35 kV主變壓器高壓側(cè)后備保護(hù)誤動(dòng)作事故分析

黃興，楊琳琳，韓濤，王寧

（國(guó)網(wǎng)山東省電力公司萊蕪供電公司，山東萊蕪271100）

35 kV主變壓器高壓側(cè)后備保護(hù)誤動(dòng)作事故分析

黃興，楊琳琳，韓濤，王寧

（國(guó)網(wǎng)山東省電力公司萊蕪供電公司，山東萊蕪271100）

某35 kV變電站一10 kV出線故障，造成1號(hào)主變壓器高壓側(cè)后備保護(hù)誤動(dòng)作跳開(kāi)10 kV高壓側(cè)后備保護(hù)分段開(kāi)關(guān)。通過(guò)理論計(jì)算及定值分析，發(fā)現(xiàn)保護(hù)越級(jí)動(dòng)作的主要原因是主變壓器高壓側(cè)后備保護(hù)定值設(shè)置不合適。當(dāng)負(fù)荷電流較大時(shí)，有可能出現(xiàn)主變壓器高壓側(cè)后備保護(hù)先于線路保護(hù)動(dòng)作的情況。

主變壓器；高壓側(cè)后備保護(hù)；相間短路；定值

0　引言

高壓側(cè)復(fù)合電壓閉鎖方向過(guò)電流保護(hù)因外部相間短路引起的過(guò)電流而動(dòng)作，它可作為變壓器內(nèi)部相間短路故障時(shí)差動(dòng)保護(hù)和瓦斯保護(hù)的后備保護(hù)，也可作為其他側(cè)的后備保護(hù)［1］。繼電保護(hù)裝置必須滿足可靠性、選擇性、速動(dòng)性、靈敏性的基本要求，正確而合理的整定計(jì)算是實(shí)現(xiàn)上述要求的關(guān)鍵，是繼電保護(hù)裝置正確發(fā)揮作用，保障電氣設(shè)備安全，維持電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)。結(jié)合一起變壓器高壓側(cè)后備保護(hù)誤動(dòng)作事故，分析保護(hù)定值選取原理，為類似故障提供分析和處理思路。

1　故障經(jīng)過(guò)

2014-07-18，某35 kV變電站一10 kV出線故障，造成1號(hào)主變壓器高壓側(cè)后備保護(hù)動(dòng)作跳開(kāi)10 kV分段開(kāi)關(guān)，損失部分負(fù)荷。該35 kV系統(tǒng)為單母接線方式，10 kV系統(tǒng)為單母分段接線方式，35 kV 11開(kāi)關(guān)通過(guò)1號(hào)主變壓器帶10 kVⅠ、Ⅱ段母線負(fù)荷，2號(hào)主變壓器熱備用。10 kVⅠ段母線帶63、65、67開(kāi)關(guān)運(yùn)行，10 kVⅡ段母線帶64、66、68、610開(kāi)關(guān)及一組電容器運(yùn)行，如圖1所示。

圖1　某35 kV變電站一次系統(tǒng)圖

15∶46∶47.523，1號(hào)主變壓器高壓側(cè)后備保護(hù)過(guò)流I段保護(hù)啟動(dòng)，啟動(dòng)值Ic=3.42 A；15∶46∶47.873，10 kV 67開(kāi)關(guān)過(guò)流Ⅱ段保護(hù)啟動(dòng)，啟動(dòng)值Ic=6.08 A；15∶46∶48.323，1號(hào)主變壓器高壓側(cè)后備保護(hù)過(guò)流I段保護(hù)動(dòng)作，動(dòng)作值Ic=4.04A；15∶46∶48.373，10 kV 67開(kāi)關(guān)過(guò)流Ⅱ段保護(hù)動(dòng)作，動(dòng)作值Ic=6.4A；15∶46∶49.413，10 kV 67開(kāi)關(guān)重合閘動(dòng)作。

2　分析及處理

2.1保護(hù)定值及變比

1號(hào)主變壓器高壓側(cè)后備保護(hù)、低壓側(cè)后備保護(hù)及10 kV 67開(kāi)關(guān)定值分別如表1～3所示。

表1　1號(hào)主變壓器高壓側(cè)后備保護(hù)定值

表2　1號(hào)主變壓器低壓側(cè)后備保護(hù)定值

表3　10 kV 67開(kāi)關(guān)保護(hù)定值

2.2原因分析

現(xiàn)場(chǎng)檢查其他運(yùn)行線路未發(fā)現(xiàn)故障信息，檢查站內(nèi)一次設(shè)備未發(fā)現(xiàn)明顯故障點(diǎn)，初步判斷67開(kāi)關(guān)故障是導(dǎo)致1號(hào)主變壓器保護(hù)動(dòng)作的主要原因。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)裝置故障信息判斷為BC相間故障。現(xiàn)以圖2所示Yd11接線的降壓變壓器為例，分析低壓側(cè)（三角形）發(fā)生B、C兩相短路時(shí)在高壓側(cè)（星形）的各相電流關(guān)系。

圖2　短路電流示意圖

由此可求出

根據(jù)變壓器的工作原理［3］，有

將式（2）代入式（3），可得

據(jù)式（4），將67開(kāi)關(guān)過(guò)流Ⅱ段定值歸算至主變壓器高壓側(cè)，有

可見(jiàn)，將67開(kāi)關(guān)過(guò)流Ⅱ段定值歸算至主變壓器高壓側(cè)后，已非常接近主變壓器高壓側(cè)后備保護(hù)定值3.3 A。因此，在其他線路負(fù)荷較大的情況下，負(fù)荷電流加上67開(kāi)關(guān)短路電流可能出現(xiàn)達(dá)不到67開(kāi)關(guān)過(guò)流Ⅱ段定值而達(dá)到主變壓器高壓側(cè)后備保護(hù)定值的情況，從而導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)。

如本故障中15∶46∶48.373，10 kV 67開(kāi)關(guān)過(guò)流Ⅱ段保護(hù)動(dòng)作，動(dòng)作值I=6.4 A。代入式（4），歸算至主變壓器高壓側(cè)后可得

即10 kV 67開(kāi)關(guān)過(guò)流Ⅱ段保護(hù)動(dòng)作時(shí)，電流已超過(guò)主變壓器高壓側(cè)后備保護(hù)動(dòng)作定值。

從啟動(dòng)時(shí)間上看，1號(hào)主變壓器高壓側(cè)后備保護(hù)保護(hù)比67開(kāi)關(guān)早啟動(dòng)350 ms，可以推斷該段時(shí)間內(nèi)67開(kāi)關(guān)的故障電流未達(dá)到67開(kāi)關(guān)過(guò)流Ⅱ段定值，但其與負(fù)荷電流疊加達(dá)到了1號(hào)主變壓器高壓側(cè)后備保護(hù)電流定值，致使1號(hào)主變壓器高壓側(cè)后備保護(hù)啟動(dòng)。

根據(jù)上述分析，結(jié)合圖3所示保護(hù)動(dòng)作時(shí)序圖，保護(hù)動(dòng)作過(guò)程可描述如下：某刻，67開(kāi)關(guān)BC相間故障，而故障電流尚未達(dá)到67開(kāi)關(guān)過(guò)流Ⅱ段定值，故67開(kāi)關(guān)保護(hù)未啟動(dòng)，但此時(shí)67開(kāi)關(guān)故障電流與其他出線負(fù)荷電流的疊加達(dá)到了1號(hào)主變壓器高壓側(cè)后備保護(hù)過(guò)流I段定值，致使1號(hào)主變壓器高壓側(cè)后備保護(hù)過(guò)流保護(hù)I段啟動(dòng)；350 ms后，67開(kāi)關(guān)故障電流發(fā)展至超過(guò)過(guò)流Ⅱ段定值，67開(kāi)關(guān)過(guò)流Ⅱ段保護(hù)啟動(dòng)；800 ms后，達(dá)到1號(hào)主變壓器高壓側(cè)后備保護(hù)過(guò)流I段I時(shí)限（800 ms），保護(hù)動(dòng)作，并跳開(kāi)低壓側(cè)分段開(kāi)關(guān)，但由于67開(kāi)關(guān)運(yùn)行于Ⅰ段母線，故障并未切除；850 ms后達(dá)到67開(kāi)關(guān)過(guò)流Ⅱ段動(dòng)作時(shí)限（500 ms），保護(hù)動(dòng)作，67開(kāi)關(guān)跳閘。

圖3　保護(hù)動(dòng)作時(shí)序圖

文獻(xiàn)［4］對(duì)變壓器相間短路后備保護(hù)要求為：作為變壓器相間短路后備保護(hù)的過(guò)電流保護(hù)為保證選擇性，其動(dòng)作電流應(yīng)能躲過(guò)可能流過(guò)變壓器的最大負(fù)荷電流，即

式中：Krel為可靠系數(shù)，取1.2～1.3；Kr為返回系數(shù)，取0.85～0.95；na為TA變比系數(shù)；IL.max為最大負(fù)荷電流。

最大負(fù)荷電流可按以下情況考慮并取其最大者：1）對(duì)并列運(yùn)行的變壓器，應(yīng)考慮容量最大的一臺(tái)變壓器斷開(kāi)后引起的過(guò)負(fù)荷電流。2）當(dāng)降壓變壓器低壓側(cè)接有大量異步電動(dòng)機(jī)時(shí)，應(yīng)考慮電動(dòng)機(jī)的自啟動(dòng)電流。3）對(duì)兩臺(tái)分裂運(yùn)行的降壓變壓器，在負(fù)荷側(cè)母線分段斷路器上裝有備用電源自動(dòng)投入裝置時(shí)，應(yīng)考慮備用電源自動(dòng)投入后負(fù)荷電流的增加。4）與下一級(jí)過(guò)電流保護(hù)相配合，則

式中：I′op為分段斷路器或與之相配合的饋線過(guò)電流保護(hù)的動(dòng)作電流；Im.L.max為本變壓器所在母線段的正常運(yùn)行最大負(fù)荷電流。

本次故障中并不滿足與下一級(jí)過(guò)電流保護(hù)相配合的要求，因此出現(xiàn)了主變壓器高壓側(cè)后備保護(hù)誤動(dòng)的情況。

2.3處理措施

67開(kāi)關(guān)故障本應(yīng)由該線路本身跳閘，但由于故障點(diǎn)距離較遠(yuǎn)或短路阻抗較大等原因，導(dǎo)致故障電流沒(méi)能在故障之初就達(dá)到67開(kāi)關(guān)過(guò)流保護(hù)定值；另一方面主變壓器高壓側(cè)后備保護(hù)定值偏低導(dǎo)致主變壓器高壓側(cè)后備保護(hù)先于10 kV出線保護(hù)動(dòng)作，從而沒(méi)有保證其選擇性，擴(kuò)大了事故范圍。應(yīng)考慮在靈敏度允許的基礎(chǔ)上適當(dāng)提高主變壓器高壓側(cè)后備保護(hù)定值。如果靈敏度不滿足要求，可通過(guò)投入復(fù)合電壓閉鎖邏輯，以保障極端情況下故障時(shí)保護(hù)裝置動(dòng)作的選擇性。

3　結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)某35 kV變電站一起事故跳閘分析，詳細(xì)介紹了10 kV出線過(guò)流保護(hù)與主變壓器高壓側(cè)后備保護(hù)定值之間的關(guān)系，并查找出主變壓器高壓側(cè)后備保護(hù)越級(jí)動(dòng)作的原因，制定出相應(yīng)的整改方案。由此可以看出主變壓器高壓側(cè)后備保護(hù)保護(hù)雖具有靈敏系數(shù)高的優(yōu)點(diǎn)，但也因此存在誤動(dòng)的可能，在整定計(jì)算中應(yīng)予以注意。

［1］張保會(huì)，尹項(xiàng)根.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2005.

［2］于永源，楊綺雯.電力系統(tǒng)分析［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2012.

［3］劉錦波，張承慧.電機(jī)與拖動(dòng)［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2007.

［4］DL/T 684—1999大型發(fā)電機(jī)變壓器幾點(diǎn)保護(hù)整定計(jì)算導(dǎo)則［S］.

Malfunction Analysis of High Voltage Side Backup Protection for 35 kV Transformer

HUANG Xing，YANG Linlin，HAN Tao，WANG Ning
（State Grid Laiwu Power Supply Company，Laiwu 271100，China）

A 10 kV line fault in 35 kV substation caused mal-operation of the high voltage side backup protection of No.1 main transformer，consequently，the 10 kV section switch is tripped abnormally.Theoretical calculation and fixed value analysis indicate that improper setting value of main transformer high voltage side backup protection is the main reason of the override tripping.High voltage side backup protection may act earlier than line protection when the load current is large enough.

main transformer；high voltage side backup protection；phase-to-phase faults；fixed value

TM772

B

1007－9904（2015）10－0074－03

2015-06-27

黃興（1987），男，工程師，從事繼電保護(hù)工作。