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      主變壓器差動保護誤動故障實例分析

      2016-02-05 11:37:16譚雨珍程本良孫世磊李曉
      山東電力技術(shù) 2016年12期
      關(guān)鍵詞:差動保護裝置互感器

      譚雨珍,程本良,孫世磊,李曉

      (1.華能煙臺發(fā)電有限公司,山東煙臺264000;2.國網(wǎng)山東省電力公司煙臺市福山區(qū)供電公司,山東煙臺264000)

      主變壓器差動保護誤動故障實例分析

      譚雨珍1,程本良2,孫世磊1,李曉1

      (1.華能煙臺發(fā)電有限公司,山東煙臺264000;2.國網(wǎng)山東省電力公司煙臺市福山區(qū)供電公司,山東煙臺264000)

      某110 kV變電站上線路6發(fā)生故障,導(dǎo)致該母線上所連接的4號主變壓器差動保護誤動。結(jié)合故障實例,對電流互感器(TA)飽和引發(fā)的主變差動保護誤動進行詳細分析,并制定出相應(yīng)的整改方案及預(yù)防措施,以避免類似事故再次發(fā)生。

      變壓器差動保護;TA飽和;保護誤動

      0 引言

      目前,隨著電網(wǎng)供電容量的不斷擴大,系統(tǒng)故障時出現(xiàn)的短路電流急劇增加,這對電力系統(tǒng)中所選用的電流互感器(TA)抗飽和能力提出了更高的要求。TA作為電流源是繼電保護和監(jiān)控系統(tǒng)判別系統(tǒng)運行狀態(tài)的重要組件,因此在設(shè)備安裝設(shè)計初期,要根據(jù)保護安裝處可能出現(xiàn)的最大短路電流與TA的飽和倍數(shù)合理選擇TA和保護裝置[1-2]。同時,電流互感器的選擇除了應(yīng)該滿足一次回路的額定電壓、額定電流、最大負荷電流及短路電流的動熱穩(wěn)定性外,還應(yīng)滿足二次回路的測量儀表、自動裝置和保護裝置的準確度等級要求[3-4]。

      結(jié)合故障事故報文,對4號主變差動保護誤動的原因進行分析,對所使用的TA進行現(xiàn)場檢查和詳細測試,并提出了相應(yīng)的整改方案與預(yù)控措施。

      1 故障經(jīng)過

      2015-04-21某110 kV變電站上線路6發(fā)生供電線路故障,1126開關(guān)跳閘,重合不成功。線路6發(fā)生區(qū)內(nèi)故障的同時,與線路6同一母線上連接的4號主變差動保護動作,變壓器各側(cè)開關(guān)跳閘,變壓器停運,由于4號發(fā)電機恰處于檢修狀態(tài),未造成發(fā)電機停機故障(4號主變高壓側(cè)連接220 kV系統(tǒng),因此4號發(fā)電機停機檢修,4號主變作為聯(lián)絡(luò)變壓器依然運行)。一次系統(tǒng)接線如圖1所示。

      圖1 一次系統(tǒng)接線

      2 檢查測試

      2.1 保護裝置檢查

      工作人員立即檢查線路6保護裝置的A柜和B柜及4號發(fā)變組保護裝置A柜和B柜。故障錄波曲線如圖2所示。

      圖2 故障錄波曲線

      線路6的保護裝置故障報文顯示距離I段保護動作,動作相對時間26 ms(保護定值為0 s),故障測距5.4 km,故障相別為C相,故障相電流二次值為43.04 A,由于TA變比為600/5,折算到一次值為5 164.8 A,故障零序電流二次值為37.73 A。

      4號發(fā)變組保護裝置A柜運行正常,無故障信息;4號發(fā)變組保護裝置B柜發(fā)出跳閘信號指示,故障報文顯示主變差動保護動作,動作相對時間32 ms(保護定值為0 s),主變差動電流(經(jīng)Y/△校正)B相和C相(如圖2(a)中IDB、IDC)分別達到1.59Ie或1.60Ie,超過差動動作電流定值,引起差動保護動作;同時,從4號發(fā)變組保護裝置B柜故障錄波圖(圖2(a))中可以看出,故障瞬間4號主變中壓側(cè)(110 kV側(cè))B、C相電流發(fā)生嚴重畸變,高壓側(cè)(220 kV側(cè))B、C相電流有明顯突變,但是波形沒有畸變,導(dǎo)致4號主變高壓側(cè)中壓側(cè)產(chǎn)生差動電流,引起保護動作。

      由于4號主變110 kV側(cè)的B、C相電流的波形嚴重畸變,保護裝置采集到的二次電流不再是對稱的工頻正弦波,TA波形呈現(xiàn)飽和特性,初步懷疑TA損壞或者TA飽和,立即對4號主變110 kV側(cè)各相TA進行檢查。

      2.2 TA現(xiàn)場檢查與測試

      現(xiàn)場檢查,4號發(fā)變組保護裝置所用的110 kV側(cè)各相TA是套管電流互感器,該TA有6個繞組,7組抽頭,從外觀檢查,沒有發(fā)現(xiàn)異?!,F(xiàn)場檢查各相TA接線組別和極性,發(fā)現(xiàn)4號發(fā)變組保護裝置A柜保護所用的三相TA接線繞組為1S1-1S2,該繞組準確級別為5P20,可以作為保護裝置專用繞組;4號發(fā)變組保護裝置B柜保護所用的A相TA接線繞組為1S1-1S2,該繞組準確級別為5P20,保護所用的B、C相TA接線繞組均為5S1-5S2,該繞組準確級別為0.5,此繞組為計量專用繞組,原則上,保護裝置與測量儀表宜接到電流互感器不同的二次繞組[5],4號發(fā)變組B、C相使用的二次繞組與A相不同,懷疑故障瞬間,較大的穿越性電流使得測量繞組飽和,采樣數(shù)值出現(xiàn)偏差。

      現(xiàn)場工作人員對B、C相TA進行伏安特性曲線和10%誤差曲線等數(shù)據(jù)的測量,TA的各項試驗指標均合格[6],由于B、C相TA是合格的,說明將4號發(fā)變組保護裝置B柜B、C相保護所用的TA二次繞組改接為保護回路專用繞組后,可以投入使用。

      對B相TA進行試驗,試驗報告主要內(nèi)容如下:

      1)名牌數(shù)據(jù)。型號:LCWB6—110W3;額定電壓:110 kV。

      2)外部檢查:正常。

      3)試驗數(shù)據(jù)。一次繞組對二次繞組及地絕緣電阻、二次繞組間及地絕緣電阻、地屏端子對地絕緣電阻為1×104MΩ。

      變比、極性測量如表1所示,額定短時工頻耐壓試驗結(jié)果如表2所示,伏安特性測量結(jié)果如表3所示,誤差試驗結(jié)果如表4所示。

      表1 變比、極性測量結(jié)果

      表2 額定短時工頻耐壓試驗結(jié)果

      表3 伏安特性測量結(jié)果

      表4 誤差試驗結(jié)果

      結(jié)論:符合國家電網(wǎng)電力設(shè)備交接和預(yù)防性試驗規(guī)程標準試驗,合格。

      3 原因分析

      從現(xiàn)場所做的TA試驗數(shù)據(jù),得到保護繞組和測量繞組的伏安特性曲線,如圖3所示。

      圖3 TA伏安特性曲線

      由于TA鐵芯的鐵磁材料具有飽和特性,當(dāng)TA所施加的一次電流較小時,TA一次繞組上的電壓也較小,并且電流幅值在一定范圍之內(nèi),電流與電壓近似地呈現(xiàn)直線關(guān)系;當(dāng)一次電流驟增后,一次繞組上的電壓也急劇增加,鐵芯磁通達到飽和后,TA不再工作于線性區(qū)域,伏安特性曲線出現(xiàn)拐點,即便一次電流增加很多,TA一次繞組上的電壓近似不變,電流幾乎全部損耗在鐵芯發(fā)熱上,TA呈現(xiàn)飽和特性,此時,TA的二次電流不能正確反應(yīng)一次電流,采樣出現(xiàn)偏差。另外,從圖3中也可以看出,對于同一TA,當(dāng)一次電流逐漸增大時,測量繞組比保護繞組提前進入飽和區(qū)域。假如對TA一次繞組施加0.316 A電流,測量繞組幾近飽和,但保護繞組仍處于線性區(qū)域,此時,可以充分保證保護裝置采樣的正確率,從而提高保護動作的可靠性。

      差動保護作為變壓器的主保護,為了滿足在變壓器內(nèi)部發(fā)生嚴重故障時能夠快速可靠動作以切除故障,保護通常沒有閉鎖條件,只要差流大于保護定值就會動作跳閘[7]。對4號主變,其中壓側(cè)母線上發(fā)生線路故障時,有較大穿越性短路電流通過4號主變的各側(cè)TA。由于4號發(fā)變組保護裝置A柜所用TA保護繞組的接線組別均正確,保護裝置采樣正確,雖然保護裝置采集的各側(cè)電流均有變化,但差流沒有達到保護定值,裝置正常運行;4號發(fā)變組保護裝置B柜110 kV側(cè)保護所用的B、C相TA使用的是測量繞組,此繞組抗飽和能力差,當(dāng)一次回路的穿越性故障電流較大時,TA的測量繞組已經(jīng)飽和,TA所反應(yīng)的二次電流發(fā)生畸變,保護裝置采集到的電流不能夠正確反應(yīng)一次系統(tǒng)的故障電流,從而導(dǎo)致4號發(fā)變組保護裝置B柜B、C相出現(xiàn)差流,并且其數(shù)值超過差動保護動作電流定值,導(dǎo)致4號主變差動保護動作,變壓器各側(cè)開關(guān)跳閘,變壓器停運。

      4 整改方案與預(yù)控措施

      針對此次保護裝置誤動情況,現(xiàn)場工作人員對4號主變差動保護使用的110 kV側(cè)TA進行伏安特性曲線和10%誤差曲線的測量,經(jīng)檢測合格后(見表1),將4號主變保護使用的110 kV側(cè)B、C相TA二次繞組改接為5P20級的1S1-1S2保護回路專用繞組,與A相TA二次繞組接線組別一致,充分保證保護裝置采樣的準確性。

      吸取此次故障的經(jīng)驗教訓(xùn),利用設(shè)備檢修契機,對所有設(shè)備保護用的所有的TA容量、接線組別、二次負載、伏安特性曲線及10%誤差曲線進行詳細試驗和檢查,防止再次發(fā)生由于TA帶載能力不夠、TA飽和等原因?qū)е碌谋Wo裝置不正確動作的情況出現(xiàn)。

      同時,對于新安裝設(shè)備保護裝置的TA,應(yīng)選擇成熟高質(zhì)量的產(chǎn)品。在設(shè)備移交時,進行繞組絕緣電阻的測量、介質(zhì)損耗因數(shù)的測量、極性檢查、交流耐壓試驗、各分接頭的變比檢查、局部放電等詳細試驗,確保設(shè)備在日后的運行中安全可靠[8]。設(shè)備檢修時,要仔細檢查二次回路接線、直流電阻和絕緣,防止發(fā)送內(nèi)外部短路、接觸不良或者短路,還要檢查TA是否有開裂現(xiàn)象,檢查TA一次接地是否按照規(guī)程要求可靠接地。設(shè)備運行中要加強TA溫度的檢測,發(fā)現(xiàn)問題及時處理。

      5 結(jié)語

      通過4號發(fā)變組保護裝置B柜故障報文信息,結(jié)合對現(xiàn)場保護所用TA的詳細檢查,現(xiàn)場工作人員發(fā)現(xiàn)由于對TA準確等級的使用錯誤,造成了TA飽和引起主變差動保護誤動。為了避免類似問題的再次發(fā)生,提出了相應(yīng)的整改方案及預(yù)防措施,保證保護裝置正確可靠的運行。

      [1]陳建玉,孟憲民,張振旗,等.電流互感器飽和對繼電保護影響的分析及對策[J].電力系統(tǒng)自動化,2000,24(6):54-56.

      [2]陳國清.淺析電流互感器飽和對繼電保護的影響及對策[J].自動化技術(shù)與應(yīng)用,2007,26(10):115-116.

      [3]POWELL LJ.Current transformer burden and saturation[J].IEEE Transactions on Industry Applications,1979(15):294-303.

      [4]DL/T 5136—2012火力發(fā)電廠、變電站二次接線設(shè)計技術(shù)規(guī)程[S].

      [5]DL/T 866—2015電流互感器和電壓互感器選擇和計算導(dǎo)則[S].

      [6]DL/T 596—2005電力設(shè)備預(yù)防性試驗規(guī)程[S].

      [7]鄧茂軍.變壓器區(qū)外故障CT飽和對主變保護的影響分析[J].電力系統(tǒng)保護與控制,2012,40(4):129-133.

      [8]GB 50150—2006電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗標準[S].

      Malfunction Analysis of Differential Protection for Main Transformers

      TAN Yuzhen1,CHENG Benliang2,SUN Shilei1,LI Xiao1
      (1.Huaneng Yantai Power Generation Co.,Ltd.,Yantai 264000,China;2.State Grid Fushan Power Supply Company,Yantai 264000,China)

      A line fault in an 110 kV substation caused the protection mal-operation of No.4 main transformer which connected with the same bus.The transformer differential protection mal-operation caused by current transformer saturation was analyzed in detail combined with fault report.Improvement programs and precautionary measures were proposed to prevent similar incidents from happening again.

      transformer differential protection;current transformer saturation;protection mal-operation

      TM774

      B

      1007-9904(2016)12-0042-04

      2016-06-07

      譚雨珍(1984),女,工程師,從事繼電保護檢修工作;

      程本良(1983),男,工程師,從事電力系統(tǒng)設(shè)計工作;

      孫世磊(1976),男,工程師,從事繼電保護檢修工作;

      李曉(1972),男,工程師,從事繼電保護檢修工作。

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