对一起220kV主变差动速断保护误动作的分析

唐 晋,马国新，韩志坤

（河南省新乡供电公司，河南 新乡 453002）

变压器在电力系统中占有重要的位置，为保证变压器的可靠运行，在变压器上装设了多套继电保护装置，如果因为这些保护装置出现问题而发生误动作，将会对电力系统的安全运行构成威胁，因此对继电保护装置误动作进行深入分析，是最基础的要求。

2000年6月19日16:47，外网220 kV变电站一条110 kV线路发生A相单相接地故障，故障点位于该110 kV线路出口，线路的零序保护I段、接地距离I段动作，重合闸动作，之后零序I段再次动作跳闸，110 kV线路开关的保护装置正确动作。然而在该线路重合闸后的暂态过程中，220 kV变电站2#主变A屏的差动速断保护发生了误动作，导致2#主变220 kV侧、110 kV侧、10 kV侧开关跳闸。为什么2#主变A屏差动速断发生误动作、而B屏没有误动作？与2#主变并列运行的1#主变为何没有发生误动作？对此问题应进行深入研究。

1 保护配置及接线

220 kV变电站2#主变容量150 M VA，电压等级为：220/110/10.5 kV，正常运行时主变220 kV侧、110 kV侧中性点接地。与其并列运行的1#主变无论在容量、电压等级还是在短路阻抗上与其基本相同。两台变压器配置的保护完全相同。2#主变配置的A屏和B屏保护装置均采用许继电器股份有限公司生产的W BH-800微机变压器保护装置。每一屏都集中了主变的全部电器量保护-比率制动差动保护和差动速断保护以及主变各侧后备保护。

A屏和B屏保护配置几乎相同，仅在比率制动差动保护的识别励磁涌流方式上略有差异，分为波形畸变原理或二次谐波原理。但两屏使用了完全不同的TA，A屏使用了变压器开关侧的TA，B屏使用了变压器本体的套管TA。A屏和B屏差动和后备保护以及故障录波器接入的各TA如图1所示。

图1 TA接线图

2#主变B屏差动保护电缆大约有60 m，A屏差动保护电缆大约有250 m，A屏差动保护直流电阻大于B屏。虽然微不足道，但A屏CT负担大于B屏，也对A屏TA的饱和具有一定的影响。

2 故障录波报告

2＃主变A屏W BH-800微机变压器保护装置故障录波报告如图2所示。

从波形图中可以很清楚的看到，重合闸后2#主变220 kV侧TA的A相电流波形完全偏移时间轴的一侧，110 kV侧TA的A相电流波形也偏移时间轴的一侧。C相波形畸变，220 kV侧TA的C相电流与110 kV侧TA的C相电流几乎同相位同方向。状态量81的比率制动差动动作是差动速断动作。这点，可以从下面的录波报告中得到印证。

图2 录波报告

3 保护装置动作报告

为了节约篇幅，不直接引入2＃主变A屏微机变压器保护装置动作报告，而是从该报告中获取有价值的数据列表如下：

表1重要数据列表 (单位：A)

从保护动作报告中可以看出：

（1）2#主变高压侧A相电流与中压侧A相电流之间的相位差，已不是正常的180°，而仅为81°。高压侧C相电流与中压侧C相电流的相位差，也不是180°，而变为 73°。.

（2）由于W BH-801保护的差动电流，是变压器各侧电流矢量和，制动电流为最大侧电流，区外故障I∑≠0，A相差动电流IDA＝17.62 A，A相制动电流IzA=13.97 A，A相动作。C相差动电流IDc＝17.65 A，C相制动电流Izc=11.4 A，C相动作。主变差速定值按照整定规程的要求取4倍的额定电流即ISD＝12 A，所以差动速断误动作。

σ收敛是指不同经济体间某一变量值的标准差随时间的推移而逐渐下降，用来反映该变量值的平均离散程度。本文基于标准差的估计方程理论，构建地价、房价和物价的σ收敛模型，分析35个大中城市的地价、房价和物价的静态差距。σ收敛检验方程为：

4 主要数据列表

为了进一步发掘差动速断保护误动作原因，从故障录波器分析软件中调出110 kV和220 kV故障录波器在外部故障发生后即重合闸后1 671 m s采样点2#主变110 kV侧和220 kV侧的主要数据并列表如下：

表2各侧各类电流值 (单位：A)

由上表数据可分别计算主变110 kV侧、220 kV侧差流（IA-IB）、直流（IA-IB）以及直流 /差流的值并列表如下：

表3各侧差流值 (单位：A)

由以上数据可以分析，在重合闸后故障电流中直流分量所占差流的比重，对于110 kV侧竟达到119%，对于220 kV侧也已达到了103.9%。毫无疑问直流分量对于主变差动速断保护的误动作起到了重要的作用。

5 故障情况的基本分析与结论

与2#主变并列运行的1#主变，中性点不接地。由继电保护专业常用的电网故障情况的基本分析可知，在单相接地故障时，短路点各序电流相等且方向一致，均为1/3的故障点短路电流。不难想象，正序网络、负序网络中1#主变与2#主变并列分流，减少了通过2#主变的正序电流和负序电流，鉴于本变电站1#、2#主变参数基本一致，所以1#主变正序、负序均可分流50%，而另序电流不能分流而全部通过2#主变。

设外部故障短路点的短路电流为：Id，则2#主变正序电流：1/6 Id，负序电流：1/6 Id，另序电流为1/3 Id，三者之和即2#主变通过的短路电流为：2/3 Id，那么1#主变通过的短路电流为1/3 Id。由此可见，并列运行的1#主变对2#主变的TA饱和起了缓解的作用，以及中性点接地的变压器比中性点不接地的变压器更容易形成TA饱和。

分析得出的结论是：

（1）2#主变差动速断保护是一个简单的保护，当主变差流大于差动速断保护定值时，差流速断保护就动作。从装置的动作报告分析，主变A、C两相差流为17 A以上，大于差动速断保护定值12 A，满足差流速断保护的动作条件。

（2）从装置录波图上看，主变差流产生的原因是因为110 kV线路近端A相接地后2#主变高压侧、中压侧A、C相电流波形严重畸变，由于差动保护中差流的计算实际是各侧电流矢量和的计算，TA饱和后就会产生很大的差流。由于装置内进行了星角变换，A相饱和就会造成A、C两相差流增大。

（3）重合闸后的故障电流中，含有较大的非周期分量和直流分量，故障电流中直流分量所占差流的比重对于110 kV侧竟达到119%，对于220 kV侧也已达到了103.9%。（非周期分量偏于时间轴一侧，按指数函数衰减，属直流性质），该分量引起的非周期磁通增大，与TA中剩磁磁通方向一致，与交流磁通共同作用，三者叠加，引起了TA的饱和。

（4）两屏差动保护所用的TA位置不同，引起直流电阻不同，从而对TA的饱和造成影响。B屏差动保护电缆大约60 m，A屏差动保护电缆大约250 m，直流电阻大的A屏差动速断更易误动作。

（5）由于1#主变不接地运行，仅通过短路电流的1/3，该电流不足以引起差动速断保护误动作。

6 采取的措施

（1）对于150 M W的变压器，按照整定规程的要求，差动速断按照额定电流的2～5倍整定，从本次外部故障差动速断误动作差流已达到17.62 A，是额定电流的5.6倍。许继电器股份有限公司随后修改了W BH-800微机变压器保护技术说明书的电子文挡（尚未形成技术说明书）有关差动速断部分，将技术说明书中有关差动速断保护的整定原则，按照额定电流的4～8倍整定改为按照额定电流的6～8倍整定。据此保护定值，按照厂家要求进行了修改。

（2）随着电力系统的容量不断增加，故障电流增大，TA饱和的机会会大大增加，为此不论生产厂家还是设计部门、运行部门应谨慎应对，积极考虑TA的抗饱和能力，以采取相应的措施。如选择合理的出口判据次数、数字滤波算法、选择数据窗的长度、用改进的时差法等，以避免因TA饱和引起差动速断保护的误动作。

（3）在设计或新安装时，要有意识的选择较大的CT变比。

（4）尽量减少电缆长度或增加电缆截面，以减少CT二次负担。

4 结束语

变压器差动速断保护作为变压器的主保护，反映变压器内部的严重故障，一直以来不论是整流型保护还是数字式保护，在原理上没有什么改进。作为动作速度快、选择性好的变压器主保护而长期使用。本文抛砖引玉的目的，是使变压器差动速断保护的误动作能引起各方的注意，通过对2#主变差动速断误动作分析，揭示了外部故障切除后的变压器励磁涌流使TA饱和从而引起变压器差动速断保护误动作的事实，相信不仅是厂家，包括使用部门，对变压器差动速断保护的认识会更深刻，认为变压器差动速断保护原理并不是无懈可击，而确实应加以完善了。

按照厂家的要求，差动速断保护的整定按照额定电流的6～8倍取值，是否可以完全躲避？外部故障波形畸变引起的变压器差动速断动作，还需要时间的考验和专家的论证。另外，该取值违反了继电保护整定规程的规定，需要规程制定者考虑相关部分的修改。

[1].朱晓华，张葆红、曾耿晖.220kV电网的继电保护整定计算探讨[J].继电器，2005,(33):9-13