一起主变差动保护区外故障误动行为分析

一起主变差动保护区外故障误动行为分析

曾锦松郭世煌蒋隆纤张晓惠

（国网福建省电力公司厦门供电公司福建厦门361000）

摘要：主变差动保护是隔离主变内部及其引出线故障的有效手段，该保护的设计是基于基尔霍夫电流定律的。工程实践表明，在区外故障CT暂态饱和过程中，差动保护存在误动可能。本文对一起区外永久性故障线路保护重合闸后主变差动保护误动行为进行分析，指出CT暂态饱和是主变差动保护误动的原因并提出相应解决方案。

关键词：区外故障；差动保护；CT饱和；暂态分量

0.引言

变压器纵差保护作为变压器绕组故障时变压器的主保护，差动保护的保护区是构成差动保护的各侧电流互感器之间所包围的部分[1]。变压器内部故障的危害是非常严重的，因此要求保护能够快速切除，差动保护作为单元保护，可快速动作隔离故障，但差动保护绝不应在保护区外的故障下误动作[1]。然而在一起区外永久性故障线路保护重合闸后主变差动保护却“误动”了。本文就此次主变差动保护“误动”行为予以分析，提出改进建议和措施。

1.故障前电网运行情况

2015年7月19日晚间厦门地区暴雨，XX变无人员工作，当日变电站运行方式：XX变220kV甲乙Ⅰ路221、甲乙Ⅱ路222及母联22M合环运行，#1、#2主变并列运行。变电站主接线图如下图所示：

图1变电站主接线示意图

2.故障跳闸简况

2015年7月19日22:30，监控通知XX变甲乙Ⅰ/Ⅱ路221、222开关跳闸。保护人员现场检查一次设备未发现异常，221、222、22M、12A、12B、992、994、92A跳闸，221线路603保护动作情况：接地距离Ⅰ段动作，重合闸动作，重合不成功；902保护动作情况：距离Ⅰ段动作，重合闸动作，重合不成功；22M保护报：三相跟跳，沟通三跳。#1主变差动速断动作跳#1主变三侧开关；#2主变差动速断动作跳#2主变三侧开关。222线路保护未动作。

3.事件原因分析

3.1#1主变高压侧录波电流分析

由图2中Ia1通道所示，#1主变高压侧221开关电流互感器深度饱和，未准确传变故障电流，导致A相二次侧传变电流严重畸变，波形明显缺损，幅值极大减小。正确传变时，221开关二次电流应与22M开关电流幅值基本相等，相位相反[2]。

图2#1主变高压侧电流录波图

3.2#1主变差动保护动作行为分析

根据图2判断#1主变高压侧A相电流畸变非常严重，有明显的CT饱和现象。图3为三相差动电流，可以看到A相差流为10.970A，C相差流为10.914A，大于差速段定值9.8A，差动速动准确动作；二次谐波分别为4.025A和4.026A，占基波比率为36.69%和36.89%，大于二次谐波定值15%，因此主变比率差动可靠闭锁不动作。

图3#1主变差动保护差动电流和谐波波形图

3.3#1主变高压侧电流互感器伏安特性

#1主变高压侧221开关电流互感器为江苏精科互感器公司生产,而22M开关电流互感器为上海MWB公司生产，221、22M电流互感器均为5P20级，对其进行CT10%误差特性分析，结果见表1所示。

实测各CT二次侧负载约为0.9Ω，从表1可以看出，各CT在20倍稳态短路电流（对应一次电流为48kA）的情况下，均能满足误差要求。但#1主变高压侧221开关和22M开关电流互感器伏安特性不一致,差别较大，在#1主变高压侧开关重合于电缆线路永久性故障时，受较大短路电流影响，221开关、22M开关电流互感器二次侧传变特性不一致产生差动电流。从#1主变保护故障电流波形中可以看到故障电流存在较大的直流分量，在排除稳态饱和的情况下，可判定电流互感器的饱和是由暂态分量引起。#2主变保护情况类似，这里不再赘述。

根据试验结果分析，主变高压侧电流互感器在甲乙Ⅰ路第一次发生A相接地故障时能够准确传变故障电流，受重合于电缆线路金属性永久故障影响，重合于故障的短路电流存在较大暂态分量，引起#1、#2主变高压侧电流互感器严重饱和、传变波形畸变，导致#1、#2主变差动保护动作跳闸。

4.反事故措施

根据以上分析结果，为避免类似事故再次发生，应采取以下措施：一是开展电缆线路保护重合闸功能投退策略分析。电缆线路发生的故障多数是绝缘击穿的永久性故障，运行实践经验表明重合成功率非常低，为避免重合于电缆线路金属性永久故障扩大事故范围、威胁电网稳定运行，应在内桥接线双路供电时停用重合闸，一线一变供电或两台主变分列运行时启用重合闸功能，同样满足电网供电可靠性。二是优化内桥接线并列运行方式的电流互感器配置。为避免在系统发生严重故障时短路电流含有较大周期分量（直流分量）影响电流互感器传变特性，防止主设备配置的差动速断保护因电流互感器饱和动作出口，应更换满足暂态特性要求的TPY级电流互感器以适应内桥接线并列运行方式。

5.结束语

CT暂态饱和将引起主变差动保护误动，特别是在主变高压侧开关重合于电缆线路永久性故障时，受含有大量暂态分量和谐波分量的短路电流影响，电流互感器二次侧传变特性严重畸变，更容易引起误动。随着电网短路电流的不断增大，我们有必要在220kV电网中采用满足暂态特性要求的TPY级电流互感器或者采取适当的运行方式，以防止差动保护在区外故障时误动。

参考文献：

[1]国家电力调度通讯中心.国家电网公司继电保护培训教材[M].北京：中国电力出版社，2009.4

[2]刘万顺.电力系统故障分析[M].北京：中国电力出版社，1986:163-168.