主變負(fù)相序引起差流越限故障分析及處理

王龍，任思敏，黎月泰，秦川

(國網(wǎng)寧夏電力有限公司吳忠供電公司，寧夏 吳忠 751100)

變壓器是電力系統(tǒng)不可缺少的重要電氣設(shè)備，它產(chǎn)生的故障將對供電可靠性和系統(tǒng)安全運行帶來嚴(yán)重的影響[1],因此，根據(jù)變壓器容量等級和重要程度，在變壓器主保護(hù)裝設(shè)差動保護(hù)，用來反應(yīng)變壓器繞組、引出線及套管上的各種短路故障[2]。在變壓器差動保護(hù)中，為了監(jiān)視差動啟動電流，保護(hù)裝置都會引入“差流越限”告警功能。在微機(jī)變壓器差動保護(hù)報“差流越限”告警時，應(yīng)立即采取措施，及時進(jìn)行處理，以避免差流值繼續(xù)上升至保護(hù)差動啟動值，發(fā)生保護(hù)誤動的嚴(yán)重后果[3]。

1 問題的提出

某110 kV變電站2005年建站時，一次系統(tǒng)站內(nèi)母線標(biāo)定相別與線路相別不一致，導(dǎo)致站內(nèi)一次系統(tǒng)出現(xiàn)負(fù)相序，二次系統(tǒng)為糾正一次系統(tǒng)錯誤，在二次電壓電流接線時將A相和C相交換；因此，該變電站一次系統(tǒng)負(fù)相序，二次系統(tǒng)正相序。

2019年7月12日，在二次系統(tǒng)綜自改造工程送電后，該變電站2號主變報“差流越限”告警。二次檢修人員根據(jù)2號主變異常數(shù)據(jù)進(jìn)行分析試驗后，將保護(hù)裝置內(nèi)“低壓側(cè)接線方式鐘點數(shù)”控制字由“11”改為“1”后，差流減小，“差流越限”告警消失[4]。

2 故障原因分析

該變電站共有2臺容量均為63 MVA的主變壓器(以下簡稱主變)，一次聯(lián)結(jié)組別均為Yyd11接線，變比為110 kV/35 kV/10 kV，保護(hù)裝置型號為PCS-978。為了更好地找出2號主變“差流越限”告警原因，分析影響因素有以下幾點：

(1)保護(hù)裝置插件是否損壞，裝置誤報。現(xiàn)場查看裝置內(nèi)差流值0.23Ie大于差流越限固定值0.1Ie，同時利用二次電流鉗形表測量各側(cè)電流值，與裝置顯示基本相近，因此裝置采樣正常，沒有誤報。

(2)主變調(diào)檔是否異常。由于南瑞PCS-978保護(hù)裝置差流是以各側(cè)額定電流為基準(zhǔn)值的標(biāo)幺值進(jìn)行求和，改變變壓器調(diào)壓分接頭會引起不平衡電流[5]，本站只是進(jìn)行二次繼電保護(hù)綜自改造，并未對一次主變進(jìn)行調(diào)檔操作，且定值單與實際電壓相符，因此，主變?nèi)齻?cè)檔位正常，電壓正常。

(3)主變本體是否發(fā)生異常。檢修人員現(xiàn)場對2號主變進(jìn)行檢查，未發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象，主變運行正常。

(4)電流二次回路是否異常。為了檢查電流回路的完整性，送電前，進(jìn)行電流互感器一次升流試驗，試驗結(jié)果正確。

(5)實際電流互感器變比和計算變比不同引起的不平衡電流[6]。將定值單、設(shè)備銘牌與保護(hù)裝置設(shè)備參數(shù)核對檢查，變比均相同。

(6)變壓器三側(cè)電流互感器極性是否一致。主變高、中、低三側(cè)均是以各側(cè)母線為極性端進(jìn)行安裝，送電前，對三側(cè)電流互感器進(jìn)行了極性測試，測試正確。

(7)該變電站一次負(fù)相序系統(tǒng)是否對差流有影響。查看2號主變送電后的向量測試數(shù)據(jù)，測試結(jié)果如表1所示：1號主變與2號主變并列運行，負(fù)荷較小，高、中、低三側(cè)電流向量均為正相序，幅值大小相近，未產(chǎn)生較大零序電流，但主變高壓側(cè)電流向量超前低壓側(cè)電流向量210°，并非150°[7]，即以低壓側(cè)電流方向為基準(zhǔn)逆時針旋轉(zhuǎn)210°得到高壓側(cè)電流方向。2號主變一次聯(lián)結(jié)組別為Yyd11接線，保護(hù)裝置整定值同為Yyd11，按照11點接線向量分析，當(dāng)主變只有高低兩側(cè)正常運行時，以逆時針為正，高壓Y側(cè)電流向量超前低壓Δ側(cè)電流150°[8]，因此，需要對2號主變?nèi)齻?cè)向量再次進(jìn)行分析。

表1 2號主變?nèi)齻?cè)電流向量測試 A

該站主變一次系統(tǒng)負(fù)相序，二次回路A相與C相互換，即A相電流二次值通入保護(hù)裝置C相通道，C相電流二次值通入保護(hù)裝置A相通道。圖1為2號主變高、低壓兩側(cè)差動保護(hù)電流回路，高、中壓側(cè)均為Y型接線，低壓側(cè)為Δ型11點接線，為了便于分析，圖1只顯示高低兩側(cè)電流回路。其中，IA1、IB1、IC1為高壓側(cè)一次電流，IA、IB、IC為高壓側(cè)二次電流，Ia1、Ib1、Ic1為低壓側(cè)一次繞組電流，Ia1Δ、Ib1Δ、Ic1Δ為低壓側(cè)一次線電流，IaΔ、IbΔ、IcΔ為低壓側(cè)二次電流，圖中箭頭為各向量正方向。

圖1 2號主變高、低壓側(cè)差動保護(hù)電流回路

對于變壓器Yd11接線，各側(cè)電流關(guān)系如圖2所示，高壓側(cè)一次電流IA1、IB1、IC1為負(fù)序向量，低壓側(cè)一次線電流Ia1Δ、Ib1Δ、Ic1Δ同為負(fù)序向量。在二次側(cè)A和C相電流變換后，同一相電流通入保護(hù)裝置的相位已發(fā)生變化，高壓側(cè)二次電流超前低壓側(cè)二次電流210°，即IA超前IaΔ角度為210°。因此，保護(hù)裝置整定值變壓器聯(lián)結(jié)組別也將發(fā)生變化，由“11”變?yōu)椤?”接線。

圖2 2號主變高、低壓側(cè)電流向量

綜上所述，該2號主變差流越限報警原因為保護(hù)裝置變壓器聯(lián)結(jié)組別定值整定錯誤。變電站一次系統(tǒng)負(fù)相序、二次接線改接為正相序，使通入裝置的電流改變了變壓器一次Yyd11聯(lián)結(jié)組別，而作業(yè)人員在整定計算時未查別此類變化，仍按照低壓側(cè)11點接線方式整定，導(dǎo)致2號主變在送電后，出現(xiàn)差流增大，且差流越限告警的不正常運行狀態(tài)。

3 故障解決措施

主變保護(hù)差流越限是差動電流越限，并未閉鎖保護(hù)，表明差動電流回路存在問題或裝置定值整定有問題。不論告警是否存在自動復(fù)歸現(xiàn)象，應(yīng)申請解除主變壓器差動保護(hù)，檢查保護(hù)電流回路的完整性，實時觀察差流值是否達(dá)到差動動作值，同時，向調(diào)度部門申請，限制主變負(fù)荷，不能使負(fù)載進(jìn)一步提高[9]。

因此，為消除此次故障，根據(jù)故障原因分析和繼電保護(hù)裝置異常處理原則，對保護(hù)裝置做了如下處理：

(1)申請退出2號主變差動保護(hù)。 運行人員向調(diào)控中心申請退出2號主變差動保護(hù)，待批準(zhǔn)后，將保護(hù)裝置內(nèi)差動軟壓板、差動保護(hù)功能控制字和裝置外部差動硬壓板退出運行。

(2)計算實時電流在Yyd1接線組別下的差流值。為了驗證主變一次負(fù)相序二次正相序，主變聯(lián)結(jié)組別確由“11”變?yōu)椤?”，在改變主變保護(hù)裝置聯(lián)結(jié)組別控制字前，必須進(jìn)行理論分析。

變壓器各側(cè)電流互感器均采用星型接線，極性以母線側(cè)為正極性端，二次電流通入保護(hù)裝置相位由軟件校正[10]。PCS-978保護(hù)裝置采用Δ型側(cè)電流轉(zhuǎn)變?yōu)閅型調(diào)整差流平衡。

①對于11點接線，校正方法如下：

②對于1點接線，校正方法如下：

式中：Ia、Ib、Ic—Δ側(cè)CT二次電流；

從上述公式可以得出:11點接線方式下，Δ側(cè)電流校正后實則順時針旋轉(zhuǎn)了30°；1點接線方式下，Δ側(cè)電流校正后實則逆時針旋轉(zhuǎn)了30°，如圖3所示，Iah、Iam、Ial分別為通入保護(hù)裝置的高、中、低三側(cè)的實際電流，Ial(11)為裝置整定11接線校正后的電流，Ial(1)為裝置整定1接線校正后的電流。

圖3 2號主變?nèi)齻?cè)A相電流向量

因1號主變處于檢修狀態(tài)，2號主變單臺運行，負(fù)荷增大，2號主變?nèi)齻?cè)實際電流向量測試結(jié)果如表2所示。

表2 2號主變?nèi)齻?cè)實際電流向量測試 A

將三側(cè)實際電流值以各側(cè)額定值為基準(zhǔn)值換算成標(biāo)幺值后，高中低三側(cè)電流標(biāo)幺值分別為0.45Ie、0.349Ie、0.236Ie。將上述標(biāo)幺值分別代入11點和1點接線方式下的差流計算公式中，方可計算出主變差流值。

① Yyd11接線方式下計算公式。

Ix=0.45cos 25.5°-│0.349cos 232°│-

│0.236cos(188°+30°)│=0.005 3Ie

Iy=0.45sin 25.5°-│0.349sin 232°│-

│0.236sin(188°+30°)│=-0.226 6Ie

② Yyd1接線方式下計算公式。

Ix=0.45cos 25.5°-│0.349cos 232°│-

│0.236cos(188°-30°)│=-0.027 6Ie

Iy=0.45sin 25.5°-│0.349sin 232°│+

│0.236sin(188°-30°)│=0.007Ie

式中:Ix、Iy—主變差動電流橫縱坐標(biāo)軸分量;

Id—差動計算值。

計算結(jié)果顯示：在Yyd11接線時，理論差流計算值0.226 6Ie與裝置實際差流顯示值0.234Ie基本接近；在Yyd1 接線情況下，理論差流計算值0.028 4Ie，差流已接近平衡狀態(tài)。

(3)經(jīng)過理論分析、驗算，運行人員將2號主變差動保護(hù)裝置“低壓側(cè)接線方式鐘點數(shù)”整定控制字由“11”改為“1”，差流顯示0.034Ie，與理論差流計算值接近。

(4)申請投入2號主變差動保護(hù)。運行人員向調(diào)控中心申請投入2號主變差動保護(hù)，待批準(zhǔn)后，將保護(hù)裝置內(nèi)差動軟壓板、差動保護(hù)功能控制字和裝置外部差動硬壓板投入運行，差流越限告警消失，2號主變正常運行。

4 效果評價

(1)通過更改2號主變聯(lián)結(jié)組別定值后，2號主變差流越限告警消失，三側(cè)電流恢復(fù)平衡狀態(tài)，消除了差動動作隱患，保證了主變安全可靠運行。

(2)為了驗證2號主變差動保護(hù)裝置在Yyd11定值下差動保護(hù)動作值，在1號主變檢修時，將1號主變聯(lián)結(jié)組別設(shè)定為11接線，同時在1號主變高低側(cè)加入如表3所示的試驗電流，差動動作，算出差動值0.691Ie。表中，高壓側(cè)電流超前低壓側(cè)電流210°，用于模擬電流相位實際情況。

表3 1號主變?nèi)齻?cè)電流試驗電流 A

當(dāng)1號主變聯(lián)結(jié)組別設(shè)定為1接線時，同樣加入表3電流值數(shù)據(jù)，算出的差流值為0.002Ie，差動保護(hù)不動作。因此，當(dāng)?shù)蛪簜?cè)負(fù)荷電流增大到3.8 A時，保護(hù)裝置在Yyd11定值下，裝置會誤動作;同時，當(dāng)主變低壓側(cè)區(qū)外故障時，高低壓側(cè)電流會突變增大，也會導(dǎo)致主變越級差動動作，給主變帶來重大的安全隱患。

5 結(jié) 論

在負(fù)序系統(tǒng)中，主變保護(hù)裝置內(nèi)聯(lián)結(jié)組別整定值整定不當(dāng)可引起110 kV變電站主變壓器差流越限報警，通過改變保護(hù)裝置內(nèi)聯(lián)結(jié)組別定值，可使差流越限告警消失，主變恢復(fù)正常運行。對變壓器負(fù)相序差流越限告警的原因分析及處理措施可為其它變電站出現(xiàn)同類問題提供參考。