主變壓器差動保護誤動作分析

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

圖1　差動保護誤動作時系統(tǒng)運行狀況

表1　各電壓等級主變壓器有關(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主變壓器中性點接地開關(guān)處于斷開位置。#Ⅰ主變壓器差動保護為電磁型，其執(zhí)行元件為BCH-1型差動繼電器。

2 差動保護動作情況

2006年3月19日，襄安變電站#Ⅰ主變壓器差動保護動作，在區(qū)外35 kV出線斷路器376發(fā)生B、C相相間短路故障時，斷開#Ⅰ主變壓器各側(cè)斷路器。

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

3 故障原因分析

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

3.1 差動回路正確接線時情況

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

圖2　差動網(wǎng)絡(luò)正確接線圖

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)差動保護回路電流向量如圖3所示。可見，差動保護不會動作。

圖3　中壓側(cè)差動回路電流向量圖

3.2 差動回路錯誤接線分析

35 kV二次被錯誤接成Y型時，如圖4所示。

圖4　35 kV二次側(cè)被接成Y型接線回路圖

主變壓器差動保護35 kV側(cè)差動TA二次接成Y型接線。此時，中壓側(cè)差動回路向量圖如圖5所示。

圖5　差動回路電流向量圖

這時，流入三相差動繼電器的電流將不再為0，相差動回路中都將產(chǎn)生差電流，如圖6所示。此時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作值，差動繼電器不動作。

圖6差動回路差電流向量圖（以C相為例）

3.3 35 kV線路相間短路故障對差動保護影響

發(fā)生兩相短路時，根據(jù)發(fā)生兩相短路時故障點的邊界條件，通過運用對稱分量法分析，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，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，Xff(1)和Xff(2) 分別為區(qū)外故障時系統(tǒng)至故障點之間的等值正序電抗、負序電抗。

35 kV側(cè)電流互感器實際接線為Y/Y型，通過復合序網(wǎng)將得到流過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))

由此可以畫出差動電流回路電流向量圖，見圖8。

此刻，產(chǎn)生了較大差流I_bp1。

3.4 從保護定值上分析

376線路裝設(shè)以下保護：

?速斷：動作值1634 A，動作時限0 s；

?Ⅱ斷過流：動作值870 A，動作時限0.75 s；

?Ⅲ斷過流：動作值350 A，動作時限1 s。

301斷路器裝設(shè)有以下保護：

?Ⅱ斷過流：動作值1280 A，動作時限0.5 s；

?Ⅲ斷過流：動作值570 A，動作時限1.5 s。

差動保護定值見表2。

表2 差動保護定值

差動繼電器整定動作安匝為60±4，從而可知301斷路器差動動作電流在1120～1280 A之間。可見，線路發(fā)生相間短路故障，而301斷路器差動短路電流又在此區(qū)間時，376斷路器速斷保護不應(yīng)動作；376斷路器過流和301斷路器過流都帶時限，也不應(yīng)動作；最后只能是誤接線的差動保護動作。

4 事故防范措施

在改接線前，要對回路做到心中有數(shù)，首先要正確畫出接線圖，然后按圖接線。改接線后應(yīng)當細心檢查，認真試驗。對試驗和檢查項目應(yīng)該按規(guī)程要求，除要測向量繪出向量圖外，還應(yīng)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，工作時尤其要注意兩者之間存在的外部接線區(qū)別。