某電廠母線差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)分析及處理

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0 引言

差動(dòng)保護(hù)是反映被保護(hù)元件（或區(qū)域）兩側(cè)電流差而動(dòng)作的保護(hù)裝置，差動(dòng)保護(hù)作為被保護(hù)元器件的內(nèi)部故障的保護(hù)，電流互感器安裝在被保護(hù)設(shè)備的兩側(cè)，在正常或外部發(fā)生故障時(shí)，流入差動(dòng)保護(hù)的電流為不平衡電流，在適當(dāng)選擇好兩側(cè)電流互感器的變比和接線方式下，該不平衡電流值很小，并小于差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作電流，故保護(hù)不會(huì)動(dòng)作，被保護(hù)設(shè)備內(nèi)部發(fā)生故障時(shí)，流入差動(dòng)保護(hù)裝置的電流大于差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作電流，差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作于跳閘，而電流互感器二次繞組選擇錯(cuò)誤后將很有可能造成保護(hù)誤動(dòng)，微機(jī)母差保護(hù)常使用電流瞬時(shí)值差動(dòng)保護(hù)。當(dāng)母線區(qū)外故障電流互感器飽和時(shí)，電流互感器二次電流出現(xiàn)嚴(yán)重缺損，電流波形發(fā)生起邊，由此造成很大的差電流，易引起誤動(dòng)作。200×年×月×日11時(shí)29分，某電廠發(fā)生3號(hào)主變壓器出線至220kV開關(guān)站鐵塔間C相高壓線路對(duì)樹木放電接地，造成主變壓器差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作跳開2203斷路器；母線差動(dòng)保護(hù)BP-2B誤動(dòng)作，跳開母聯(lián)2245斷路器、2號(hào)主變壓器2202斷路器、××Ⅰ線2213斷路器及聯(lián)跳對(duì)側(cè)2212斷路器。經(jīng)過調(diào)查分析，造成BP-2B型母差保護(hù)誤動(dòng)作的主要原因是電流互感器等級(jí)選擇錯(cuò)誤、互感器線圈配置不合理，同時(shí)發(fā)現(xiàn)BP-2B型母差裝置亦存在一定的缺陷。某電廠一次主接線（見圖1）。

1 故障前運(yùn)行工況及故障經(jīng)過

1.1 故障前工況

220kV4母線、5母線經(jīng)母聯(lián)2245斷路器聯(lián)絡(luò)運(yùn)行，1號(hào)主變壓器2201斷路器、4號(hào)主變壓器2204斷路器、××Ⅱ線2214斷路器在4母線運(yùn)行；2號(hào)主變壓器2202斷路器、3號(hào)主變壓器2203斷路器、××Ⅰ線2213斷路器在5母線運(yùn)行；4臺(tái)機(jī)組在備用狀態(tài)。

1.2 故障經(jīng)過

200×年×月×日11時(shí)29分59秒201毫秒，3號(hào)主變壓器出線至220kV開關(guān)站鐵塔C相高壓線路與地面大樹放電，11時(shí)29分59秒296毫秒3號(hào)主變壓器雙套差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作跳開2203斷路器，11時(shí)29分59秒312毫秒BP-2B母差保護(hù)動(dòng)作跳開母聯(lián)2245斷路器、2號(hào)主變壓器2202斷路器、××Ⅰ線2213斷路器及聯(lián)跳對(duì)側(cè)2212斷路器。

2 故障原因分析

事故發(fā)生后，電站電氣一次人員、電氣二次人員對(duì)高壓設(shè)備、保護(hù)裝置進(jìn)行全面檢查，故障處鐵塔位于陡坡高處，周圍無道路靠近，從開關(guān)站和廠壩間巡視均無法有效目測鐵塔近處狀況，鐵塔周圍灌木生長過高與高壓線距離過近，造成高壓線通過灌木對(duì)地放電。由于放電故障點(diǎn)在3號(hào)主變壓器差動(dòng)保護(hù)范圍內(nèi)，3號(hào)主變壓

器差動(dòng)保護(hù)正確動(dòng)作（見圖2主變壓器保護(hù)波形）。

圖1 某電廠一次主接線圖Fig．1 Main wiring diagram of a power plant

圖2 主變壓器差動(dòng)保護(hù)波形Fig．2 Waveform of main transformer protection

3號(hào)主變壓器出線至220kV斷路器站鐵塔間C相高壓線路與周圍樹木距離過近是造成接地故障的直接原因，接地放電是主變壓器差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作的主要原因。但故障點(diǎn)在母差保護(hù)范圍以外，母差保護(hù)不應(yīng)動(dòng)作。二次人員對(duì)繼電保護(hù)裝置、故障錄波裝置及回路進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)，故障過程中，經(jīng)過母聯(lián)C相流入5母線的一次電流有效值為5191.5A，經(jīng)過××Ⅰ線C相流入5母線的一次電流有效值為3431.5A，可計(jì)算經(jīng)過3號(hào)主變壓器高壓斷路器流出5母線的一次電流有效值為8623A，但是從母差保護(hù)波形圖中看出，3號(hào)主變壓器高壓側(cè)CT提供給BP-2B母線保護(hù)裝置的二次電流波形發(fā)生了嚴(yán)重的飽和畸變。在故障發(fā)生時(shí)11時(shí)29分59秒201毫秒故障支路的C相電流互感器線性傳變區(qū)僅為3.5～4ms，之后90ms傳變誤差最高達(dá)70%左右，母差保護(hù)可靠制動(dòng)，因此故障期間母差保護(hù)并未動(dòng)作。11時(shí)29分59秒296毫秒，主變壓器差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作故障切除，一次短路電流消失，受剩磁影響，電流互感器二次回路中出現(xiàn)4 ms反向拖尾小電流，相關(guān)支路的拖尾電流方向變?yōu)橥?，呈母線區(qū)內(nèi)故障特性，區(qū)內(nèi)故障差動(dòng)條件滿足，11時(shí)29分59秒312毫秒母線差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作出口（見圖3母線保護(hù)波形）。同時(shí)母線差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作后，依據(jù)動(dòng)作邏輯，啟動(dòng)遠(yuǎn)跳功能跳開××Ⅰ線對(duì)側(cè)2212斷路器。

檢查發(fā)現(xiàn)BP-2B母線差動(dòng)保護(hù)3號(hào)主變壓器分支電流互感器故障過程中短路電流激增電流互感器嚴(yán)重飽和波形畸變，是造成母線差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作的一個(gè)原因。主變壓器高壓側(cè)故障切除后，母差保護(hù)未能可靠制動(dòng)是造成母線差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作的另一原因。

圖3 母線保護(hù)波形Fig．3 Waveform of busbar protection

針對(duì)BP-2B母線保護(hù)裝置的二次電流波形發(fā)生嚴(yán)重飽和畸變現(xiàn)象，對(duì)3號(hào)主變壓器2203斷路器支路上電流互感器進(jìn)行了進(jìn)一步檢查。

3 3號(hào)主變壓器2203斷路器電流互感器檢查

3.1 電流互感器二次繞組使用情況

3號(hào)主變壓器2203斷路器電流互感器二次繞組使用情況見表3。

表1 3號(hào)主變壓器2203斷路器電流互感器二次繞組使用情況Tab.1 The use of current transformer secondary wilding of HV side breaker on #3 main transformer

3.2 電流互感器一次側(cè)檢查情況

3號(hào)主變壓器2203斷路器電流互感器一次側(cè)P2靠母線側(cè)?，F(xiàn)場檢查電流互感器一次引線P1端和P2端，沒有發(fā)現(xiàn)絕緣護(hù)套或護(hù)墊等元件。其產(chǎn)品說明書說明一次出線端子由瓷套打孔引出。通過咨詢電流互感器生產(chǎn)廠家技術(shù)人員得知，在電流互感器一次側(cè)并聯(lián)使用時(shí)引出線端子P1、P2都是絕緣的；在電流互感器一次側(cè)串聯(lián)使用時(shí)引出線端子P1是絕緣的。3號(hào)主變壓器2203斷路器電流互感器采用串聯(lián)連接方式。電流互感器型號(hào)為LB7-220W2。電流互感器一、二次繞組安裝位置示意圖如圖4所示。

圖4 電流互感器一、二次繞組安裝位置示意圖Fig．4 Wiring diagram of current transformer primary wilding and secondary wilding

4 存在的問題

3號(hào)主變壓器2203斷路器電流互感器0.5級(jí)二次繞組接入BP-2B母線差動(dòng)保護(hù)不符合保護(hù)規(guī)程要求。

母線差動(dòng)保護(hù)在區(qū)外短路電流較大、電流互感器嚴(yán)重飽和時(shí)故障切除瞬間，一次短路電流消失，受剩磁影響，電流互感器二次回路中出現(xiàn)反向拖尾小電流，相關(guān)支路的拖尾電流方向變?yōu)橥?，呈母線區(qū)內(nèi)故障特性，區(qū)內(nèi)故障差動(dòng)條件滿足，母線差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作出口。此時(shí)母差保護(hù)不應(yīng)該動(dòng)作，應(yīng)可靠閉鎖。

其他存在的與此次保護(hù)動(dòng)作沒有直接關(guān)系的問題本文不作敘述。

5 整改意見

調(diào)整3號(hào)主變壓器斷路器電流互感器二次電流回路接線，使其滿足：①保護(hù)沒有死區(qū)；②二次繞組選擇采用主變壓器雙重差動(dòng)保護(hù)與母線雙重差動(dòng)保護(hù)雙交叉方式，滿足一套主變壓器差動(dòng)或一套母差保護(hù)停用，主變壓器繼續(xù)運(yùn)行時(shí)，不會(huì)出現(xiàn)電流互感器內(nèi)部故障時(shí)的保護(hù)死區(qū)；③3號(hào)主變壓器雙套差動(dòng)保護(hù)應(yīng)分別選用不同二次繞組，然后將其后備保護(hù)串入主變壓器差動(dòng)保護(hù)電流回路中（圖5為3號(hào)主變壓器2203斷路器支路一次接線、表2為整改后電流互感器二次繞組）。雙套母差保護(hù)分別選用兩個(gè)5P20的繞組。

圖5 3號(hào)主變壓器2203斷路器支路一次接線圖Fig．5 Primary wiring diagram of HV side breaker on #3 main transformer

表2 整改后3號(hào)主變壓器2203斷路器電流互感器二次繞組使用情況Tab.2 The use of improved current transformer secondary wilding of HV side breaker on #3 main transformer

修改母差保護(hù)在區(qū)外故障閉鎖邏輯，即在區(qū)外故障切除后延時(shí)10ms解除閉鎖，躲過剩磁產(chǎn)生的反向拖尾小電流造成的母差保護(hù)誤動(dòng)作。本次故障中剩磁產(chǎn)生的反向拖尾小電流可能偶然現(xiàn)象，同一電流互感器保護(hù)級(jí)二次繞組回路中剩磁產(chǎn)生拖尾小電流就沒有發(fā)生反向。不過隨著電網(wǎng)容量不斷擴(kuò)大，發(fā)生短路時(shí)產(chǎn)生的電流會(huì)急劇增大，即使選用保護(hù)級(jí)繞組也可能產(chǎn)生飽和，出現(xiàn)反向拖尾小電流的現(xiàn)象。

6 結(jié)論

隨著近年系統(tǒng)的不斷擴(kuò)容，新型保護(hù)裝置的大量使用，一方面大大提高了電網(wǎng)可靠性，但另一方面供電電容量愈來愈大，系統(tǒng)短路電流急劇增加，系統(tǒng)中電流互感器飽和問題日益突出，故日后繼電保護(hù)裝置新投及改造過程中應(yīng)加大對(duì)電流互感器的選擇，避免出現(xiàn)互感器選擇錯(cuò)誤或不符現(xiàn)象，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。所以，繼電保護(hù)所用的電流互感器，必須按照相關(guān)規(guī)程規(guī)定和反措要求進(jìn)行安裝和使用，才能保證保護(hù)正確動(dòng)作。

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