变电站110kV线路差动保护动作分析

变电站110kV线路差动保护动作分析

姜红生

韶能集团乳源县杨溪水电有限公司512736

摘要：通过对110ｋＶ某Ｌ枢纽变电站故障前的运行方式、背景及事故经过的介绍，对其二进线Ｌ、Ｈ变电站两侧的线路保护录波图形及动作进行了分析，用临时１＃变压器替代原１＃变压器转运行投至110ｋＶＩＩ母手动合闸时，产生不平衡电流中的直流分量较大，导致Ｌ变电站二进线的Ｌ侧线路保护ＣＳＣ－１63Ａ零序差动保护动作。

关键词：110ｋＶ；不平衡电流；零序差动保护；变电站

１故障前系统的运行方式

110kV线路在我国电网中占有较大的比例，确保110kV线路的运行安全非常重要。110kV保护装置目前主要配置微机型继电保护装置，其运行可靠，自动化程度高。为了确保保护装置能够正确动作，需要在定检工作中对其保护的选择性、速动性、灵敏性、可靠性进行调试；本文主要对110KV线路差保护动作进行了详细的阐述。110KV某Ｌ枢纽变电站一次系统为３条电源进线、双母双分段接线方式，运行方式如下，一进线带110KVＩ母、１＃主变和２＃变压器，１＃主变带10KVＩ、ＩＶ母；二进线带110KVＩＩ、ＩＶ母，110KVＩＩ母带临时１＃变压器，110KVＩＶ母带２＃主变及10ｋＶＩＩ母；三进线带110KVＩＩＩ母，110KVＩＩＩ母带３＃主变、３＃变压器及10ｋＶＩＩＩ母；３条进线均由220ｋＶ某Ｈ变电站送电。

２故障前的背景

由于现场原因，１＃变压器和３＃变压器低压侧后备保护装置中的复压过流保护动作，事故跳闸。由于生产需要，急需将１＃、３＃变压器送电。在送电前，对１＃、３＃变压器进行了相关电气检测试验。检测报告结果显示，３＃变压器直流电阻测定为：ＡＢ两相为6.385ｍΩ；ＢＣ两相为6.391ｍΩ；ＣＡ两相为6.375ｍΩ；测试结果满足要求。而１＃变压器直流电阻测定为：ＡＢ两相为8.678ｍΩ；ＢＣ两相为5.847ｍΩ；ＣＡ两相为7.825ｍΩ；平衡度测试结果等于38％，远远超标，且其油色谱分析显示气体中的含烃量也远远超标。因此，将３＃变压器正常送电，而将１＃变压器（容量为5000ｋＶＡ）用１台临时１＃变压器（容量为63000ｋＶＡ）代替恢复送电，两台变压器不是同一厂家生产的。

３事故经过

首先，将临时１＃变压器经过５次全电压冲击试验正常后，进行了空载运行。经过48ｈ的空载运行后，停电进行了有载调压以及本体瓦斯继电器放气工作，之后，将临时１＃变压器155断路器转运行投至110KVＩＩ母，当变电站值班人员手合155断路器时，二进线线路Ｌ变电所侧122断路器线路保护装置ＣＳＣ－163A光纤零序差动保护动作跳闸，造成Ｌ变电站110KVＩＩ母、ＩＶ母、２＃主变、10KVＩＩ母以及所带下级变电站所对应的受电失电，而二进线线路Ｈ变电站侧线路保护装置CSC－163Ａ光纤零序差动保护未动作。

４线路保护动作分析

4.1中性点直接接地电网中的线路保护

送电线路的主保护从动作时间上划分为全线瞬时动作及按阶梯时限特性动作两类。当要求对被保护线路全线任何地点的任何故障均能瞬时有选择性切除时，应采用全线瞬时动作的保护作为主保护。如各类纵联差动保护及凭借通道以进行逻辑判断而实现全线有选择性速切的保护。而Ｌ枢纽变电站的３条110KV进线的主保护全部采用差动保护实现。

4.2线路Ｌ、Ｈ变电所两侧故障波形对比

图１、图２分别为线路Ｌ、Ｈ变电站两侧同一时刻故障录波图。从图１、图２可以看出，当临时１＃变压器155断路器合闸的瞬间，线路Ｌ、Ｈ两侧Ａ、Ｂ、Ｃ三相电流均发生严重畸变，线路Ｌ侧出现数值很大的零序电流3I0，而线路Ｈ侧出现的零序电流3I0比线路Ｌ侧的零序电流数值小。线路Ｌ、Ｈ两侧的Ａ、Ｂ、Ｃ三相电压波形正常，没有升高、降低或畸变等现象。线路Ｌ侧在４ｍｓ时零序差动保护启动，在552ｍｓ时出口跳闸；而线路Ｈ侧在４ｍｓ时零序差动保护启动，但最终没有出口跳闸。

4.3线路Ｌ、Ｈ两侧零序差动电流、制动电流的计算

线路Ｈ侧CSC－163Ａ保护没有动作，因此只录了启动后的几个周波，保护录波中间状态显示了存在部分310值情况。通过两侧保护录波图形对比分析，有励磁涌流，两侧相电流在逐渐减小，但两侧零序电流在增大，出现不平衡电流。选取两侧接近590ｍｓ时间的值，线路Ｌ侧CSC－163Ａ保护装置在591.7ｍｓ时的３I０＝0.713∠－114°，线路Ｈ侧CSC－163Ａ保护装置在591.7ｍｓ时的３Ｉ０＝0.08∠－58°。将线路Ｈ侧选取的值折算到线路Ｌ侧为３I０＝0.4∠－58°（线路Ｌ侧ＣＴ变比为750／５，线路Ｈ侧ＣＴ变比为750／１），两侧均是相对线路Ｌ侧ＵＡ的角度。两侧的零序电流大小、方向不一致。折算到线路Ｌ侧时：线路Ｌ侧为0.713Ａ，线路Ｈ侧为0.4Ａ，两侧３Ｉ０角度相差约56°。在线路Ｌ侧计算零序差动电流情况，如图３、图４所示。

计算结果为，在590ｍｓ附近（保护装置适应于传输误差达20ｍｓ之内），零序差动电流为0.98Ａ，零序制动电流为0.58Ａ。线路Ｌ侧零序差动定值为0.5Ａ，满足动作条件。零序差动电流折算到线路Ｈ侧时，不满足定值条件，故保护未动作。

4.4零序差动电流出现的原因分析

4.4.1零序电流的产生原因。当Ｌ变电所值班人员手合临时１＃变压器155断路器时，出现励磁涌流，出现了零序电流。从线路Ｌ、Ｈ两侧的录波图形上可以看出，存在不平衡电流导致了零序电流的出现。

4.4.2励磁涌流。变压器在空载状态下接入电源瞬间，铁心中磁通将开始按电源电压波形积分关系变化，但此时磁通将以空载合闸前铁心中已存在的剩余磁通作为磁通变化的起点。如合闸瞬间的电源电压波形正好过零时，并且铁心中已存在的剩余磁通正好与合闸后的工作磁通方向一致而形成两者叠加关系。当电源电压波形经过半个周期后再次过零时，铁心中磁通的峰值远超过铁心磁通饱和值，因而励磁电流达到极高数值，同时电流波形产生严重畸变，这便是励磁涌流。

4.4.3不同容量的变压器产生的励磁涌流中的直流分量的大小不同。临时１＃变压器的容量为63000ｋＶＡ，而原１＃变压器的容量为5000ｋＶＡ，因此，临时１＃变压器送电时产生的励磁涌流中的直流分量要比原１＃变压器大得多。

4.4.4零序差流的产生原因。根据线路Ｌ、Ｈ两侧录波图形分析，线路Ｌ侧的直流分量比线路Ｈ侧的更大一些，可以推断，当出现励磁涌流时，经过两侧电流互感器及保护装置内部互感器各两次传变后，对直流分量的传变特性不一致，经两侧保护装置进行逻辑运算，导致检测出的电流大小、方向不一致，从而导致出现了零序差流。

５防范措施

5.1改进措施之二

增加变压器的涌流抑制器，以减小在变压器合闸过程中产生的励磁涌流，从而使得变压器合闸时产生的直流分量减小，以避免由于电流互感器对直流分量的传变特性不一致而导致零序差动保护误动作。

5.2改进措施之一

将线路Ｌ侧零序差动定值提高，以躲过最大不平衡电流。

６结束语

通过上述分析，由于手合临时１＃变压器时有不平衡电流产生，临时１＃变压器的容量较原１＃变压器的容量大，且不为同一厂家生产，加剧了线路Ｌ侧的直流分量更加增大，导致线路Ｌ、Ｈ两侧均出现零序电流，经过110KVＧＩＳ电流互感器和保护装置内部的电流互感器传变后，由于四组电流互感器对不平衡电流中的直流分量传变特性不一致，造成线路两侧零序电流大小、方向不同，因此导致了零序差流的产生。线路Ｈ侧零序差动定值大，未满足保护动作条件，保护没有出口；而线路Ｌ侧零序差动保护定值为0.5Ａ，线路Ｌ侧零序差动定值偏小，未躲过本次不平衡电流，满足了线路Ｌ侧零序差动动作条件，符合保护逻辑，导致线路Ｌ侧跳闸，造成停电事故。

参考文献：

[1]王擘.浅谈110kV线路保护的基本配置[J].机电信息，2015，03：5-6.

[2]宋根华，邓雄伟，赵俊.110kV变电站主变压器差动保护动作原因分析与防范措施[J].安徽电力，2015，01：29-31.

[1]王新宪，林惊雷，侯新伟，薛洪江.110kV变压器差动保护误动作故障分析[J].电世界，2014，09：23-25.

[2]龙玲.110kV线路保护整定计算的几点思考[J].安徽水利水电职业技术学院学报，2014，04：50-52.