某變電站主變保護誤動的原因分析

夏正華

（中天合創(chuàng)能源有限公司化工分公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017399）

1 主變保護誤動情況

某110 kV 變電站某條10 kV 線路發(fā)生接地故障，過流Ⅰ段保護動作后，重合閘失敗。配網(wǎng)運維人員檢查線路后，對該線路進行試送。試送后該10 kV 線路保護裝置過流Ⅰ段保護再次動作跳閘，19 ms 后#2 主變差動保護動作，#2 主變高壓側(cè)、低壓側(cè)開關(guān)跳開，造成該110 kV 變電站10 kV Ⅱ母失壓[1]。

2 事故調(diào)查及處理

事故發(fā)生后，對#2 主變差動保護、該10 kV 線路保護裝置的動作報文以及監(jiān)控后臺的信號進行檢查。#2 主變保護裝置的跳閘燈亮，裝置報文描述為主差動速斷保護動作，故障相位A 相，瞬時差動電流二次值為20.91 A。10 kV 線路保護裝置跳閘燈、重合閘燈亮，裝置報文描述為過流Ⅰ段保護動作、重合閘動作、過流加速動作。監(jiān)控后臺的信號與保護裝置報文一致。

現(xiàn)場檢查#2 主變本體，變壓器本體油溫及繞組溫度無異常，其套管油位和油枕的油位無異常，沒有出現(xiàn)滲漏油情況。對#2 主變本體油樣進行化驗，試驗數(shù)據(jù)沒有發(fā)現(xiàn)異常。檢查#2 主變瓦斯繼電器，繼電器內(nèi)無氣體。#2 主變繞組變形試驗、勵磁特性試驗也沒有發(fā)現(xiàn)異常。檢查#2 主變差動保護二次電流回路絕緣以及二次負載，結(jié)果均正常[2]。

查看監(jiān)控后臺SOE 報文記錄，15 時35 分34 秒066 毫秒10 kV 線路保護過流Ⅰ段動作，15 時35 分34秒118 毫秒該10 kV 開關(guān)分位；15 時35 分34 秒085毫秒#2 主變差動速斷保護動作，15 時35 分34 秒129毫秒低壓側(cè)開關(guān)分位。從SOE 記錄的時間可以發(fā)現(xiàn)，當接地故障發(fā)生時，10 kV 線路保護過流Ⅰ段動作后，在該10 kV 開關(guān)還沒有斷弧、處于分位之前，#2 主變差動速斷保護動作，將變壓器兩側(cè)開關(guān)跳開。

3 故障錄波分析

3.1 #2 主變高壓側(cè)故障錄波分析

#2 主變高壓側(cè)故障錄波的電流波形如圖1 所示。

圖1 #2 主變高壓側(cè)故障錄波的電流波形

從圖1 可以看出，發(fā)生故障時，#2 主變高壓側(cè)各相電流的波形，都明顯偏向時間軸的一側(cè)，表明故障電流的直流分量較大。A、C 兩相的電流幅值大于B 相電流幅值，但是故障電流波形并沒有產(chǎn)生畸變，表明高壓側(cè)CT 的鐵芯沒有發(fā)生飽和，具有較好的傳變性。

3.2 #2 主變低壓側(cè)故障錄波分析

#2 主變高壓側(cè)故障錄波的電流波形如圖2 所示。

在第一周波的前半個周波，#2 主變低壓側(cè)的A、C 相電流波形明顯偏離時間軸的一側(cè)，故障電流具有較大的直流分量，但電流波形未出現(xiàn)畸變，表明A、C兩相在接地故障發(fā)生的初始時刻后未馬上飽和。但從第二個周波開始，電流波形出現(xiàn)明顯的畸變，說明第二個周波后#2 主變低壓側(cè)CT 出現(xiàn)飽和。一側(cè)的峰值附近飽和畸變最為嚴重，而在電流波形另一側(cè)峰值附近退出飽和，時間大概在1/4 個周波。

圖2 #2 主變低壓側(cè)故障錄波的電流波形

3.3 #2 主變差動電流波形分析

#2 主變差動電流波形如圖3 所示。

圖3 #2 主變差動電流波形

從#2 主變差動電流波形可以看出，在34 秒075毫秒，#2 主變A 相差動電流基波的幅值為13.834 A；在34 秒085 毫秒，#2 主變A 相差動電流基波的幅值為15.779 A。在此10 ms 內(nèi)，差動電流的幅值逐漸增大，即#2 主變A 相差動電流值大于差動速斷定值（13.8 A），并且持續(xù)時間長達10 ms。根據(jù)#2 主變差動保護裝置說明書，當差動電流采樣值超過差動速斷定值并持續(xù)10 ms 后，差動速斷保護動作出口。

3.4 #2 主變低壓側(cè)諧波電流分析

故障發(fā)生后第一個周波的前半個周波，低壓側(cè)直流分量出現(xiàn)最大值，其中A 相的直流分量最大，在高直流分量下#2 主變低壓側(cè)的CT 非常容易飽和。從第二個周波開始，#2 主變低壓側(cè)CT 出現(xiàn)深度飽和，電流諧波遠大于正常值。其中二次諧波出現(xiàn)最大值時，#2主變差動速斷保護動作出口?？梢?，本次主變保護誤動事故的原因在于當10 kV 線路故障電流還沒有完全隔斷時，#2 主變低壓側(cè)CT 出現(xiàn)了暫態(tài)飽和，低壓側(cè)波形發(fā)生畸變。#2 主變低壓側(cè)CT 的二次電流無法準確反應一次電流，從而導致差動電流達到了20.91 A，大于差動速斷定值的13.8 A，且持續(xù)時間超過10 ms，達到了差動速斷動作條件。為防止主變差動保護誤動作，一方面，需避免差動保護用的CT 繞組出現(xiàn)暫態(tài)飽和；另一方面，需讓主變差動保護裝置能夠判斷出CT 是否出現(xiàn)飽和。

4 預防措施

4.1 提升CT 保護級繞組的穩(wěn)態(tài)性能

對于110 kV 電壓等級的CT，在其選型過程中重點考慮的是穩(wěn)態(tài)性能。在驗算CT 保護級繞組的穩(wěn)態(tài)性能時，如果系統(tǒng)容量增大或者準確限值系數(shù)不足時，需進行補充驗算[3]。一般CT 額定二次極限電動勢需大于保護校驗要求的二次感應電動勢。如果忽略二次繞組內(nèi)阻，可理解為CT 的額定二次負載容量需大于實際二次負載容量。如果在提高準確限值一次電流后，CT 出現(xiàn)了局部飽和，則不能簡單采用這個方法，還需要根據(jù)CT 出廠報告的誤差曲線，測量CT 實際的二次負載值，然后再查閱實際準確限值系數(shù)。若CT 的穩(wěn)態(tài)性能不滿足現(xiàn)場需求，則可降低二次負載的容量或是降低二次負載，以提升CT 穩(wěn)態(tài)性和暫態(tài)抗飽和能力。

這個案例中，#2 主變低壓側(cè)CT 的額定二次容量為20 VA，準確級為10P20，能夠滿足性能驗算要求。為提高#2 主變低壓側(cè)CT 抗飽和性能，可以在CT 的二次側(cè)并接同一型號的電纜。

4.2 采用TPY 級或PR 級CT

TPY 級CT 的鐵芯存在氣隙，會極大地提高磁阻，在同等電勢下鐵芯磁通明顯減少，因此很難發(fā)生暫態(tài)飽和。但是，這種CT 價格昂貴，不適用于大規(guī)模采用，一般只用于重要的220 kV 線路或500 kV 線路。

而PR 型CT 是一種能夠限制剩磁系數(shù)的電流互感器。它的鐵芯內(nèi)具有小氣隙，鐵芯剩磁系數(shù)小于10%，同時其重量及外形尺寸、復合誤差等均和普通的P級CT相似。雖然PR型CT的價格比普通P級CT略高，但相對TPY 級CT 還是很優(yōu)惠。因此，可以使用PR級CT 代替普通的P 級CT[4]。

4.3 采用具有抗飽和能力的保護裝置

主變保護裝置可通過校驗CT 是否飽和來避免當變壓器區(qū)外發(fā)生故障時，變壓器各側(cè)CT 出現(xiàn)飽和，導致主變差動保護誤動作的情況。從鐵磁元件的“B-H曲線”可知，在變壓器區(qū)外發(fā)生故障的起始階段以及一次電流過零點附近，CT 有一段線性傳變區(qū)。當變壓器區(qū)外故障導致CT 進入飽和狀態(tài)的過程中，變壓器保護的差動電流波形是間斷的。變壓器區(qū)外發(fā)生故障后，如果發(fā)現(xiàn)變壓器差動電流存在間斷角，則閉鎖變壓器差動保護，以防止區(qū)外故障時差動保護誤動。同時，也可采用工頻量差動速斷保護[5]。

5 結(jié) 論

分析了一起10 kV 線路發(fā)生相間故障引起110 kV 主變差動保護誤動的事故案例。通過故障錄波的分析，闡明主變差動速斷保護誤動作的原因是變壓器區(qū)外故障導致變壓器低壓側(cè)CT 出現(xiàn)了暫態(tài)飽和，可為同類事故調(diào)查以及設備的運維積累寶貴的經(jīng)驗。