sel587變壓器差動保護(hù)誤動

1、三峽工程·壇子嶺變電站SEL587變壓器差動保護(hù)誤動分析熊德勇（長江三峽水電工程有限公司三峽供電局，湖北省宜昌市三峽壩區(qū) 443133）Analyzing the mis-operation of TanZiLing Transformer substation differential protection relay in Three Gorges engineering Xiong deyongmail to: xdy_2000Three Gorges power supply bureau Yangtse River hydro-electric engineering co

2、rporation摘要三峽工程壇子嶺變電站內(nèi)兩臺主變壓器差動保護(hù)皆采用的是美國SEL公司(Schweitzer Engineering Laboratories Inc.)SEL587型繼電保護(hù)裝置，該保護(hù)在國內(nèi)有一定的市場占有率。本文從該站SEL587差動保護(hù)誤動原因分析入手，闡述了其故障查尋方法、差流及比率制動特性的定量分析方法；并提出了在繼電保護(hù)設(shè)備安裝、調(diào)試過程中應(yīng)重視的幾點建議。SummarySEL587 type relay of Schweitzer Engineering Laboratories inc. of U.S. is used in the two transfor

3、mer differential protections of TanZiLing transformer substation in Three Gorges engineering , it is used widely by China. The mis-operation reasons of the substation relay were analyzed by the paper. The paper described the method of fault solution and vector analyze , and several suggests in the p

4、rotection relay installing and testing are brought forward in the end .關(guān)鍵詞壇子嶺SEL587變壓器差動保護(hù)測量精度CT多繞組穿越性故障KeywordsTanZiLingSEL587transformerdifferential protectionMeasuring accuracyCTmulti-windingthrough fault¨ 故障現(xiàn)象某日12: 02，三峽工程壇子嶺變電站（以下簡稱壇站）1BSEL587變壓器差動保護(hù)裝置動作，跳1B高低壓側(cè)開關(guān)； 10KV出線柜G4K31的過流保護(hù)裝置SEL35

5、1A發(fā)trip命令，但并未跳閘。故障時系統(tǒng)接線方式見圖1所示。（圖中用紅色填充的短路器表示合閘，否則為斷開）¨ 收集故障信息檢修人員首先對壇站的1B差動保護(hù)裝置SEL587故障錄波文件進(jìn)行了翻查。文件顯示該日12：02：39. 953 ，A、B、C三相差動保護(hù)動作。故障時，1B高壓側(cè)CT二次電流AW1 =9.011.8°A，BW1 =7.4258.3°A，CW1 =7.7135.3°A，IQW1 =0.9A(負(fù)序電流)，INW1 =2.4A（矢量和零序電流）；1B低壓側(cè)CT二次電流AW2 =14.3207.1°A，BW2 =11.893.2&#

6、176;A，CW2 =13.8346.3°A，IQW2 =0.9A，INW2 =0.7A。其次,查看G4K31柜的SEL351A過流保護(hù)裝置故障錄波文件，事件記錄顯示：12: 01: 04.61 A B C T , IA =4527A, IB =5043A, IC =4563A, IN =0A, IG =9A(零序電流), 3I2 =3707A（均為一次電流值）。表明該出線有三相接地短路故障發(fā)生,保護(hù)發(fā)trip(跳閘)命令。后經(jīng)對時，SEL587事件記錄時間比SEL351A快1分多。再者，對壇站的上級站陳家沖站（簡稱陳站）1B高壓側(cè)電流、35kv I母電壓錄波文件翻查,故障錄波顯示該

7、日12：05：29：5535 ，陳站1B 高壓側(cè)A、B、C三相一次電流高達(dá)165A，為故障前8倍；同時陳站35kv I母A、B、C三相一次相電壓峰值垮至20kv，約為正常電壓的0.7倍。后經(jīng)對時，陳站故障錄波時間比壇站的快2分多。檢查差流相關(guān)回路經(jīng)分析故障時系統(tǒng)接線方式及上述故障錄波文件，發(fā)現(xiàn)1B差動保護(hù)高壓側(cè)回路中二次電流有相移，中性點電流也較大，于是重點檢查高壓側(cè)電流回路。在31DL開關(guān)柜內(nèi)進(jìn)行了如下項目的檢查：分別檢查三相CT二次繞組的對地及組間絕緣（2500v搖表）,未見異常; 由于CT資料欠缺，不清楚CT本體內(nèi)部二次繞組的連接方式，因此分別檢查三相CT二次繞組的直流電阻。由試驗數(shù)據(jù)得

8、知（參見附表2）：該型號CT的 1-2繞組、3-4繞組分別為抽頭方式；在柜內(nèi)端子排上，發(fā)現(xiàn)繞組1、3被短接（俗稱封住）。分別檢查三相CT的伏安特性（參見附表3）,未見異常;. 檢查SEL587差動裝置的測量精度，發(fā)現(xiàn)裝置的高壓側(cè)測量回路中A相測量精度超標(biāo)，約達(dá)20%（參見附表4）。這是本次誤動的主要原因所在。圖1. 故障時系統(tǒng)接線方式2B1B陳船I-船壇線陳壇II線2G4k31出線35kv10kvSel587差動方向過流2k4k35kv開關(guān)柜10kv開關(guān)柜YY3003231d3o永久船閘壇子嶺站Fig1. The connections of the system fault happenin

9、g動作原因分析在上述檢查過程中：發(fā)現(xiàn)壇站1B高壓側(cè)每相CT的四個繞組中有兩個二次繞組1、3被短接；但由檢查過程中所測量的CT二次直流電阻推斷：CT二次繞組1、2為抽頭式，繞組3、4為抽頭式。該型號CT本體內(nèi)部繞組連接方式見圖所示。（僅以A相為例，B、C相同此圖） 對于二次為抽頭式、多繞組的CT，如果有一個繞組使用，則在其本體內(nèi)部互連的其它繞組端子不能封住。這可以用磁勢平衡方程式來解釋。2k11k12k2(1k2)3k1（4k1）3k24k2至差動回路500/5A至方向過流回路500/5AI11k1-1k2、3k1-3k2要開路，不能封！圖. 壇站主變壓器高壓側(cè)CT本體內(nèi)部繞組連接示意（A相）F

10、ig2. The connections inside of CT以該差動保護(hù)使用的繞組2k1-2k2為例。在電流互感器正常運行時，根據(jù)磁勢平衡方程式： I1 N1-I2 N2k1-2k2 =I0 N1 ，因一次磁勢I1 N1絕大部分被二次磁勢I2 N2k1-2k2所抵消，所以總的磁勢I0 N1很小，即激磁電流I 0很小，只有一次電流 I1 的百分之幾，因此在鐵芯中的磁通很小，而二次繞組中感應(yīng)的電動勢2不大。如果短接1k1-1k2，則有電流I2 流過1k1-1k2，磁勢平衡方程式變?yōu)椋?I1 N1-（I2 N2k1-2k2 + I2 N1k1-1k2 ）=I0 N1 ，因I0 N1 很小，基本

11、不變，因此，流過2k1-2k2 的電流I2變小，由此使得差動保護(hù)的不平衡電流增大。檢查該保護(hù)的有關(guān)整定值知：TAP1=3.3（變壓器高壓側(cè)電流調(diào)節(jié)變比：）；TAP2=3.85（變壓器低壓側(cè)電流調(diào)節(jié)變比：）；(相對于國內(nèi)的稱謂，TAP1，2值為變壓器在額定負(fù)荷下的高、低壓側(cè)CT二次差動臂上的電流。當(dāng)CT接線采用Y形時，TAP1，2值為CT二次額定電流；當(dāng)CT接線采用時，為CT二次額定電流的倍。SEL587的相關(guān)運算一般以變壓器高壓側(cè)為基準(zhǔn)。）O87P=0.3（制動元件動作電流啟動值，設(shè)置為TAPmin的倍數(shù)）；SLP1=40（制動折線1百分比率，亦即折線斜率K=0.4）；SLP2=OFF（制動折

12、線2停用）；上述式中：MVA變壓器的額定容量；VWDG1高壓側(cè)線電壓；VWDG2低壓側(cè)線電壓；CTR1變壓器高壓側(cè)CT變比；CTR2變壓器低壓側(cè)CT變比；TAPmin取TAP1、TAP2中的較小值。SEL587保護(hù)裝置的比率制動特性曲線如圖所示。IoIopIRT圖. 差動比率制動特性曲線dFig3. The characteristic based to differential rating restraining圖中：Io=O87P*TAP1=0.3*3.3=0.99（A），為差流平臺值（門檻）。（當(dāng)使用單相電流在高壓側(cè)做差動保護(hù)門檻值試驗時，Io=*O87P*TAP1=*0.99=1.7

13、1A；在低壓側(cè)做差動保護(hù)門檻值試驗時，Io= O87P*TAP20.3*3.85=1.16A。）根椐該保護(hù)裝置故障錄波文件所載的數(shù)據(jù)，進(jìn)行差流向量計算如下：|OP1|=|da/(*TAP1)|=|(AW1-BW1)/(*TAP1)+AW2/TAP2|=|(9.011.8°-7.4258.3°)/(*3.3)+ 14.3207.1°/3.85|=1.51;|OP2|=|(BW1-CW1)/(*TAP1)+BW2/TAP2|=|(7.4258.3°-7.7135.3°)/(*3.3)+ 11.893.2°/3.85|=1.0;|OP3|=

14、|(CW1-AW1)/(*TAP1)+ 13.8346.3°/3.85+CW2/TAP2|=|(7.7135.3°-9.011.8°)/(*3.3)+ 13.8346.3°/3.85 |=1.01;制動電流為：IRT1=(AW1-BW1)/(*TAP1)+AW2/TAP2/2 | (9.011.8°-7.4258.3°) / (*3.3) | + | 14.3207.1°/3.85 | /2 =3.06IRT2=(BW1-CW1)/(*TAP1)+BW2/TAP2/2 | (7.4258.3°-7.7135.3&#

15、176;) / (*3.3) | + | 11.893.2°/3.85 | /2 =2.7 IRT3=(CW1-AW1)/(*TAP1)+CW2/TAP2/2 | (7.7135.3°-9.011.8°) / (*3.3) | + | 13.8346.3°/3.85 | /2 =3.09從上述計算中得出： A相差流位于差動保護(hù)制動特性的折線之上(參見圖，a點)，因此動作；而B、C相差流均位于折線之下，并不動作（參見圖，b、c點）。由于本次三相故障是因受電端三相接地線未拆除，誤合線路而引起，所以差動保護(hù)、三相動作行為應(yīng)一致，但從上述分析中得知僅相動作；為此

16、，對保護(hù)動作行為進(jìn)一步分析，得出結(jié)論：裝置的高壓側(cè)測量回路中A相測量精度超標(biāo)達(dá)-20%，最終引起差流增大而致保護(hù)誤動。當(dāng)裝置無誤差時，保護(hù)不會動作。向量分析如下圖示，同時參見圖3中d點。圖4.測量精度無-20%誤差時，差流向量分析Fig4. Analyze of the differential current vector with -20% measuring error為確保本保護(hù)在發(fā)生變壓器區(qū)外穿越性三相短路故障時能正確可靠不動作，在現(xiàn)有整定參數(shù)下，對本裝置高壓側(cè)測量通道的整體誤差（指CT誤差、裝置精度誤差累計值）容許值展開了定量分析，結(jié)果表明：若整體誤差達(dá)到-20%時（以A相為例），

17、向量分析結(jié)果為：K=0.4（這里不再詳述），保護(hù)處于臨界狀態(tài)，極可能動作。也屬巧合，假設(shè)本次誤動中高壓側(cè)CT回路正常、無誤差，僅裝置測量精度有-20%誤差，保護(hù)同樣也會動作。因此，針對本變壓器保護(hù)裝置，高壓側(cè)測量通道的整體誤差必需小于20%，才能保證其可靠性。G4K31出線的SEL351A電流保護(hù)雖檢測到故障并發(fā)跳閘令，但因1B差動保護(hù)先動作跳閘，所以SEL351A的出口中間繼電器返回而未跳閘。在永久船閘處，靠近故障點的電流保護(hù)（反時限特性）動作（據(jù)船閘處有關(guān)人員講）；但未去證實。對此尚存疑問，如果該處保護(hù)先跳，差動就不會動作？事實上，差動動作時，故障電流仍然存在，除非其保護(hù)有跳閘自保持回路，

18、或剛巧與差動同時跳閘（可能性極小）。一般而言，微機差動保護(hù)因其軟件算法要求較為嚴(yán)格（如半波傅立葉、采樣值差動算法等），動作速度最快；而一般電流保護(hù)的動作速度不及它。解決問題，恢復(fù)運行針對上述故障原因，檢修人員對SEL587裝置進(jìn)行了更換，并將CT的繞組1、3拆封。在1B送負(fù)荷時，測量差動保護(hù)六角圖如下。Ûb=57.58vÛa=57.9vÛaÛcÛbÎaÎbÎca=28.2ºb=31.2ºc=31º圖5. 低壓側(cè)六角圖Fig5. Hexagon vector of the low vol

19、tage sideÛc=58.08vÎa=0.099AÎc=0.096AÎb=0.098AUaUb=119.5°°UbUc=119.8°UcUa=120.7°IaIb=122.1°IcIa=117.8°IbIc=120.2°注意：低壓側(cè)CT二次電流的角差超過2°，說明CT質(zhì)量不是太好。因此，在整定時需考慮這種誤差，并躲過。ÛaÛcÛbÎcÎaÎba=204.8ºb=206.6ºc=204.8

20、86;圖6. 高壓側(cè)六角圖Fig6. Hexagon vector of the high voltage sideÛa=59.47vÛc=59.29vÛb=59.24vIcIa=118.9°IbIc=118.9°IaIb=122.3°UcUa=119.9°UbUc=119.8°Îc=0.051AÎb=0.052AÎa=0.052AUaUb=120.2°注意：高壓側(cè)CT的角差亦超過了2°。檢查SEL587裝置，顯示參數(shù)如下：差流：Iop1=0A , Iop2=0A

21、, Iop3=0A ;制動電流：Irt1=0.2A , Irt2=0.2A , Irt3=0.2A; 由此得出結(jié)論: 保護(hù)裝置已恢復(fù)正常。¨ 設(shè)備安裝、調(diào)試過程中應(yīng)重視的幾點建議在設(shè)備安裝、調(diào)試過程中一定要重視保護(hù)裝置測量精度的調(diào)試及搞清楚CT本體內(nèi)部二次繞組結(jié)構(gòu)。對于工程施工供電系統(tǒng)，由于受電用戶在現(xiàn)場臨時搭接電源、用電管理素質(zhì)差錯不齊，事故發(fā)生率很高，因此對繼電保護(hù)的測量精度要求就相當(dāng)高，尤其是差動保護(hù)裝置，當(dāng)其測量精度有偏差時，不平衡電流就會增大，在區(qū)外有穿越性故障時極易誤動。CT的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有著其不同于變壓器、電壓互感器的特殊性，因其每個二次繞組的用途不同，如測量、保護(hù)精度等級

22、、變比以及飽和特性曲線的不同，因此，在每個鐵芯上僅繞一個二次繞組（抽頭式中只能接一個繞組，其他內(nèi)部互連端需開路；CT二次繞組不能開路并非指的這種情況），繞組間經(jīng)絕緣后層疊，最后整體由環(huán)氧樹脂等絕緣體封狀。如不清楚其結(jié)構(gòu)方式，隨意開路、短接CT二次將造成人身和設(shè)備事故。¨ 附表1：壇站1B高壓側(cè)CT銘牌數(shù)據(jù)（31DL柜內(nèi)）型號：RDZD -35B廠家：上海華通開關(guān)廠絕緣水平：40.5/95/180kv額定變比：200-500/5準(zhǔn)確等級：200/5 10P20 , 500/5 P204K14K2 500/5 4P20 3K13K2 200/5 10P201K11K2 200/5 10P

23、20 2K12K2 500/5 P20額定輸出：1K11K2 10VA ， 2、3繞組 20VA ， 4K14K2 40VA額定短時熱電流：2s 40KA¨ 附表2：CT二次直阻測量數(shù)據(jù)繞組直流電阻（m）1k1-1k293.652k1-2k2224.23k1-3k21514k1-4k2371.3繞組間直流電阻（m）1k1-2k113961k1-2k294151k2-2k122451k2-2k24.53k1-4k13713k1-4k236913k2-4k115413k2-4k222672k1-3k11k2-4k2結(jié)論推斷：繞組1、2為抽頭式結(jié)構(gòu)，繞組3、4為抽頭式結(jié)構(gòu)2k11k12k2(1k2)3k1（4k1）3k24k2 ¨ 附表3：CT二次伏安特性數(shù)據(jù)（用250v 、12A/3000VA調(diào)壓器）A相 2K12K2（差動