一起短路容量增大引起變壓器差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作的分析

1、一起短路容量增大引起變壓器差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作的分析摘要：通過對(duì)變壓器差動(dòng)保護(hù)動(dòng)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(duì)變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)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(dòng)保護(hù)動(dòng)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(dān)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(yùn)行是對(duì)電力系統(tǒng)安全、可靠、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要保證。微機(jī)型縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)作為變壓器的主保護(hù)，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(hù)具有靈敏度高，選擇性強(qiáng)，接線簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，因此得到廣泛應(yīng)用。為

2、提高差動(dòng)保護(hù)正確動(dòng)作率，除選好保護(hù)設(shè)備外，還需做好設(shè)計(jì)施工、整定計(jì)算、現(xiàn)場(chǎng)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(dòng)保護(hù)誤動(dòng)或拒動(dòng)，嚴(yán)重影響變電站安全運(yùn)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(hù)動(dòng)作跳開本線路開關(guān)，同時(shí)主變比例差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，跳開主變兩側(cè)開關(guān)，造成全站失壓。2網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行情況35kv 智華變電站于2002年農(nóng)網(wǎng)改造時(shí)建設(shè)，由于是地方縣級(jí)電網(wǎng)，智華站經(jīng)過3個(gè)35kv等級(jí)的變電站與110kv站相連，以多級(jí)串供的形勢(shì)供電。該變電站為簡(jiǎn)易的終端變電站，35kv為單母線接線，只有

3、一條35kv進(jìn)線，主變1臺(tái)，y/-11接線，主變?nèi)萘?.15mva，10kv為單母線接線，主供農(nóng)村負(fù)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(hù)動(dòng)作跳閘引起主變比例差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作了兩次。下面以7月18日主變比例差動(dòng)動(dòng)作及查找原因進(jìn)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(jī)顯示器上彈出“#1主變比例差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作”信號(hào)，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(shí)顯示器上彈出“10kv華匯#514速斷保護(hù)動(dòng)作”信號(hào), #514開關(guān)在分閘位置，全站10kv系統(tǒng)失電。3.2 保護(hù)動(dòng)作報(bào)告

4、在7月18日19:20:37時(shí)，10kv華匯線#514速斷保護(hù)動(dòng)作，開關(guān)動(dòng)作跳閘。故障時(shí)保護(hù)裝置記錄：ia:72.5a ic:1.5a 在7月18日19:20:37時(shí)主變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，跳開主變兩側(cè)開關(guān)。故障時(shí)保護(hù)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(dòng)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(cè)量和保護(hù)用，電流互感器為抽頭式，有75/5和100/5兩檔，實(shí)際接線選為75/5，1.0級(jí)1k11k2作為測(cè)量用（接a421、b421、c421），d級(jí)3k13k2作為差動(dòng)保護(hù)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(dú)式 ，變比為200/5，0.5級(jí)作為測(cè)量用，10p10級(jí)作為差動(dòng)保護(hù)和低后備保護(hù)用。10kv華匯#514線電流互感器為lzzqb6-10 型，變比為75/5 ，0.5級(jí)作為測(cè)量用，10p10級(jí)作為保護(hù)用。3.4 保護(hù)定值整定情況10kv華匯#514線路保護(hù)整定為三段式

6、電流保護(hù)，速斷定值為55a，0秒。主變保護(hù)設(shè)有比例差動(dòng)和差動(dòng)速斷保護(hù)，差動(dòng)速斷定值為26a ，0秒，比例差動(dòng)保護(hù)定值為：差動(dòng)啟動(dòng)值為2.2a，平衡系數(shù)為0.72(以低壓側(cè)為基準(zhǔn))。3.5 保護(hù)裝置配置主變保護(hù)裝置為重慶新世紀(jì)廠生產(chǎn)的edcs-6120型差動(dòng)保護(hù)，10kv線路為edcs-6110型線路保護(hù)裝置。edcs-6120型單元的差動(dòng)保護(hù)ta接線采用全y形接法，主變?cè)⒏哆呺娏飨嘟遣畈捎密浖a(bǔ)償。差動(dòng)電流的計(jì)算公式為：式中：為高壓側(cè)參與差動(dòng)計(jì)算的電流相量，其計(jì)算方法與變壓器聯(lián)接組別有關(guān)。為低壓側(cè)參與差動(dòng)計(jì)算的電流相量，kp為差動(dòng)平衡系數(shù)，s為相角補(bǔ)償，用于特殊聯(lián)接的變壓器。差動(dòng)平衡系數(shù)kp

7、的計(jì)算：差動(dòng)平衡系數(shù)是微機(jī)差動(dòng)保護(hù)中計(jì)算差動(dòng)電流時(shí)，用以補(bǔ)償高、低壓側(cè)電流互感器變比不配合而產(chǎn)生的差動(dòng)電流的一個(gè)系數(shù)。以低壓側(cè)二次電流為基準(zhǔn)，高壓側(cè)平衡系數(shù)kpg =35*15/1.732*10.5*40=0.724 4 保護(hù)動(dòng)作分析通過事故現(xiàn)象，在#1主變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作跳閘的同時(shí)，10 kv華匯線路因速斷保護(hù)動(dòng)作而跳閘，其跳閘時(shí)間與#1主變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作時(shí)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(dòng)保護(hù)中10 kv側(cè)故障電流值非常接近，都約為1080a左右。事故后對(duì)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(rèn)為主變比例差保護(hù)動(dòng)作是由10kv線路故障引起的。41

8、事故后檢驗(yàn)由于可斷定是由10kv線路故障引起的差動(dòng)保護(hù)，屬于變壓器區(qū)外故障，因此重點(diǎn)對(duì)差動(dòng)保護(hù)裝置進(jìn)行了全面的檢查分析。但防止大電流對(duì)變壓器的損傷，還是對(duì)變壓器進(jìn)行絕緣和直阻的測(cè)試。查找具體方案：a、檢查差動(dòng)保護(hù)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(shí)，兩側(cè)由電流互感器引起的不平衡正好補(bǔ)償。b、對(duì)差動(dòng)保護(hù)裝置按定值單進(jìn)行了校驗(yàn)，測(cè)試了動(dòng)作值和動(dòng)作時(shí)間，檢驗(yàn)合格。c、測(cè)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(cè)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(cè)得變比值為40。檢測(cè)結(jié)果，變比符合通知單要求。d、測(cè)

9、試電流回路二次側(cè)負(fù)載。高壓側(cè)二次電流回路每相負(fù)載為1.0歐，低壓側(cè)二次電流回路每相負(fù)載為0.2歐，三相負(fù)載均平衡，電流回路接觸良好。e、檢查差動(dòng)保護(hù)二次回路接線，按差動(dòng)保護(hù)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(dòng)保護(hù)傳動(dòng)試驗(yàn)，差動(dòng)繼電器動(dòng)作正確，微機(jī)發(fā)信號(hào)正確，保護(hù)出口繼電器跳兩側(cè)開關(guān)動(dòng)作正確，保護(hù)裝置無誤動(dòng)或拒動(dòng)現(xiàn)象。g、投入主變后帶負(fù)荷測(cè)試兩側(cè)電流及相位均正常，經(jīng)過平衡后測(cè)試差流約為8ma，符合要求。h、對(duì)主變壓器進(jìn)行絕緣和直阻的測(cè)試，無異常。以上各項(xiàng)目檢查全部合格，說明差動(dòng)保護(hù)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(dòng)保護(hù)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(dòng)保護(hù)裝置各項(xiàng)檢查都合格，并且該主變從2002年投運(yùn)到2009年，主變差動(dòng)保護(hù)從未動(dòng)作。為

11、何從2010年開始在10kv線路故障引起動(dòng)作了兩次？通過對(duì)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的分析，在2009年12月,隨我縣首座220kv站投運(yùn)，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(jì)算，在2010年前35kv智華站10kv母線短路時(shí)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(shí)流過主變高壓側(cè)電流達(dá)到560a，短路電流明顯增大。是否由短路容量增大對(duì)電流互感器的影響？但從這兩次故障性質(zhì)進(jìn)行分析，都是因?yàn)?0kv線路速斷動(dòng)作引起的誤動(dòng)，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(shí)可采用的的反事故措施：a

12、、增大差動(dòng)保護(hù)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(fù)載電阻。b、改善互感器特性，使用差動(dòng)繼電器專用（d級(jí)）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(shí)的飽和度。d、串接備用電流互感器使允許負(fù)載增加1倍。根據(jù)這一反措原則，首先認(rèn)為是高壓側(cè)二次負(fù)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(fù)載減為0.6歐。再是詳細(xì)檢查高壓側(cè)電流互感器，由于無測(cè)試儀器無法校驗(yàn)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(xì)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(cuò)誤，把作為差動(dòng)的d級(jí)繞組3k1-3k2接線端子誤接到電流互感器的1.0級(jí)繞組接線柱上，而端子排上已標(biāo)明3k1-3k2作為差動(dòng)保護(hù)用，這與開關(guān)上銘牌標(biāo)示完全一致。作為調(diào)試人員只是核對(duì)銘牌標(biāo)示繞組3k1-3k2是否作為差動(dòng)保護(hù)，并校核電流互感器的等級(jí)。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(jí)作為差動(dòng)保護(hù)，二次線較短，負(fù)載較小，沒有進(jìn)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(shí)，短路電流倍數(shù)相應(yīng)較小。經(jīng)計(jì)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(jí)的電流互感器在負(fù)載為1.0歐時(shí)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(fù)載僅0.2歐，主變差動(dòng)保護(hù)就不會(huì)誤動(dòng)。當(dāng)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(jí)的電流互感器在負(fù)載為1.0歐時(shí)極易進(jìn)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(fù)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(dòng)保護(hù)動(dòng)作。

15、46電流互感器接線的處理問題分析確認(rèn)后，我們將開關(guān)內(nèi)電流互感器把差動(dòng)保護(hù)用的3k1-3k2接線端子改接在d級(jí)上，按銘牌進(jìn)行改接后，端子排二次接線沒發(fā)生變化，這樣差動(dòng)保護(hù)就改為真實(shí)的d級(jí)繞組。47防范措施用于差動(dòng)保護(hù)的電流互感器，應(yīng)保證在變壓器正常負(fù)荷和差動(dòng)保護(hù)范圍以外發(fā)生短路時(shí)，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(jìn)保護(hù)的差電流近似為零。但實(shí)際上甚至選用相同型號(hào)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(dǎo)磁體特性不同及裝配的情況不同所致。因此，使導(dǎo)磁體的磁阻改變，并使勵(lì)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(hào)不

16、同容量的電流互感器，在二次負(fù)載和磁飽和程度不同時(shí)，對(duì)電流互感器誤差影響更大。差動(dòng)保護(hù)應(yīng)選用電流互感器的準(zhǔn)確等級(jí)為d級(jí)（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(fù)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(shí)，變比不變，每個(gè)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(yùn)行前，應(yīng)作極性和伏安特性變比試驗(yàn)，變比誤差不超過10%，角誤差不超過7度，并嚴(yán)格按10%誤差特性條件進(jìn)行校驗(yàn)。結(jié)合網(wǎng)絡(luò)短路容量增大，對(duì)網(wǎng)絡(luò)所有差動(dòng)保護(hù)電流互感器進(jìn)行了全面校核，發(fā)現(xiàn)有三個(gè)站的差動(dòng)電流互感器短路倍數(shù)增大較大，雖然差動(dòng)保護(hù)接d級(jí)沒有接線錯(cuò)誤，還沒有導(dǎo)致誤動(dòng)，但為了減小差動(dòng)保護(hù)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(fù)載。經(jīng)過近一年的運(yùn)行，35kv智華站同樣是10kv線路故障，并且速斷保護(hù)動(dòng)作跳閘，再未發(fā)生主變差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作。5 故障結(jié)論 智華站主變差動(dòng)保護(hù)裝置誤動(dòng)，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(dòng)保護(hù)所用的六氟化硫斷路器內(nèi)附電流互感器的精度等級(jí)由廠家接線錯(cuò)誤，等級(jí)選擇不當(dāng)，當(dāng)外部故障短路電流較大時(shí)，高壓側(cè)電流互感器已不滿足10%誤差曲線，不能正常