主變壓器差動(dòng)保護誤動(dòng)作分析

圖1為安徽無(wú)為供電公司110 kV襄安變電站系統運行圖。各電壓等級的主變壓器有關(guān)數據如表1所示。

圖1　差動(dòng)保護誤動(dòng)作時(shí)系統運行狀況

表1　各電壓等級主變壓器有關(guān)數據

如圖1所示，110 kV襄安變電站#Ⅰ主變壓器501斷路器與#Ⅱ主變壓器502斷路器并列。#Ⅰ主變壓器帶35 kVⅠ段負荷，#Ⅱ主變壓器帶35 kVⅡ段負荷， 300斷路器處于熱備用。#Ⅱ主變壓器帶10 kV負荷，100斷路器處于運行狀態(tài)。#Ⅰ、#Ⅱ主變壓器中性點(diǎn)接地開(kāi)關(guān)處于斷開(kāi)位置。#Ⅰ主變壓器差動(dòng)保護為電磁型，其執行元件為BCH-1型差動(dòng)繼電器。

2 差動(dòng)保護動(dòng)作情況

2006年3月19日，襄安變電站#Ⅰ主變壓器差動(dòng)保護動(dòng)作，在區外35 kV出線(xiàn)斷路器376發(fā)生B、C相相間短路故障時(shí)，斷開(kāi)#Ⅰ主變壓器各側斷路器。

事后經(jīng)試驗檢查發(fā)現，#Ⅰ主變壓器差動(dòng)保護的35 kV側差動(dòng)電流互感器二次側被錯接成Y型。

3 故障原因分析

故障發(fā)生時(shí)，主變壓器低壓側實(shí)際未帶負荷。為使問(wèn)題更具一般性，以下按低壓側帶有負荷分析。

3.1 差動(dòng)回路正確接線(xiàn)時(shí)情況

正常運行時(shí)，如圖2所示，若不考慮不平衡電流的影響，流入三相差動(dòng)繼電器的電流均為0。即

圖2　差動(dòng)網(wǎng)絡(luò )正確接線(xiàn)圖

I_ca = I_ay - (I_ay1 + I_a△) = 0

I_cb = I_by - (I_by1 + I_b△) = 0

I_cc = I_cy - (I_cy1 + I_c△) = 0

其中主變中壓側差動(dòng)回路電流

I_ay = I'_ay1 - I'_by1

I_by1 = I'_by1 - I'_cy1

I_cy1 = I'_cy1 - I'_ay1

中壓側差動(dòng)保護回路電流向量如圖3所示?？梢?jiàn)，差動(dòng)保護不會(huì )動(dòng)作。

圖3　中壓側差動(dòng)回路電流向量圖

3.2 差動(dòng)回路錯誤接線(xiàn)分析

35 kV二次被錯誤接成Y型時(shí)，如圖4所示。

圖4　35 kV二次側被接成Y型接線(xiàn)回路圖

主變壓器差動(dòng)保護35 kV側差動(dòng)TA二次接成Y型接線(xiàn)。此時(shí)，中壓側差動(dòng)回路向量圖如圖5所示。

圖5　差動(dòng)回路電流向量圖

這時(shí)，流入三相差動(dòng)繼電器的電流將不再為0，相差動(dòng)回路中都將產(chǎn)生差電流，如圖6所示。此時(shí)在繼電器二次繞組端子上將能測量到不平衡電壓。BCH型差動(dòng)繼電器差壓要求不能大于0.15 V，且該差壓為純交流成分，應使用靈敏度較高的毫伏表測量。在正常運行或外部短路電流較小的情況下，此差流不能達到整定動(dòng)作值，差動(dòng)繼電器不動(dòng)作。

圖6差動(dòng)回路差電流向量圖（以C相為例）

3.3 35 kV線(xiàn)路相間短路故障對差動(dòng)保護影響

發(fā)生兩相短路時(shí)，根據發(fā)生兩相短路時(shí)故障點(diǎn)的邊界條件，通過(guò)運用對稱(chēng)分量法分析，可以作出復合序網(wǎng)圖。

圖7　兩相短路的復合序網(wǎng)圖

在分析時(shí)，只考慮阻抗的電抗分量，而忽略其電阻分量。其中，U(0)f為系統等值電源電勢，Xff(1)和Xff(2) 分別為區外故障時(shí)系統至故障點(diǎn)之間的等值正序電抗、負序電抗。

35 kV側電流互感器實(shí)際接線(xiàn)為Y/Y型，通過(guò)復合序網(wǎng)將得到流過(guò)35 kV側電流互感器的各相短路電流

I_fa = 0

I_fb = -j3^1/2I_fa(1)

I_fc = -I_fb = j3^1/2I_fa(1)

式中 I_fa(1) = U(0)_f /j(X_ff(1) + X_ff(2))

由此可以畫(huà)出差動(dòng)電流回路電流向量圖，見(jiàn)圖8。

此刻，產(chǎn)生了較大差流I_bp1。

3.4 從保護定值上分析

376線(xiàn)路裝設以下保護：

?速斷：動(dòng)作值1634 A，動(dòng)作時(shí)限0 s；

?Ⅱ斷過(guò)流：動(dòng)作值870 A，動(dòng)作時(shí)限0.75 s；

?Ⅲ斷過(guò)流：動(dòng)作值350 A，動(dòng)作時(shí)限1 s。

301斷路器裝設有以下保護：

?Ⅱ斷過(guò)流：動(dòng)作值1280 A，動(dòng)作時(shí)限0.5 s；

?Ⅲ斷過(guò)流：動(dòng)作值570 A，動(dòng)作時(shí)限1.5 s。

差動(dòng)保護定值見(jiàn)表2。

表2 差動(dòng)保護定值

差動(dòng)繼電器整定動(dòng)作安匝為60±4，從而可知301斷路器差動(dòng)動(dòng)作電流在1120～1280 A之間?？梢?jiàn)，線(xiàn)路發(fā)生相間短路故障，而301斷路器差動(dòng)短路電流又在此區間時(shí)，376斷路器速斷保護不應動(dòng)作；376斷路器過(guò)流和301斷路器過(guò)流都帶時(shí)限，也不應動(dòng)作；最后只能是誤接線(xiàn)的差動(dòng)保護動(dòng)作。

4 事故防范措施

在改接線(xiàn)前，要對回路做到心中有數，首先要正確畫(huà)出接線(xiàn)圖，然后按圖接線(xiàn)。改接線(xiàn)后應當細心檢查，認真試驗。對試驗和檢查項目應該按規程要求，除要測向量繪出向量圖外，還應測量主變壓器的差壓或差流。在微機保護和電磁保護共存的情況下，工作時(shí)尤其要注意兩者之間存在的外部接線(xiàn)區別。