一起短路容量增大引起變壓器差動保護動作的分析

1、一起短路容量增大引起變壓器差動保護動作的分析摘要：通過對變壓器差動保護動作的故障分析和處理步驟，總結(jié)出系統(tǒng)短路容量的增大和完全依賴于設(shè)備的銘牌參數(shù)，對變壓器差動保護誤動起作一定的內(nèi)因作用，并提出了相應(yīng)的防范措施。關(guān)鍵字:短路容量 增大 變壓器 差動保護動作 電力變壓器是電力系統(tǒng)中最關(guān)鍵的主設(shè)備之一，它承擔著電壓變換，電能分配和傳輸，并提供電力服務(wù)。因此，變壓器的正常運行是對電力系統(tǒng)安全、可靠、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟運行的重要保證。微機型縱聯(lián)差動保護作為變壓器的主保護，能反映變壓器內(nèi)部相間短路故障，高壓側(cè)單相接地短路及匝間層間短路故障，它較常規(guī)保護具有靈敏度高，選擇性強，接線簡單等優(yōu)點，因此得到廣泛應(yīng)用。為

2、提高差動保護正確動作率，除選好保護設(shè)備外，還需做好設(shè)計施工、整定計算、現(xiàn)場安裝調(diào)試等一系列技術(shù)和管理工作，要統(tǒng)籌考慮系統(tǒng)的發(fā)展，短路容量的增大，如果這些工作稍有疏忽，就可能造成差動保護誤動或拒動，嚴重影響變電站安全運行。1 事故慨況2010年7月18日19：20分左右，35kv智華變電站10kv華匯線速斷保護動作跳開本線路開關(guān)，同時主變比例差動保護動作，跳開主變兩側(cè)開關(guān)，造成全站失壓。2網(wǎng)絡(luò)運行情況35kv 智華變電站于2002年農(nóng)網(wǎng)改造時建設(shè)，由于是地方縣級電網(wǎng)，智華站經(jīng)過3個35kv等級的變電站與110kv站相連，以多級串供的形勢供電。該變電站為簡易的終端變電站，35kv為單母線接線，只有

3、一條35kv進線，主變1臺，y/-11接線，主變?nèi)萘?.15mva，10kv為單母線接線，主供農(nóng)村負荷。主接線如圖1所示：在2010年5月到8月，由于10kv華匯線或華金線線路故障速斷保護動作跳閘引起主變比例差動保護動作了兩次。下面以7月18日主變比例差動動作及查找原因進行分析。3、故障現(xiàn)象3.1值班員記錄2010年7月18日19：20分，35kv智華變電站微機顯示器上彈出“#1主變比例差動保護動作”信號，事故音響喇叭響起，#1主變兩側(cè)#301和#501開關(guān)在分閘位置，同時顯示器上彈出“10kv華匯#514速斷保護動作”信號, #514開關(guān)在分閘位置，全站10kv系統(tǒng)失電。3.2 保護動作報告

4、在7月18日19:20:37時，10kv華匯線#514速斷保護動作，開關(guān)動作跳閘。故障時保護裝置記錄：ia:72.5a ic:1.5a 在7月18日19:20:37時主變差動保護動作，跳開主變兩側(cè)開關(guān)。故障時保護裝置記錄：高壓側(cè)電流：ia:12.1a ib:11.9a ic:0.3a 低壓側(cè)電流：ia:26.8a ib:26.2a ic:1.3a 差動電流： ia:17.7a ib:16.0a ic:1.1a 制流電流： ia:37.6a ib:36.8a ic:1.4a 3.3電流互感器配置情況主變高壓側(cè)#301開關(guān)為lw16-40.5型戶外六氟化硫開關(guān)，該開關(guān)內(nèi)附電流互感器lrgb-35l

5、w供測量和保護用，電流互感器為抽頭式，有75/5和100/5兩檔，實際接線選為75/5，1.0級1k11k2作為測量用（接a421、b421、c421），d級3k13k2作為差動保護用（接a411、b411、c411）。其銘牌如圖2所示：主變低壓側(cè)#501開關(guān)為zn28a-10型戶內(nèi)真空開關(guān)，電流互感器為lzzqb6-10 型單獨式 ，變比為200/5，0.5級作為測量用，10p10級作為差動保護和低后備保護用。10kv華匯#514線電流互感器為lzzqb6-10 型，變比為75/5 ，0.5級作為測量用，10p10級作為保護用。3.4 保護定值整定情況10kv華匯#514線路保護整定為三段式

6、電流保護，速斷定值為55a，0秒。主變保護設(shè)有比例差動和差動速斷保護，差動速斷定值為26a ，0秒，比例差動保護定值為：差動啟動值為2.2a，平衡系數(shù)為0.72(以低壓側(cè)為基準)。3.5 保護裝置配置主變保護裝置為重慶新世紀廠生產(chǎn)的edcs-6120型差動保護，10kv線路為edcs-6110型線路保護裝置。edcs-6120型單元的差動保護ta接線采用全y形接法，主變原、付邊電流相角差采用軟件補償。差動電流的計算公式為：式中：為高壓側(cè)參與差動計算的電流相量，其計算方法與變壓器聯(lián)接組別有關(guān)。為低壓側(cè)參與差動計算的電流相量，kp為差動平衡系數(shù)，s為相角補償，用于特殊聯(lián)接的變壓器。差動平衡系數(shù)kp

7、的計算：差動平衡系數(shù)是微機差動保護中計算差動電流時，用以補償高、低壓側(cè)電流互感器變比不配合而產(chǎn)生的差動電流的一個系數(shù)。以低壓側(cè)二次電流為基準，高壓側(cè)平衡系數(shù)kpg =35*15/1.732*10.5*40=0.724 4 保護動作分析通過事故現(xiàn)象，在#1主變差動保護動作跳閘的同時，10 kv華匯線路因速斷保護動作而跳閘，其跳閘時間與#1主變差動保護動作時間完全一致，故障相別為a、b相，該線路二次故障電流折算后與差動保護中10 kv側(cè)故障電流值非常接近，都約為1080a左右。事故后對10kv華匯線路巡線發(fā)現(xiàn)在約3km處有ab相短路故障。所以，認為主變比例差保護動作是由10kv線路故障引起的。41

8、事故后檢驗由于可斷定是由10kv線路故障引起的差動保護，屬于變壓器區(qū)外故障，因此重點對差動保護裝置進行了全面的檢查分析。但防止大電流對變壓器的損傷，還是對變壓器進行絕緣和直阻的測試。查找具體方案：a、檢查差動保護整定值，與定值通知單的數(shù)據(jù)相符。校核了平衡系數(shù)，在裝置內(nèi)平衡系數(shù)定值設(shè)定為0.72時，兩側(cè)由電流互感器引起的不平衡正好補償。b、對差動保護裝置按定值單進行了校驗，測試了動作值和動作時間，檢驗合格。c、測量電流互感器的變比，在35kv側(cè)電流互感器一次側(cè)按相加電流45a，測得變比值為15，在10kv側(cè)電流互感器一次側(cè)按相加電流40a, 測得變比值為40。檢測結(jié)果，變比符合通知單要求。d、測

9、試電流回路二次側(cè)負載。高壓側(cè)二次電流回路每相負載為1.0歐，低壓側(cè)二次電流回路每相負載為0.2歐，三相負載均平衡，電流回路接觸良好。e、檢查差動保護二次回路接線，按差動保護接線要求，高低壓兩側(cè)均接成星型接法，極性都由母線指向變壓器，接線正確，二次回路絕緣符合規(guī)程要求。f、做差動保護傳動試驗，差動繼電器動作正確，微機發(fā)信號正確，保護出口繼電器跳兩側(cè)開關(guān)動作正確，保護裝置無誤動或拒動現(xiàn)象。g、投入主變后帶負荷測試兩側(cè)電流及相位均正常，經(jīng)過平衡后測試差流約為8ma，符合要求。h、對主變壓器進行絕緣和直阻的測試，無異常。以上各項目檢查全部合格，說明差動保護裝置及二次回路接線良好，主變壓器完好，未見有故

10、障。42故障數(shù)據(jù)的分析從10kv華匯線故障數(shù)據(jù)得出10kv線路ab兩相短路電流為id=72.5*75/5=1087.5a，在差動保護裝置中主變低壓側(cè)a相電流為ia=26.8*200/5=1072a，高壓側(cè)a相電流為ia=12.1*75/5=181.5a，由此看出10kv線路故障電流與低壓側(cè)電流約相等，拆算到高壓側(cè)電流應(yīng)為ia高=1072*10.5/35=321.6a，拆算到二次側(cè)應(yīng)為21.4a，很明顯高壓側(cè)電流沒有正常傳變到二次側(cè)。43系統(tǒng)短路容量分析根據(jù)以上常規(guī)的故障查找方法，均未查出明顯的問題。既然差動保護裝置各項檢查都合格，并且該主變從2002年投運到2009年，主變差動保護從未動作。為

11、何從2010年開始在10kv線路故障引起動作了兩次？通過對電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的分析，在2009年12月,隨我縣首座220kv站投運，系統(tǒng)的短路容量增大，是否與短路電流增大有關(guān)？通過短路電流的計算，在2010年前35kv智華站10kv母線短路時流過主變高壓側(cè)電流約為370a；而隨網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生改變后，智華站10kv母線短路時流過主變高壓側(cè)電流達到560a，短路電流明顯增大。是否由短路容量增大對電流互感器的影響？但從這兩次故障性質(zhì)進行分析，都是因為10kv線路速斷動作引起的誤動，這可能與電流互感器的飽和有關(guān)。44電流互感器接線檢查因此，我們又查閱了關(guān)于電流互感器的10%誤差不滿足要求時可采用的的反事故措施：a

12、、增大差動保護用電流互感器二次回路電纜芯線截面,以減小電流互感器二次回路負載電阻。b、改善互感器特性，使用差動繼電器專用（d級）電流互感器。c、要適度增大主變電流互感器變比，以減小電流互感器通過大電流時的飽和度。d、串接備用電流互感器使允許負載增加1倍。根據(jù)這一反措原則，首先認為是高壓側(cè)二次負載1.0歐過大，因此更換了高壓側(cè)電流回路二次電纜線，由原2.5 mm2變?yōu)?.0 mm2，二次負載減為0.6歐。再是詳細檢查高壓側(cè)電流互感器，由于無測試儀器無法校驗10%誤差曲線，只有把內(nèi)附電流互感器的六氟化硫開關(guān)面板拆開詳細檢查（之前從未拆開檢查，不清楚理面還有是流互感器二次接線端子），發(fā)現(xiàn)廠家所接引出

13、線有問題，從內(nèi)置電流互感器的接線端子引出到開關(guān)內(nèi)電流端子排的二次線接線錯誤，把作為差動的d級繞組3k1-3k2接線端子誤接到電流互感器的1.0級繞組接線柱上，而端子排上已標明3k1-3k2作為差動保護用，這與開關(guān)上銘牌標示完全一致。作為調(diào)試人員只是核對銘牌標示繞組3k1-3k2是否作為差動保護，并校核電流互感器的等級。而同樣的方法檢查10kv電流互感器，由于電流互感器是是外露式，二次側(cè)及接線清楚，把10p10級作為差動保護，二次線較短，負載較小，沒有進行電纜更換。 45電流互感器的飽和分析在2010年之前, 電網(wǎng)系統(tǒng)短路容量較小，該站10kv線路較少，10kv線路近端短路幾率較少，短路電流不很

14、大時，短路電流倍數(shù)相應(yīng)較小。經(jīng)計算，同樣是10kv線路3km處三相短路，流過高壓側(cè)電流互感器故障電流約250a，短路電流倍數(shù)為3.3倍，作為1.0級的電流互感器在負載為1.0歐時還能滿足10%誤差要求，而低壓側(cè)短路電流倍數(shù)為5.8倍，負載僅0.2歐，主變差動保護就不會誤動。當系統(tǒng)短路容量增大后，假若同樣在10kv線路3km處三相短路，流過高壓側(cè)電流互感器故障電流約410a，短路電流倍數(shù)為5.5倍，作為1.0級的電流互感器在負載為1.0歐時極易進入飽和狀態(tài)，不能正常傳變電流，而低壓側(cè)短路電流倍數(shù)為6.8倍，負載僅0.2歐，ct能正常傳變電流不致于飽和，因此產(chǎn)生較大的不平衡電流，造成差動保護動作。

15、46電流互感器接線的處理問題分析確認后，我們將開關(guān)內(nèi)電流互感器把差動保護用的3k1-3k2接線端子改接在d級上，按銘牌進行改接后，端子排二次接線沒發(fā)生變化，這樣差動保護就改為真實的d級繞組。47防范措施用于差動保護的電流互感器，應(yīng)保證在變壓器正常負荷和差動保護范圍以外發(fā)生短路時，電流互感器變比誤差、角誤差都要符合要求，要按最大短路電流校核10%誤差，使流進保護的差電流近似為零。但實際上甚至選用相同型號的電流互感器，其特性曲線也總是存在某種程度的差異。這是由于鋼導磁體特性不同及裝配的情況不同所致。因此，使導磁體的磁阻改變，并使勵磁電流改變，這就出現(xiàn)了電流互感器的電流比誤差和角誤差。選用不同型號不

16、同容量的電流互感器，在二次負載和磁飽和程度不同時，對電流互感器誤差影響更大。差動保護應(yīng)選用電流互感器的準確等級為d級（具有較大的鐵芯截面），其變比要按最大短路電流校核，二次負載要按電流互感器10%誤差曲線選擇，若變比較小，可將兩只串聯(lián)使用。串聯(lián)時，變比不變，每個線圈通過全部二次電流，可以增大電流互感器的輸出容量。電流互感器在投入運行前，應(yīng)作極性和伏安特性變比試驗，變比誤差不超過10%，角誤差不超過7度，并嚴格按10%誤差特性條件進行校驗。結(jié)合網(wǎng)絡(luò)短路容量增大，對網(wǎng)絡(luò)所有差動保護電流互感器進行了全面校核，發(fā)現(xiàn)有三個站的差動電流互感器短路倍數(shù)增大較大，雖然差動保護接d級沒有接線錯誤，還沒有導致誤動，但為了減小差動保護穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)的不平衡電流，還是更換了截面較大的二次電纜，減小了二次負載。經(jīng)過近一年的運行，35kv智華站同樣是10kv線路故障，并且速斷保護動作跳閘，再未發(fā)生主變差動保護誤動作。5 故障結(jié)論 智華站主變差動保護裝置誤動，是由于系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生變化，短路容量增大較多，35kv側(cè)差動保護所用的六氟化硫斷路器內(nèi)附電流互感器的精度等級由廠家接線錯誤，等級選擇不當，當外部故障短路電流較大時，高壓側(cè)電流互感器已不滿足10%誤差曲線，不能正常