110kV主變比率差動保護(hù)誤動原因分析及處理

易吉林

（貴州省水利投資（集團(tuán)）有限責(zé)任公司,貴州 貴陽 550000）

隨著我國電力事業(yè)的不斷向前發(fā)展,在日常供電工作過程中,變壓器差動保護(hù)以變壓器各側(cè)電流工作的大小和方向作為主要的判斷工作依據(jù),實現(xiàn)對反應(yīng)變壓器內(nèi)外部故障的快速防護(hù),充分保證變壓器運(yùn)行的安全性,保證變電站的供電工作正常進(jìn)行。但是就目前供電管理工作,尤其是部分水電站的日常供電管理工作而言,并沒有對變壓器的差動保護(hù)引起足夠重視,在一定程度上影響了供電工作的穩(wěn)定性和協(xié)調(diào)性,需要對其進(jìn)行有效解決,以保證變壓器的高效、穩(wěn)定運(yùn)行,提高供電效率。

1 事前運(yùn)行方式

事前某水電站中的1#、2#、5#機(jī)組實現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電運(yùn)行和工作,帶負(fù)荷142.5 MW。1#機(jī)組經(jīng)過1#主變、5#機(jī)組經(jīng)過4#主變升壓之后并聯(lián)直接輸送到110 kVⅠ回線路當(dāng)中,2#機(jī)組經(jīng)過2#主變升壓直接輸送到110 kVⅡ回線路[1],110 kV母線分段工作（母聯(lián)110 斷路器處于分閘工作位置）。

2 事件主設(shè)備情況

該電站#1主變保護(hù)使用北京四方繼保自動化股份有限公司生產(chǎn)的CSC-316 M型數(shù)字式變壓器防護(hù)裝置,事件主設(shè)備見表1、比率差動保護(hù)定值見表2。

表1 事件主設(shè)備情況

表2 比率差動保護(hù)定值

3 主變比率差動保護(hù)動作簡述

2020年8月8日下午5∶00整,值班工作人員在工作過程中發(fā)現(xiàn)電站出現(xiàn)主變比率差動保護(hù)誤動,值班人員隨即根據(jù)操作規(guī)章制度和技術(shù)要求對電站各供電設(shè)備進(jìn)行了排查,在排查中發(fā)現(xiàn),電站出現(xiàn)主變比率差動保護(hù)動作,跳開110 kVI回線線路101 斷路器,同時斷開1#發(fā)電機(jī)組出口021 的斷路器,1#機(jī)組從系統(tǒng)當(dāng)中解列停機(jī),5#機(jī)組報失磁保護(hù)動作,5#機(jī)組從系統(tǒng)當(dāng)中解列停機(jī),隨后值班人員按照規(guī)章制度上報問題。

4 檢查情況

在本次事件產(chǎn)生后值班工作人員,現(xiàn)場檢查1#主變保護(hù)工作裝置,發(fā)現(xiàn)：A、B、C三項比率差動保護(hù)動作,動作時間分別為106 ms、112 ms以及118 ms。

5 動作情況分析

通過圖2圖像分析可以看出,在19時04分01秒628 ms,從110 kVI段母線的零序電壓上可以看到系統(tǒng)出現(xiàn)一個小型的擾動情況,并且從110 kVI回線線路的電流可以看出,B相的電流量有所降低,并且此擾動造成1#主變差動保護(hù)啟動,觀察1#、2#發(fā)電機(jī)組電流均不存在明顯的變化情況。

從電流電壓量變化來看,保護(hù)啟動90 ms后,從110 kVI回線路三相電流量明顯上升,有效值從故障之前的0.3 A大小上升到了0.47 A,而110 kV母線電壓從產(chǎn)生故障之前的62 V,下降到了54 V左右；從電流和電壓的對應(yīng)關(guān)系來看,在故障產(chǎn)生之前I回線路當(dāng)中的電壓和電流相位角基本同相,線路送純有功（此次三臺機(jī)組無功很小,功率因素趨近于1）,而保護(hù)跳閘時該電流的超前電壓相角在45°左右,該電站110 kVI回線路針對系統(tǒng)處于進(jìn)相工作狀態(tài),說明有機(jī)組失磁進(jìn)相運(yùn)行；5#機(jī)組為工程發(fā)生設(shè)計變更實施以機(jī)代閥泄放生態(tài)流量增設(shè),設(shè)計未考慮未將5#機(jī)組110 kV高壓側(cè)電流引入到1#主變壓器的CSC-316 M差動保護(hù)裝置當(dāng)中,因此5#機(jī)組110 kV高壓側(cè)電流突變,極可能引起1#主變比率差動保護(hù)動作,另外5#機(jī)組失磁保護(hù)動作延時時間為0.5 s,大于主變保護(hù)比率差動保護(hù)動作時間,結(jié)合5#機(jī)組報失磁保護(hù)動作停機(jī)的情況,懷疑5#機(jī)組失磁導(dǎo)致1# 主變比率差動保護(hù)誤動。

6 推論演算

6.1 計算有功功率

由于故障前110 kV梭寨I回線的電流和電壓同相,線路送純有功,設(shè)該電流對應(yīng)的電磁功率就是平寨電站1#機(jī)和5#機(jī)的有功功率之和。根據(jù)當(dāng)時的電壓和電流值可計算有功功率為：

這與1#機(jī)68 MW和5#機(jī)6.4 MW的功率總和74.4 MW是接近的。

6.2 計算視在功率

根據(jù)故障時110 kVI母線電壓以及110 kV梭寨I回線路的電流,可計算出當(dāng)時線路的視在功率為：

6.3 計算進(jìn)相無功

由此可計算#5機(jī)失磁時的進(jìn)相無功為：

6.4 計算線路功率因數(shù)及電流電壓相角差

此功率對應(yīng)110 kV輸出I回線路潮流的功率因數(shù)為：

對應(yīng)電流電壓相角差為φ= arccos0.733=42.86°。

6.5 計算#1主變的差流

該進(jìn)相無功基本上對應(yīng)1#主變的差流,其電流值為：

演算結(jié)論和現(xiàn)場實際相符,該起保護(hù)誤動由5#機(jī)組失磁導(dǎo)致。正常運(yùn)行情況下,由于5#機(jī)功率不大,額定工況下在主變差動回路產(chǎn)生差流僅為30 mA,不會引起差動保護(hù)異常。而此次事件中,當(dāng)5#機(jī)組失磁之后,無功電流使1#主變的差動電流超過差動保護(hù)門檻0.14 A,致使保護(hù)誤動。由于5#機(jī)組失磁保護(hù)動作延時時間為0.5 s,因此造成主變比率差動保護(hù)動作后,5# 機(jī)組才報失磁保護(hù)動作停機(jī)現(xiàn)象,上述判斷經(jīng)過調(diào)度中心及電科院專家現(xiàn)場調(diào)查復(fù)核。

7 暴露的問題

在整個供電系統(tǒng)中,5#機(jī)組并非項目施工原有機(jī)組,而是在工程開展過程中,為了滿足工程建設(shè)以及后期整個供電系統(tǒng)的運(yùn)行需求,臨時通過專家會審和設(shè)計變更而增設(shè)的機(jī)組,該機(jī)組實施以機(jī)代閥泄放生態(tài)流量,與年初才正式投入運(yùn)行。5#機(jī)組裝機(jī)6400 kW,在設(shè)計變更中,由于機(jī)組的設(shè)計單位并沒有將4#主變高壓側(cè)103 斷路器設(shè)備電流引入到1#主變壓器的CSC-316 M保護(hù)裝置中,也沒有考慮將1#主變保護(hù)器和103 斷路器回路之間進(jìn)行銜接,最終導(dǎo)致整個機(jī)組安裝完成之后出現(xiàn)了保護(hù)誤動,存在設(shè)計隱患。

8 整改措施

為有效解決該設(shè)計缺陷問題,解決機(jī)組主變比率差動保護(hù)誤動,確保整個供電系統(tǒng)的高效、穩(wěn)定運(yùn)行,提高供電效率,業(yè)主單位在通過檢修排查發(fā)現(xiàn)問題后,第一時間聯(lián)系了機(jī)組的設(shè)計單位,并要求設(shè)計單位派遣專家技術(shù)人員到現(xiàn)場進(jìn)行復(fù)核,充分明確問題所在,然后根據(jù)之前的設(shè)計圖紙和變更圖紙,針對保護(hù)誤動問題進(jìn)行了深化設(shè)計。在深化設(shè)計中,將4#主變高壓側(cè)103 斷路器TA電流接入1#主變壓器CSC-316 M差動保護(hù)裝置,引入1#主變保護(hù)動作聯(lián)跳4#主變高壓側(cè)103 斷路器跳閘回路,并對其他相應(yīng)細(xì)節(jié)進(jìn)行了細(xì)化,杜絕問題的二次發(fā)生。

9 整改效果

1#主變與4#主變銜接部分未引入TA電流和跳閘回路按照設(shè)計圖紙完成整改工作后,開展試驗驗證如下。

1）對差動保護(hù)裝置各側(cè)TA回路進(jìn)行加量,裝置各側(cè)TA回路采樣正確；

2）驗證平衡系數(shù),高壓側(cè)平衡系數(shù)是1,在高壓側(cè)加三相1A電流,差流為1 A,高壓3 側(cè)平衡系數(shù)是0.833,在高壓3側(cè)加三相0.833 A電流,差流為0.833 A,低壓1側(cè)平衡系數(shù)是0.473,在低壓1 側(cè)加三相1 A電流,差流為0.473 A,各側(cè)平衡系數(shù)正確。

3）投入差動保護(hù)投退硬壓板,合上4#主變高壓則103斷路器,110 kV梭寨I回101 斷路器,分別在高壓側(cè)、高壓3側(cè)、低壓1 側(cè)加單側(cè)電流,使之差動保護(hù)動作,投入跳主開關(guān)硬壓板,110 kV梭寨I回101 斷路器跳閘,投入聯(lián)跳4#主變高壓側(cè)硬壓板,4#主變高壓側(cè)103斷路器跳閘,用相同的方法驗證高后備保護(hù)動作后能可靠跳開110 kV梭寨I回101、4#主變高壓側(cè)103 斷路器,保護(hù)跳閘出口邏輯正確。

10 結(jié)語

電站供電的穩(wěn)定性和安全性關(guān)系到千家萬戶,因此,在電站的日常供電管理工作中,必須要對各類供電問題進(jìn)行檢查,確保繼電保護(hù)的正確性,避免保護(hù)誤動是廣大繼電保護(hù)工作者的職責(zé)和使命。而在整個供電系統(tǒng)中,繼電保護(hù)誤動作的情況千差萬別,是多種因素的結(jié)合和巧合,這就需要工作人員保持認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度,只有在工作中善于分析,不斷地總結(jié)和提高,嚴(yán)格執(zhí)行各種規(guī)范,不折不扣落實反措的要求,才能把繼電保護(hù)的誤動作降到最低。