主變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作分析

1 差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)時(shí)系統(tǒng)運(yùn)行狀況

圖1為安徽無(wú)為供電公司110 kV襄安變電站系統(tǒng)運(yùn)行圖。各電壓等級(jí)的主變壓器有關(guān)數(shù)據(jù)如表1所示。

圖1　差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作時(shí)系統(tǒng)運(yùn)行狀況

表1　各電壓等級(jí)主變壓器有關(guān)數(shù)據(jù)

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(fù)荷，#Ⅱ主變壓器帶35 kVⅡ段負(fù)荷， 300斷路器處于熱備用。#Ⅱ主變壓器帶10 kV負(fù)荷，100斷路器處于運(yùn)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(hù)為電磁型，其執(zhí)行元件為BCH-1型差動(dòng)繼電器。

2 差動(dòng)保護(hù)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(hù)動(dòng)作，在區(qū)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(cè)斷路器。

事后經(jīng)試驗(yàn)檢查發(fā)現(xiàn)，#Ⅰ主變壓器差動(dòng)保護(hù)的35 kV側(cè)差動(dòng)電流互感器二次側(cè)被錯(cuò)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(cè)實(shí)際未帶負(fù)荷。為使問(wèn)題更具一般性，以下按低壓側(cè)帶有負(fù)荷分析。

3.1 差動(dòng)回路正確接線(xiàn)時(shí)情況

正常運(yùn)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(cè)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(cè)差動(dòng)保護(hù)回路電流向量如圖3所示。可見(jiàn)，差動(dòng)保護(hù)不會(huì)動(dòng)作。

圖3　中壓側(cè)差動(dòng)回路電流向量圖

3.2 差動(dòng)回路錯(cuò)誤接線(xiàn)分析

35 kV二次被錯(cuò)誤接成Y型時(shí)，如圖4所示。

圖4　35 kV二次側(cè)被接成Y型接線(xiàn)回路圖

主變壓器差動(dòng)保護(hù)35 kV側(cè)差動(dòng)TA二次接成Y型接線(xiàn)。此時(shí)，中壓側(cè)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(cè)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(yīng)使用靈敏度較高的毫伏表測(cè)量。在正常運(yùn)行或外部短路電流較小的情況下，此差流不能達(dá)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(duì)差動(dòng)保護(hù)影響

發(fā)生兩相短路時(shí)，根據(jù)發(fā)生兩相短路時(shí)故障點(diǎn)的邊界條件，通過(guò)運(yùn)用對(duì)稱(chēng)分量法分析，可以作出復(fù)合序網(wǎng)圖。

圖7　兩相短路的復(fù)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(tǒng)等值電源電勢(shì)，Xff(1)和Xff(2) 分別為區(qū)外故障時(shí)系統(tǒng)至故障點(diǎn)之間的等值正序電抗、負(fù)序電抗。

35 kV側(cè)電流互感器實(shí)際接線(xiàn)為Y/Y型，通過(guò)復(fù)合序網(wǎng)將得到流過(guò)35 kV側(cè)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(hù)定值上分析

376線(xiàn)路裝設(shè)以下保護(hù)：

•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(shè)有以下保護(hù)：

•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(hù)定值見(jiàn)表2。

表2 差動(dòng)保護(hù)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。可見(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(qū)間時(shí)，376斷路器速斷保護(hù)不應(yīng)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(yīng)動(dòng)作；最后只能是誤接線(xiàn)的差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作。

4 事故防范措施

在改接線(xiàn)前，要對(duì)回路做到心中有數(shù)，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(yīng)當(dāng)細(xì)心檢查，認(rèn)真試驗(yàn)。對(duì)試驗(yàn)和檢查項(xiàng)目應(yīng)該按規(guī)程要求，除要測(cè)向量繪出向量圖外，還應(yīng)測(cè)量主變壓器的差壓或差流。在微機(jī)保護(hù)和電磁保護(hù)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(qū)別。