京包線牽引變電所差動保護誤動常見故障分析

王永慶，秦士杰

京包線牽引變電所差動保護誤動常見故障分析

王永慶，秦士杰

針對京包線牽引變電所差動保護在運行中發(fā)生的幾起典型誤動作故障，通過深入分析，最終找出各種故障的原因，提出了在今后的運行中應(yīng)采取的可靠措施。

牽引變電所；差動保護；誤動作；分析；措施

0 引言

差動保護是牽引變電所主變壓器的主保護之一，其可靠性對主變壓器安全運行和系統(tǒng)供電可靠起著極為重要的作用。但差動保護誤動作故障在供電系統(tǒng)運行中時有發(fā)生，為消除該類誤動故障，減少對變電所運行的影響，下面以呼和浩特供電維管段管內(nèi)京包線近幾年發(fā)生的4起典型故障為例進行分析和探討。

京包線牽引變電所主變壓器采用三相v/v接線形式，主變壓器差動保護裝置具有比率制動特性，帶2次諧波制動特性和差動電流速斷特性。4起典型的差動保護誤動作，其原因分別是：兩側(cè)電流互感器極性接反、電流互感器二次線圈準確級不匹配、高壓側(cè)斷路器三相不同期分閘、牽引變壓器高低壓側(cè)相位不對應(yīng)，下文將具體分析。

1 兩側(cè)電流互感器極性接反

兩側(cè)電流互感器極性接反是造成差動保護誤動作的主要原因之一，關(guān)鍵取決于以下2個方面：（1）保護裝置差動電流的計算方法；（2）變壓器的接線形式。

1.1 現(xiàn)象

2009年05月08日09時38分，白彥花變電所1#主變差動保護跳閘，跳閘信息：IA= 0.00 A、IB= 0.09 A、IC= 0.08 A，Iα= 0.00 A，Iβ= 0.21 A，啟動電流為0.17 A，出口電流為0.17 A。其中，α相、β相差動保護整定值均為0.17 A，平衡系數(shù)定值2.4，采用交大許繼保護裝置。

1.2 原因分析

交大許繼保護裝置差動電流的計算方法為取兩側(cè)二次電流平衡后的向量差。查閱竣工圖紙可知，主變以VV0接線形式考慮，兩側(cè)電流互感器需采用減極性接線形式；檢查電流互感器實際二次接線與竣工圖紙相符。但檢查主變的實際接線形式為VV6，與設(shè)計不符。因此，將主變低壓側(cè)α相、β相電流互感器以加極性的形式接入保護裝置后，設(shè)備運行恢復(fù)正常。

1.3 防范措施

針對該情況可采取以下防范措施：一是采用操作簡單、準確性高的試驗方法，如六角圖法。二是增強檢修維護人員的業(yè)務(wù)技能，對能夠引起差動保護誤動作的極性問題進行綜合分析試驗，避免人為原因造成差動保護誤動作。

2 電流互感器二次線圈準確級不匹配

用于差動保護的電流互感器一般采用TP類或者P類，TP類線圈要求在穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)的情況下都不飽和，P類要求在穩(wěn)態(tài)情況下不飽和，均能夠正確反映故障時的一次電流值。但是，若采用其他類的電流互感器，就很容易造成差動保護誤動作。如采用準確級為0.5的電流互感器，在超過額定電流一定倍數(shù)情況下，會使測量數(shù)據(jù)出現(xiàn)較大的誤差，導(dǎo)致保護裝置出現(xiàn)不平衡電流，從而造成差動保護誤動作。

2.1 現(xiàn)象

2014年06月25日02時44分，呼東變電所2#主變差動保護跳閘。跳閘信息：IA= 0.01 A、IB= 11.56 A、IC= 11.59 A，Ia= 0.01 A，Ib= 10.73 A，啟動電流為7.77 A，出口電流為7.77 A。其中，a相、b相差動保護整定值分別為0.91 A、1.14 A，平衡系數(shù)定值1，采用國電南自保護裝置。

2.2 原因分析

通過對報文數(shù)據(jù)分析，2#主變因B相差流超過定值引起差動跳閘。且跳閘時刻主變高低壓側(cè)B相電流值均較大，說明有差動保護區(qū)段外的短路故障發(fā)生。后對各饋線保護裝置負荷統(tǒng)計檢查發(fā)現(xiàn)：2014年06月25日02時44分01秒，最大電流為4 855 A，最小電壓為3 459 V；充分證明該大電流為214DL饋線近端出現(xiàn)瞬時短路故障引起。

檢查主變低壓側(cè)202ADL、202BDL電流互感器二次線圈的準確級發(fā)現(xiàn)，用于差動保護的二次線圈準確級為0.5，與竣工圖紙中規(guī)定的10P10不符。在差動保護區(qū)段外負荷側(cè)出現(xiàn)較大短路電流的情況下，二次線圈嚴重飽和，造成測量數(shù)據(jù)誤差較大，使高低壓側(cè)出現(xiàn)較大的不平衡電流；另外，由于饋線電流速斷和距離保護主保護時限均為0.1 s，而差動保護時限為0 s，在同時達到保護動作值的情況下，由于差動保護時限短，故出現(xiàn)差動保護越級跳閘情況。

2.3 防范措施

存在該類問題，一般在設(shè)備運行多年后才會被發(fā)現(xiàn)。因為用準確級為0.5的電流互感器檢測短路電流，只有短路電流達到一定的數(shù)值后才會出現(xiàn)較大誤差。調(diào)閱呼東變電所饋線跳閘報告，在以往的跳閘數(shù)據(jù)中最大短路電流為3 824 A，并未引起主變差動保護誤動作，而本次最大短路電流為4 855 A，Ib電流曲線明顯為非正弦波，最終導(dǎo)致差動保護誤動作。

發(fā)生該類問題主要是中標設(shè)備與設(shè)計圖紙要求不符所致。所以，在交接試驗中，試驗人員不僅要檢查二次接線正確性，還要認真核對設(shè)備各項特性，確保與設(shè)計要求相符，避免類似情況的發(fā)生。

3 高壓側(cè)斷路器三相不同期分閘

主變高壓側(cè)斷路器三相分閘時不同期，會使電力系統(tǒng)中性點位移，在最先跳閘相產(chǎn)生高電壓；并且，該相電壓瞬間升高時產(chǎn)生較大的勵磁涌流，該勵磁涌流只存在于變壓器一次側(cè)，且主要為3次、5次諧波，由于差動保護只投入二次諧波閉鎖，從而引起差動保護動作。

3.1 現(xiàn)象

2010年10月21日18時40分，紅砂壩變電所2#主變差動保護跳閘。跳閘信息：IA= 0.98 A、IB= 0.01 A、IC= 0.98 A，Ia= 0.02 A，Ib= 0.02 A，啟動電流為0.99 A，出口電流為0.99 A。其中，a相、b相差動保護整定值均為0.76 A，平衡系數(shù)定值0.52，采用天津凱發(fā)保護裝置。

3.2 原因分析

通過故障現(xiàn)象分析，差動保護動作發(fā)生在進線斷路器101DL失壓跳閘瞬間；并且主變高壓側(cè)A相、C相電流值較小，故可排除是一次設(shè)備短路故障引起。從進線101DL失壓跳閘報文分析，在該開關(guān)跳閘過程中，A、B、C三相嚴重不同期，相差850 ms（說明書中要求分閘同期性不大于3 ms），101DLA相最早跳閘。

對失壓跳閘回路檢查，發(fā)現(xiàn)進線101DL失壓跳閘回路中時間繼電器為手調(diào)繼電器，由于該斷路器為三極組成，共有2個時間繼電器控制失壓跳閘回路，因時間定值精度較低，失壓跳閘時造成進線101DL三相不同期引起主變差動保護動作（圖1）。

圖1 失壓跳閘回路圖

3.3 防范措施

通過上述分析，建議保護裝置廠家對進線斷路器失壓跳閘二次回路進行改線，將三相跳閘回路通過同一個時間繼電器的同一節(jié)點來實現(xiàn)失壓跳閘，從而保證分閘的同期性（圖2）。

圖2 修改后的失壓跳閘回路圖

4 牽引變壓器高低壓側(cè)相位不對應(yīng)

在牽引變電所主接線中，由于多種因素影響，存在主變高低壓側(cè)相位不對應(yīng)的情況（圖3）；即變壓器高壓側(cè)的A相對應(yīng)低壓側(cè)b相，高壓側(cè)的B相對應(yīng)低壓側(cè)的a相。若在差動保護二次接線中，未充分考慮該情況，容易造成二次接線錯誤，引起差動保護誤動作。

圖3 三相VV0接線變壓器端子及接線示意圖

4.1 現(xiàn)象

2009年06月01日09時44分，紅砂壩變電所2#主變差動保護跳閘。跳閘信息：IA= 0.01 A、IB= 0.77 A、IC= 0.77 A，Ia= 1.48 A，Ib= 0.00 A，啟動電流為0.77 A，出口電流為0.77 A。其中，a相、b相差動保護整定值均為0.76 A，平衡系數(shù)定值0.52，采用天津凱發(fā)保護裝置。

4.2 原因分析

通過對報文數(shù)據(jù)分析，2#主變因A相、B相差動電流均超過定值引起差動跳閘。其中，主變高壓側(cè)B相電流值為0.77 A，按照平衡系數(shù)計算，低壓側(cè)b相二次電流值應(yīng)為1.48 A，但實際低壓側(cè)b相二次電流值為0；主變低壓側(cè)a相電流值為1.48 A，按照平衡系數(shù)計算，高壓側(cè)A相二次電流值應(yīng)為0.77 A，但實際高壓側(cè)A相二次電流值為0.01 A；另外，由于高低壓側(cè)的電流值均不大，為正常負荷電流。因此，初步推斷有2種可能：一是主變高壓側(cè)的A相與主變低壓側(cè)的b相電流互感器二次線存在斷線情況；二是主變高低壓側(cè)的相位不對應(yīng)。

經(jīng)過對主變高壓側(cè)的A相與主變低壓側(cè)的b相電流互感器二次線進行檢查，發(fā)現(xiàn)二次回路良好，不存在斷線情況；同時，對電流互感器二次線引入保護裝置的情況進行檢查，并不存在接線錯誤情況。隨后，對主變接線形式進行檢查發(fā)現(xiàn)，主變高低壓側(cè)的相位不對應(yīng)。隨后，對接入差動保護裝置的主變低壓側(cè)a相、b相電流互感器二次線整體調(diào)換后，設(shè)備運行恢復(fù)正常。

4.3 防范措施

一般情況下，試驗人員存在慣性思維，想當然認為主變高低壓側(cè)的相位肯定是對應(yīng)的，忽略考慮這方面的問題，最終導(dǎo)致差動保護誤動作。因此，試驗人員要高度重視該類問題，在進行差動保護交接試驗前，必須對主變高低壓側(cè)的相位進行認真校核。

5 結(jié)語

采取上述措施后，京包線各牽引變電所的差動保護再未發(fā)生過誤動作的故障，保證了主變壓器的平穩(wěn)運行，大大提高了供電系統(tǒng)的可靠性。

[1] 喬衛(wèi)東.繼電保護（第六冊）[M]. 北京：中國電力出版社，2007：299-310.

[2] 陳英濤. 繼電保護與綜合自動化系統(tǒng)[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007：75-82.

[3] 楊玉菲. 電氣化鐵道供電系統(tǒng)[M]. 北京：中國鐵道出版社，2007：15-28.

With regard to several typical miss operation errors occurred in traction substation differential protection on Beijing-Baotou railway line, on the basis of deep analysis, causes of various faults are found and reliable measures taken in future’s operation are put forward accordingly.

Traction substation; differential protection; miss operation; analysis; measures

U224.4

：B

：1007-936X(2016)03-0014-03

2015-12-29

王永慶. 中鐵電化運管公司呼和浩特供電維管段，工程師，電話：13674840311；秦士杰. 中鐵電化運管公司呼和浩特供電維管段。