)案例進(jìn)行詳細(xì)分析，找出問題并提出解決方法，該方法對(duì)解決類似變壓器差動(dòng)保護(hù)問題有很好的借鑒意義，能夠有效的保障變壓器安全運(yùn)行。當(dāng)主變差動(dòng)保護(hù)采用外部補(bǔ)償方式情況下，必須保證外接零序TA的極性和保護(hù)計(jì)算零序電流的方向一致。否則，當(dāng)區(qū)外發(fā)生單相接地故障的時(shí)候，保護(hù)裝置將會(huì)誤動(dòng)作。但外接零序電流I˙sp的極性一般很難確定，在常規(guī)火電廠啟動(dòng)方案中，均不驗(yàn)證零序電流極性。如需確定，則必須在整套啟動(dòng)時(shí)在主變高壓側(cè)單相接地，利用發(fā)電機(jī)零升電流來確定。根據(jù)“華東繼電保護(hù)2012整定方案”要求：采用微機(jī)型比率制動(dòng)的主變（發(fā)變組）差動(dòng)保護(hù)應(yīng)按電調(diào)（2002）60號(hào)文精神將主變差動(dòng)保護(hù)的整定值適當(dāng)提高（如取0.6～0.8 IN）。如文中提到的西門子保護(hù)可整定為0.8 IN?，F(xiàn)場(chǎng)整定人員也可以根據(jù)實(shí)際情況（如采取現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)不平衡電流等方法），適當(dāng)抬高主變差動(dòng)保護(hù)的啟動(dòng)值，減少變壓器誤動(dòng)概率。

［1］許彥，趙立飛，童偉.500 kV自耦變壓器單相短路電流的限制效果分析［J］.江蘇電機(jī)工程，2013，32（2）：15-17.

［2］袁宇波，李鵬，黃浩聲.變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)原因分析及對(duì)策綜述［J］.江蘇電機(jī)工程，2013，32（6）：8-11，14.

［3］馬宏忠，方瑞明，王建輝，等.電機(jī)學(xué)［M］.北京：高等教育出版社，2009：58-61.

［4］丁網(wǎng)林，駱健，劉強(qiáng).零序電流對(duì)數(shù)字變壓器差動(dòng)保護(hù)Y，d矢量變換的影響及對(duì)策.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2004，28（5）：56-58.

Analysis of 500 kV Main Transformer Longitudinal Differential Protection Malfunction Caused by External Fault

JIANG Chen，YAN Pengzhi，YU Jian，YE Yuanling
（Jiangsu Frontier Electrical Power Technology Co.Ltd.，Nanjing 211102，China）

A 500 kV autotransformer longitudinal differential protection malfunction caused by an external single phase fault is introduced in this paper.The Differential protection principles of the imported equipment are studied，and the reasons for the malfunction are analyzed.Improvement recommendations is presented for similar protection devices in the power grid.

autotransformer；longitudinal differential protection；malfunction；polarity；current transformer

TM772

B

1009-0665（2015）05-0012-03

蔣?。?981），男，江西鷹潭人，工程師，從事電力系統(tǒng)繼電保護(hù)、大型火力發(fā)電機(jī)組調(diào)試等工作；

嚴(yán)鵬志（1988），男，江蘇南京人，助理工程師，從事大型火力機(jī)組調(diào)試等工作；

喻建（1987），男，江蘇南通人，助理工程師，從事大型火力發(fā)電廠機(jī)組調(diào)試等工作；

葉淵靈（1989），男，江蘇南京人，助理工程師，從事大型火力發(fā)電廠機(jī)組調(diào)試等工作。

2015-04-09；

2015-06-05